电平与分贝

在无线电和电子电路的学习中经常会遇到这样的名词——电平，伴随着电平又会出现另一个名词——分贝。

　　在不少初级电工学教材中，总是将抽象的电学概念用水的具体现象来比喻。如用水流比喻电流、水压比喻电压，同样也用水位的高低来比喻“电平”。这种比喻较为形象，但并不准确。在电子电路中，所谓“电平”，指的是电路中的两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。在这里的电量指的是“电压”、“电流”和“电功率”。在一般的电路工作原理的分析中，通常总是用某点为“高电平”，某点为“低电平”来叙述，虽然未指出高、低电平的数值，但通常高电平总是指接近于工作电源电压的数值，而低电平则是指接近0V的电压数值。

　　在电路中如果要准确地了解某一点或某一处的电平，需要借助于一个测量电平的单位，这个测量单位便是“分贝”。

　　分贝是无线电电子技术中一个较为特殊的测量单位，它既可表示功率，又可表示电压，它是这样得来的：

　　假定一个放大电路，它的输出功率为P2，输入功率为P1，将P2/P1的比值取常用对数，即lg(P2/P1)，所得结果用“贝尔”作单位，即贝尔数= lg(P2/P1)。由于贝尔这个单位太大，我们取它的1/10作为单位，称为“分贝”，并用符号“dB”来表示。其结果为：

　　分贝数=10×lg(P2/P1)

　　例如：某放大器输出功率P2为5W，输入功率P1为0.005w，则功率增益=10×lg(P2/P1)=10×lg(5/0.005)=10×lg1000=10×3=30dB。

　　上述结果为表示“功率”分贝数的公式，如果要表示“电压”的分贝数，则公式会变为：

　　分贝数=20×lg(V2/V1)。

　　分贝是用来表示电平高低的单位，也是用来表示电信号增减程度的计量单位。由上述分析可知，分贝这个单位是两个电压(或功率)的比值通过取“对数”而得来的。那么为什么要用对数的方式而不用通常计量中所采用的十进制或其他进制呢？其原因有二。

　　第一，由于声强和放大器的输出功率是一致的，因此分贝除作为电压和功率的单位外，还作为声强的表示单位。科学实验已经证明：当放大器输出功率（同时也是声强）成10倍、100倍、1000倍增强时，人们听起来只觉得是增强了1倍、2倍和3倍。这种关系实际上正好是一种对数关系，因此采用对数关系来表示这种增强关系正好符合人们的听觉上感受到的声强的变化程度。

　　第二，采用分贝作为单位给放大电路的增益计算提供了极大的方便，它把很大的数字化小了，也把需要由乘法来计算的事情变为只用简单的加法来计算。例如：一个三级放大器，其各级电压放大倍数分别为25倍(28dB)、316倍 (50dB)和100倍(40dB)。如果直接用乘法来计算它的总电压放大倍数，则为：25×316×100=790000倍，这个数值是很大的。如果改用分贝计算，则为28+50+40=118dB，这个数值就比原来小得多了，计算起来或读起来都很方便。

　　此外，用分贝这个单位来表示一个放大器的增益也很方便。例如，一个运算放大器的开环增益为1000000倍，用分贝表示则为：20×1g1000000=20×6=120dB。

　　在电路测量中，通常总要设定一个参考电平，这个电平被设定为0分贝。但这个0电平既不是0V，也不是0W或0A，而是一个待测电平的参考电平。在测量过程中，如果测得的电平数值大于参考电平，则这个电平值为正值；若小于参考电平，则这个电平为负值。

　　在参考电平的设定中，有相对电平和绝对电平两种选择。两种方式完全是根据测量的需要来选择的，例如我们在测量放大器的增益时，若选取输入电压作为参考电平，则按照公式所求得的输出电平为相对电平。如果所选参考电平选取国家规定的标准值，则所求出的电平值为绝对电平。国际上和我国均统一规定：将功率值为 1mW、电压值为0.775V、电流值为1.29mA规定为绝对电平0分贝的数值。

　　在绝对电平中，规定以600欧纯电阻上消耗1mw功率作为电平的基准值Po，这个值作为0电平。相应的0dB电压有效值Vo应等于0.775V。

　　在分贝数值中，除了0dB外，还有一个-3dB是必须了解的。-3dB也叫半功率点或截止频率点，在这一点上的功率恰好是正常功率的一半，电压和电流也是正常值的一半。在电声系统中，±3dB的差别被认为不会影响频率的总特性。所以在音响设备的指标中，如频率范围、输出电平、频率响应等都允许有±3dB 的偏差。例如一台音频功放，它的频响为10Hz～40kHz，表明在这段频率范围中，输出幅度不会超过±3dB，即在10Hz～40kHz这两个端点频率上，输出电压幅度为中间频率段的0.707(即1/√2)倍。