放大器增益——解决了功率和电压比的问题

让我们看一下放大器的一些数值,以便更好地掌握理论知识。

  • 放大器的输出电压与输入电压之比为 20。计算电压增益。

解决方案 - 电压比为 20。我们需要将此线性比转换为对数比以得出解决方案。

$$电压\: gain(dB)=20log_{10}(20)\sim\:26dB$$

正电压增益表示输出功率大于输入功率。

  • 功率放大 3 dB 表示什么?

解决方案 - 让输出功率为“y”,输入功率为“x”。将其表示为一个方程,我们有

$$3dB=10log_{10}(\frac{y}{x})$$

$$log_{10}(\frac{y}{x})=0.3dB\Rightarrow\:\frac{y}{x}=10^{0.3}\sim\:2$$

因此,输出功率是输入功率的两倍。因此,功率放大 3 dB 表明输出功率是输入功率的两倍。

  • 级联放大器系统对于 1 kW 的输入产生 16 kW 的输出。这种放大使用了多少个“3-dB”放大器?

解决方案 - 使用了四个放大器,每个放大器的增益为 3 dB。我们知道,在每一级放大之后,可用功率是前一级放大可用功率的两倍。让我们查看下表以了解每个放大阶段后可用的功率。

放大阶段输出功率
First2千瓦
Second4千瓦
Third8千瓦
Fourth16千瓦

$$1kW+3dB\longrightarrow\:2kW$$

$$2kW+3dB\longrightarrow\:4kW$$

$$4kW+3dB\longrightarrow\:8kW$$

$$8kW+3dB\longrightarrow\:16kW$$

  • 1 dB 各自增益的功率和电压比是多少?

解决方案 - 寻找功率比 - 我们没有提供参考功率。让我们以 1 W 作为参考。使用方程,我们有

$$10log_{10}(\frac{P}{1W})=1dB$$

$$(\frac{P}{1W})=10^{0.1}\sim\:1.26\Rightarrow\:P=1.26W$$

为了找到电压比,我们以 1 V 为参考并继续计算公式。

$$20log_{10}(\frac{ab}{cd})=1dB$$

$$(\frac{V}{1V})=10^{0.05}\sim\:1.122\Rightarrow\:V=1.122V$$

因此,对于该数值,电压比为 1.122,功率比为 1.26。

我们还能从中推断出什么?可以看出,电压比是功率比的平方根。这是因为我们对电压和功率有相同的参考电平。

需要注意的是,1 V、1 W、1 mW 等可能并不总是固定的参考电平。电话和广播行业使用的一些参考功率电平包括 6 mW、10 mW、12.5 mW 等。它基本上取决于应用程序的要求。

  • 放大器的输入电压为 2.5 mV。如果输出比 1 mV 参考值高 12 dB,放大器的电压增益为 ______

解决方案 − 1 mV 参考对应于 0 dBmV。

$$For\:input\:power=reference\:power\:of\:1mW,power\:in\:dBm\:is\:0$$

$$P_{dBm}=10log_{10}(\frac{1mW}{1mW})=0dBm$$

假设输出比参考值高 12 dB。因此,输出电压为 0 dBmV + 12 dB,即 12 dBmV。这个 12 dBmV 在线性标度中对应什么?

$$12dBmV=20log_{10}(\frac{V}{1mV})$$

$$(\frac{V}{1mV})=10^{12/20}\approx\:4\Rightarrow\:V=4mV$$

现在,很容易确定电压增益。输出输入电压比为 1.6,由此我们可以找出电压增益。

$$20log_{10}(1.6)=4.1dB$$

  • 参考电平为 1 W 的放大器的输出功率为 7 dBW。考虑到相同的输出功率,0.5W 参考功率的线性标度输出功率是多少?

解决方案 - 我们提供的参考功率为 0.5 W。通过等式,

$$7dBW=10log_{10}(\frac{P}{0.5W})$$

$$log_{10}(\frac{P}{0.5W})=0.7$$

$$(\frac{P}{0.5W})=10^{0.7}\sim\:5W\Rightarrow\:P=2.5W$$

  • 如果电压增益为 15 dB,输出电压为 16.87 mV,参考电压电平是多少?如果电压增益为 20 dB,则重复相同的操作。

解决方案 - 根据等式,我们有,

$$20log_{10}(\frac{16.87mV}{P_{ref}mV})=15dB$$

简化后,我们得到参考功率电平为 3 mV。

如果电压增益为 20 dB,我们有,

$$20log_{10}(\frac{16.87mV}{P_{ref}mV})=20dB$$

参考电平电压电平为 1.687 mV