功率电平和电压电平

一、功率电平

利用功率关系所确定的电平可以称为功率电平（需要计量的功率值和功率为一毫瓦的零电平功率比较），用数学表达式描述就是：

Pm=10lg(P/1)dBm

其中：Pm代表功率电平，P代表需要计量的绝对功率值，单位为毫瓦，零电平功率为一毫瓦。dBm表示以一毫瓦为基准的功率电平的分贝值。不同的绝对功率值所对应的以一毫瓦为基准的功率电平值如下。

P  1pW 10pW 100pW 0.001μW 0.01μW 0.1μW 1.0μW 2μW 4μW 5μW 8μW 10μW 20μW 40μW 50μW 80μW 100μW

Pm -90  -80  -70    -60     -50    -40   -30  -27 -24 -23  -21  -20  -17  -14  -13  -11   -10

P  1mW 2mW 4mW 5mW 8mW 10mW 20mW 40mW 50mW 80mW 100mW 200mW 400mW 500mW 800mW

Pm  0  3    6   7   9    10   13   16   17   19    20    23     26    27    29

P  1W 2W 4W 5W 8W 10W 100W 1000W 10kW 100kW 1000kW

Pm 30 33 36  37 39  40  50    60    70    80    90

二、电压电平

利用电压关系所确定的电平称为绝对电压电平，简称电压电平，用公式表示：Pv=20Lg(U/0.775) (dB)。

上式中Pv代表电压电平值，U代表需要计量的绝对电压值，单位为伏（V）。零电平电压为0.775伏。这里需要特别注意的一点是：根据上面“电压电平”的定义，其零电平电压必须是0.775V的有效值，不能随意用其它电压值作为基准来定义“电压电平”，否则容易引起混乱。

三、功率电平和电压电平的关系

功率电平和电压电平之间有着非常密切的关系，从实质上讲，它们是一致的。但现在世界上不同国家使用的习惯却是不一样的，比如，英国（包括英联邦国家）等主要使用功率电平，而有的国家，象法国、俄罗斯等国家却主要使用电压电平。这样一来，那些专门生产测量仪器的厂家（比如惠普、马可尼、摩托罗拉、西门子等）就要按照不同国家用户的需要来供货，既可以提供以功率电平定标的仪器，也可以提供以电压电平定标的仪器。在我们国家，这两种定标读数的测量仪器都在使用。造成这种混乱现象，一是因为我们国家在计量领域没有严格立法，二是因为各自为政地引进国外的测量仪器。20世纪50年代，从苏联引进的设备和国产的仪器基本上都是以电压电平定标的，这种现象延迟到70年代末。80年代前后，设备的引进较广，导致了通信行业引进测量仪器的混乱现象。

功率电平和电压电平之间的换算

Pm=Pv+10Lg(600/Z) (dBm),式中的Pv=20Lg (U/0.775)(dB)。

功率电平Pm的计量单位是(dBm)，电压电平Pv的计量单位是(dB)。

当阻抗Z=600Ω时，10Lg(600/Z)=0，此时Pm=Pv，即功率电平与电压电平相等。当Z≠600Ω时，即使是同一功率，用功率电平表来测，读数是Pm，用电压电平表来测却是Pv，两者读数是不相等的。看下表更直观一些。

功率P (mW)                       1     1    1     1

阻抗Z(Ω)                        600   300   75    50

电压U=√(PZ) (V)                0.775 0.548 0.274 0.224

功率电平读数Pm=10lg(P/1) (dBm)    0    0     0     0

电压电平读数Pv=20Lg(U/0.775) (dB) 0   -3    -9   -10.78

我们国内现在使用的测量仪器中，有以一毫瓦功率为0电平刻度的功率电平表,也有以电压0.775V为0电平刻度的电压电平表。我们在使用这些测量仪器时，要留心这一点，否则，出现了测量差错，还要埋怨被测机器性能不好。对于同样是以0.775V为0dB来刻度的电压电平表，在测量时（比如，测量天线的灵敏度、天线的增益、接收机的灵敏度）还要注意仪器的测量端子与被测设备、电路端口的阻抗匹配，否则会产生反射损耗，引起测量误差。这些测量仪器的面板上或档位上常常标有600Ω、300Ω、150Ω、75Ω、50Ω的不同阻抗，这是提供在阻抗匹配的条件下作终端测量时用的，其仪表面板的读数都是电压电平。

在有线通信系统和设备中，常常采用600欧的输入/输出端口，无线通信系统和设备的平衡输入/输出端口常常采用300欧的阻抗，电视、图像、视频系统的输入/输出端口常常采用75欧的阻抗，无线通信系统和设备的射频不平衡输入/输出端口往往采用50欧的标准阻抗。

分贝表示放大倍数——增益

简单地说，分贝就是放大器增益的单位。放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。电学中分贝与放大倍数的转换关系为：AU(I)(dB)=20lg[Uo/Ui(Io/Ii)]；AP(dB)=10lg(Po/Pi)。用分贝定义的电压(电流)增益和功率增益的公式不同，但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=U²/R=I²R。采用这套公式后，两者的增益数值就一样了：10lg[Po/Pi]=10lg(U²o/R)/(U ²i/R)=20lg(Uo/Ui)。

使用分贝做单位主要有三大好处。

(1)读写方便

电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万，一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数，数值就小得多。

(2)运算方便

放大器级联时，总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时，总增益就是相加。若某功放前级是100倍(20dB)[AP=10lg(Po/Pi)=10lg(100)dB =20dB]，后级是20倍(13dB)[AP=10lg(Po/Pi)=10lg(20)dB=13dB]，那么总功率放大倍数是100×20=2000倍，总增益为20dB+13dB=33dB。

(3)符合听感

人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的。例如，当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时，听到的声音就响了很多；而从1瓦增强到2瓦时，响度就差不太多；再从10瓦增强到11瓦时，没有人能听出响度的差别来。如果用功率的绝对值表示都是1瓦，而用增益表示分别为10.4dB，3dB和0.4dB [AP=10lg(Po/Pi) =10lg(1.1/0.1)dB=10.4dB]，这就能比较一致地反映出人耳听到的响度差别了。您若注意一下就会发现，Hi－Fi功放上的音量旋钮刻度标的都是分贝，使您改变音量时直观些。分贝数值中，-3dB和0dB两个点是必须了解的。-3dB也叫半功率点或截止频率点。这时功率是正常时的一半，电压或电流是正常时的/2。在电声系统中，±3dB的差别被认为不会影响总特性。所以各种设备指标，如频率范围，输出电平等，不加说明的话都可能有±3dB的出入。例如，频响10Hz—40kHz，就是表示在这段频率中，输出幅度不会超过±3dB，也就是说在10Hz和40kHz这二个端点频率上，输出电压幅度只有中间频率段的0.707(1/)倍了。0dB表示输出与输入或两个比较信号一样大。分贝是一个相对大小的量，没有绝对的量值。可您在电平表或马路上的噪声计上也能看到多少dB的测出值，这是因为人们给0dB先定了一个基准。例如声级计的0dB是2×10^-4μb(微巴)。这样马路上的噪声是50dB、60dB就有了绝对的轻响概念。常用的0dB基准有下面几种：dBFS——以满刻度的量值为0dB，常用于各种特性曲线上；dBm——在600Ω负载上产生1mW功率(或0.775V电压)为0dB，常用于交流电平测量仪表上；dBV——以1伏为0dB；dBW——以1瓦为0dB。一般读出多少dB后，就不用再化为电压、声压等物理量值了，专业人士都能明白。只有在极少数场合才要折合。这时只需代入公式：10A/20(或A/10)×D0计算即可。A为读出的分贝数值，D0为0dB时的基准值。电压、电流或声压用A/20，电功率、声功率或声强则用A/10。现在您就可以来回答本文开头的问题了。第二只音箱在相同输入时比第一只音箱响一倍，如果保持两只音箱一样响的话，第二只音箱只要输入一半功率即可。第一只功放只是很普通的品种，第二只功放却很Hi－Fi，整个频率范围内输出电压只有±2.3%的差别！