分贝：谨慎使用

文章：Bob Witte

分贝通常用于电子系统，包括RF，音频，最近，信号完整性。虽然许多工程师已经在分贝中思考，但如果你主要在时域工作，你可能不会以同样的方式思考。由于我的大部分背景都在RF中，我倾向于将分贝与RF测量相关联，但分贝开始于电话系统工程师定义的音频频率。在20世纪初，贝尔系统的概念具有一英里的标准电缆，与1英里的损耗特性相对应了19号电话电缆[REF 1]。这个概念变成了传输单元，定义为

在哪里P._m是测量的功率和p_R.是参考功率。后来，这TU.被赋予名称分贝，这意味着十分之一的贝尔（以亚历山大格雷厄姆贝尔命名）[REF 2]。请注意，它们备份到贝尔的定义，这只是两个权力的比率的日志。感兴趣的单位真的是传输单元，然后是分贝。将分贝作为诸如伏特或安培等单位的单位致力于将分贝思考是诱人的，但它是一种使用基数10个对数来处理两个数字的比率的方法。我注意到早期，分贝被缩写为“DB”，但最近的使用是“DB”。

如果您有兴趣深入钻入分贝的历史，美国无线电历史网站[REF 3]已存档许多经典技术出版物，包括1922年及以后的贝尔系统技术期刊。我花了一些时间在电话上读过这些早期的文章，并惊讶地谦卑，在早期的那些早期被理解的电气原理是如何理解的[ref 4]。

电源和电压
严格来说，分贝在功率比中定义：

大多数工程师迅速了解一些拇指规则，以帮助它们进行分贝计算，例如：

• 电源没有变化对应于0 dB
• 电源中的2倍对应于+3 dB或-3 dB
• 功率因数10对应于+10 dB或-10 dB

（参见参考文献5，用于在直观上进行分贝的额外提示。）虽然分贝被定义为功率比，但它通常将该公式转换为处理电压。对于RMS电压，

可以导出类似的公式：

在恒定阻抗（抵抗）系统中，比率R.₁/R.₂等于一个方程式，留下熟悉的分贝等式，用于电压：

由于电气工程中的许多信号在电压下测量，因此可以方便地将分贝施加到电压值，而不是电源。

谨慎使用
忽略那个R.₁/R.₂术语可能导致严重的混乱，所以谨慎是有序的。例如，让我们考虑一下图1，显示具有高输入阻抗的放大器（R.₁，100kΩ）和低输出阻抗驱动载荷阻抗为100Ω（R.₂）。输入电压为0.1 VRMS，输出电压为1 VRMS，电压增益为10.在分贝中，电压增益为20次（10）= 20 dB。

现在让我们看看电力情况。输入功率为（0.1）²/ 100 k =0.1μW，同时输送到负载的功率（1.0）²/ 100 = 10 mW。使用功率值来计算增益，我们获得10升（10 mw /0.1μw）= 50 dB。这取决于我们是否使用电压或电源，导致DB中的不同放大器增益。用于电压比的分贝配方来自电源公式，因此我们希望它们保持一致。

因为我们忽略了阻抗的差异，因此我们有效地假设阻抗总是相同的。在这种情况下，这不正确。回到了R.₁/R.₂术语在电压方程中，我们可以计算图1中的阻抗变化的缺失因子。即，10log（R.₁/R.₂）= 10log（100k / 100）= 30 dB，其解释了两个增益编号之间的差异。

许多系统具有一致的阻抗。例如，许多RF系统是一致地构建的，围绕50Ω系统阻抗，具有所有输入，输出和传输线阻抗相同。在这样的场景中，功率和电压分贝方程可以互换使用和分贝数轨道。

在其他系统中，阻抗变化。你可以用这个弥补这个问题R.₁/R.₂校正因子，但更常用的工程师只需选择专门使用电压或电源来避免任何问题。现在，纯粹主义者可以争辩说，在权力方面严格定义分贝（这是真的），并且必须考虑到所有分贝计算。我可能会同意，除了我看到工程师在电压和20次方面严格工作（V.₂/V.₁），没有问题。他们在分贝中获得了工作的好处，而无需调整阻抗，但他们必须小心不要混合在功率计算中。这是工程师如何使用具有实用价值的数学纯度的方法的一个很好的例子。

我们刚刚触及几个分贝概念，强调使用电压的DB计算潜在问题。返回2008年，EDN发布了一系列关于唐戴维斯和尤金Patronis摘自声音系统工程的摘录（参见参考文献。6到8）。

下次，我们将查看分贝如何使用分贝来指代绝对值。例如，公共功率参考为1 MW，导致DBM（相对于1 MW分贝）。