У підсилювальної техніки широко використовується поняття децибели (дБ), який в логарифмічному вигляді показує співвідношення між двома рівнями потужності або напруги Наприклад, у специфікації звичайного інтегрального ОУ такі параметри, як посилення по напрузі, посилення по потужності і коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу, наведені в децибелах Децибел дорівнює одній десятій бела використання цілого білого на практиці не дуже зручно, оскільки це занадто велика величина

Незважаючи на те що існує кілька способів вираження співвідношення між двома величинами, використання децибели в підсилювальної техніки обумовлено наступними двома причинами: по-перше, децибел є зручною одиницею виміру для всіх без винятку типів підсилювачів по-друге, він добре відповідає сприйняттю людським вухом гучності звуку Саме тому його застосування дуже зручно для характеристики властивостей НЧ підсилювачів

Людське вухо однаково добре сприймає як звичайну мову, так і гуркіт грому (які можуть бути в 100 000 разів голосніше мови) Це повязано з тим, що реакція вуха на відтворення звуку не прямо пропорційна його енергії, а приблизно пропорційна логарифму енергії звукової хвилі Звичайним або десятковим логарифмом (log10) Числа N є значення, що показує, скільки разів має бути перемножити число 10 саме на себе (тобто показник ступеня), щоб в результаті вийшло число N Наприклад, десятковим логарифмом числа 100 (яке можна представити як 10×10, або 102) Є число 2 Логарифмом числа 100 000 (105) Є число 5 Дане співвідношення можна записати в наступному вигляді:

log10 100 000 = 5

При порівнянні двох значень енергії можна використовувати біл Він є логарифмом відносини двох значень енергії Наприклад, при порівнянні енергії звичайної розмови і енергії гуркоту грому їх ставлення можна виразити таким чином:

log енергія грому або foglo^ 00 енергія мови 1

Якщо застосувати більш зручну величину – децибел, то збільшення сили звуку від рівня людської мови до рівня гуркоту грому буде відповідати:

Таким же чином цей метод використовується і при вимірюванні посилення в підсилювачах, незалежно від того, чи призначений підсилювач для низькочастотного діапазону чи ні Збільшення вихідної потужності будь-якого підсилювача може бути виражене таким співвідношенням:

Це ж вираз може бути представлена ​​у вигляді:

де Р2 – Вихідна потужність, а Pt – Потужність, що подається на вхід підсилювача Якщо Р2 > Pj, то потужність збільшується, що виражається позитивним значенням коефіцієнта посилення (+ дБ) Якщо ж Pt > Р2, То потужність послаблюється, що виражається відємним значенням величини коефіцієнта посилення (-дБ) У всіх випадках береться відношення двох значень потужності (Pj і Р2), Потім логарифм цього відношення множиться на 10 У результаті, якщо співвідношення значень потужностей одно 10, посилення – 10 дБ якщо співвідношення значень потужностей дорівнює 100, то посилення – 20 дБ, якщо співвідношення значень потужностей одно 1000, то посилення – 30 дБ і тд

Співвідношення для подвоєння потужності

Дворазове збільшення потужності в підсилювачі відповідає посиленню +3 дБ Наприклад, якщо при повороті регулятора гучності підсилювача вихідна потужність зросла з 4 до 8 Вт, то потужність збільшилася на 3 дБ (+3 ДБ) Якщо ж вихідна потужність знизилася з 4 до 2 Вт, то посилення впало на 3 дБ (-3 дБ)

Якщо первинна потужність 4 Вт збільшилася до 8 Вт, то посилення складу +3 дБ Подальше дворазове збільшення потужності (від 8 до 16 Вт) відповідає посиленню ще на +3 дБ, але в порівнянні з початковою потужністю 4 Вт загальне посилення дорівнюватиме +6 дБ При збільшенні потужності до 40 Вт (тобто десятикратному збільшенні щодо рівня 4 Вт) загальне посилення потужності складе +10 дБ і тд

Додавання децибелів

Широкому застосуванню децибелів в підсилювальної техніки сприяло ще одна обставина При включенні декількох підсилювачів послідовно по каскадної схемою, яка досить часто використовується в підсилювальних пристроях, загальне значення посилення многокаскадного підсилювача визначається перемножением коефіцієнтів підсилення кожного каскаду Наприклад, у разі включення по каскадної схемою трьох підсилювачів, кожен з яких має коефіцієнт посилення, рівний 10, загальний коефіцієнт посилення становитиме 1000 (10xl0xl0)

При цьому коефіцієнти посилення, виражені в децибелах, просто підсумовуються Наприклад, у наведеному вище виразі сумарний коефіцієнт посилення по потужності складе 10 дБ + 10 дБ + 10 дБ – +30 дБ Абсолютно аналогічно

при послідовному включенні двох каскадів посилення, перший з яких має посилення +30 дБ, а другий – ослаблення -10 дБ, загальний результат буде дорівнює: +30 дБ – 10 дБ – +20 дБ

Використання децибелів для порівняння величин напруг і струмів

Децибели також застосовуються для порівняння рівнів вхідного і вихідного напруг підсилювача Вони можуть використовуватися і для вираження співвідношення струмів, однак такий підхід в підсилювальної техніки не поширений Для порівняння величин напруг або струмів служать співвідношення:

Тут визначається ставлення двох напруг (або струмів) і його логарифм множиться на коефіцієнт 20 (а не 10, як у випадку відносини двох потужностей)

зазвичай більше за величиною, ніж

де Rj – опір джерела сигналу, або вхідний імпеданс, R2 – Опір навантаження, або вихідний імпеданс, а El, І – вхідні і E2, 12 – вихідні напруги і струми Причому

Необхідно відзначити, що, хоча відношення значень потужністю не залежать від импедансов (опорів) джерела сигналу і вихідного навантаження, співвідношення для напружень і струмів справедливі лише при рівності импедансов джерела сигналу і вихідний навантаження Для підсилювачів, де величини вхідного і вихідного импедансов різні, співвідношення струмів і напруг визначаються наступними виразами:

Як і для співвідношення потужностей, якщо значення вихідної напруги перевищує вхідний, посилення, виражене в децибелах, має позитивний знак (+ дБ) Якщо ж вихідна напруга менше вхідного, має місце ослаблення, яке виражається відємним значенням величини (-дБ)

Слід зазначити, що збільшення вихідної напруги вдвічі характеризується посиленням на +6 дБ Відповідно зменшення вихідної напруги вдвічі характеризується послабленням на -6 дБ Для підрахунку сумарного посилення по напрузі декількох спільно працюючих підсилюючих каскадів слід скласти (з урахуванням знака) їх значення посилення або ослаблення в децибелах

Децибели і вимірювання абсолютних величин

Якщо підсилювач має посилення по потужності, рівне +20 дБ, це означає, що вихідна потужність в 100 разів перевищує надходить на вхід підсилювача Незважаючи на те що децибели служать для визначення відносин величин двох сигналів, іноді цю одиницю використовують для вимірювання абсолютних, а не тільки

відносних значень величин З цією метою можна взяти деяку еталонну величину сигналу і визначити будь-яку іншу величину в децибелах по відношенню до еталонної

У НЧ підсилювачах найбільш поширеними децибельних одиницями для вимірювання абсолютних рівнів потужностей є дБм (децибел щодо рівня потужності 1 мВт) і одиниця рівня звуку (VU – volume unit)

При використанні одиниць рівня звуку приймається, що нульовий (еталонний) рівень дорівнює 0,001 Вт (1 мВт), а величина повного опору (імпеданс) – 600 Ом Отже,

де Р2 – Вихідна потужність

Таким чином, для одиниць рівня звуку і для дБм прийнято однакові еталонні рівні відліку Коли вимірюваний сигнал має синусоїдальну форму, зазвичай застосовуються дБм (як правило, частота сигналу дорівнює 1 кГц), а VU використовуються для вимірювань аудіосигналів складної форми

Джерело: Ленк Д, 500 практичних схем на популярних ІС: Пер з англ – М: ДМК Пресс, – 44 с: Ил (Серія «Підручник»)