¿Es diferente el significado de un decibelio cuando se aplica a voltaje versus vatios?

Deci-Bels siempre expresa una relación de potencia . Específicamente, dB se define como 10Log ₁₀ (pwr2/pwr1). Por lo tanto, "20 dB" es exactamente lo mismo que "100 veces más potencia". Esta relación de poder nunca es ambigua, pero a veces puede serlo aquello a lo que se aplica. Sin embargo, esto no es diferente a una declaración como "100 veces más poder". Puede ser ambiguo qué tiene 100 veces más potencia que otra cosa, pero la proporción en sí es clara.

dB se utilizan a veces para especificar las ganancias de los amplificadores que funcionan con voltajes. Dado que dB siempre especifica una relación de potencia, y la potencia es proporcional al cuadrado del voltaje, dB en este contexto se puede considerar como 10Log ₁₀ ((V2/V1)²), que es lo mismo que 20Log ₁₀ (V2/ V1).

La potencia depende no solo del voltaje, sino también de la impedancia que está impulsando el voltaje. A veces, esas impedancias no se conocen, o el sistema funciona inherentemente con voltajes y la potencia real no es relevante, por lo que se simplifica que la relación de potencia es el cuadrado de la relación de voltaje. Este suele ser el caso en los circuitos de audio. En otras aplicaciones, como RF, las impedancias son conocidas e importantes, por lo que se tienen en cuenta y dB representa la relación de potencia real.

El título original de la pregunta era: -

¿Son los decibelios inherentemente ambiguos?

Se aplica inequívocamente a ambos.

Si el voltaje aumenta en 3.0103dB es$\sqrt2$veces más grande. Si la potencia aumenta en 3.0103dB es 2 veces mayor.

Absolutamente ninguna ambigüedad allí en cualquier forma o forma.

El decibelio es una medida de una relación de potencia. Siempre asumo que se trata de poder a menos que algo indique específicamente lo contrario. Los cálculos que realiza cuando trabaja con voltajes son realmente solo para convertir su efecto nuevamente en la relación de potencia.

El decibelio simplemente especifica la relación de las magnitudes de cantidades similares, y nunca es ambiguo porque, por ejemplo, cuando se refiere a voltaje, corriente, peso, presión o cualquier otro escalar:

Sin embargo, cuando interviene el tiempo y el movimiento de una fuerza a través del tiempo se convierte en poder,

Por sí solo, sí, los decibelios son ambiguos. Pero los decibeles son tan ambiguos como decir "veces dos" sin hacer referencia a lo que estás duplicando. Siempre debe haber una referencia.

La ganancia indicada en dB se refiere al tipo de entrada. Asi que...

¿Cuál es tu entrada?

No estoy seguro de haber visto algo tan ambiguo como un dispositivo llamado "amplificador" con su ganancia en dB y ninguna otra información. Por lo general, tendrá un amplificador de voltaje o un amplificador de corriente; un amplificador con la entrada de voltaje o corriente respectivamente. Es decir, si tiene un amplificador de voltaje, entonces la entrada es el voltaje y la salida es el voltaje con ganancia. Un amplificador de voltaje con una ganancia de 3dB convertirá una entrada de 1V en 1,4125V (0dBV a 3dBV).

Si su entrada es dBm, entonces la entrada es potencia y la salida es potencia con ganancia. Para su ejemplo, un dispositivo con una entrada de 0 dBm y una ganancia de +3dB, la salida será de 3dBm. De manera similar, si la entrada es 0dBW, la salida será 3dBW.

La ganancia de voltaje de un amplificador, expresada en dB, es 20log(Vo/Vi). Eso es claro e inequívoco. No puede relacionar eso con la ganancia de potencia del mismo amplificador a menos que conozca la impedancia de entrada (digamos, resistencia Ri) y la impedancia de carga (digamos, resistencia RL). Esto se debe a que la potencia de salida es Vo^2/RL y la potencia de entrada es Vi ^2/Ri y la ganancia de potencia es así:

10log[(Vo^2/Vi^2).(Ri/RL)] = 10log(Vo^2/Vi^2)+10log(Ri/RL) = 20log(Vo/Vi)+10log(Ri/RL)

Por lo tanto, si las impedancias de entrada y de carga no son iguales, la ganancia de potencia en dB no es igual a la ganancia de voltaje en dB; difieren en 10log(Ri/RL).

Sin embargo, si las impedancias de entrada y de carga son iguales, entonces log(Ri/RL) = log(1) = 0 y la ganancia de potencia y la ganancia de voltaje, en dB, son iguales. Este es el caso, por ejemplo, de amplificadores repetidores de línea de transmisión donde las entradas y salidas están conectadas a líneas de transmisión de 50 ohmios y las impedancias de entrada y salida deben coincidir con la línea para evitar reflexiones y maximizar la transferencia de señal. En los amplificadores de potencia de audio, la ganancia de potencia no tiene sentido, ya que la impedancia de entrada es normalmente muy alta y la señal de entrada es muy pequeña, y la impedancia de salida es solo de unos pocos ohmios y la señal de salida es grande. Entonces, la potencia de salida es el parámetro normal citado por los fabricantes.

Vale la pena señalar que dBm y dBW, esencialmente, representan potencias específicas, ya que se refieren estrictamente a relaciones con respecto a 1mW y 1W, respectivamente. Así por ejemplo, 3dBm = 2mW y 20dBW = 100W; la licencia de radioaficionados del Reino Unido establece que 'la potencia de salida máxima en las bandas de HF es 26dBW', y eso equivale a 400W (10log(400) = 26dBW)

Entonces, en resumen, si cita la ganancia en dB, debe indicar si se refiere a ganancia de voltaje, ganancia de potencia o ganancia de corriente.

Como han dicho otros, los decibeles son la expresión inequívoca de 10x el logaritmo de la relación de potencia. El problema es que el uso a lo largo de los años ha sido inconsistente y muy a menudo simplemente incorrecto. Algunos ejemplos:

• Expresar la ganancia de un amplificador en db usando 20xlog(Vo/Vi) e ignorar el hecho de que las impedancias de entrada y salida son muy diferentes. No creo que "expresar la ganancia de voltaje en dB" sea un uso correcto de la unidad.
• Una creencia generalizada de que 0dBm se refiere a "un mW en 600 ohmios". Esto vino de viejos medidores VU que fueron calibrados en dBm. Eran efectivamente dispositivos de medición de voltaje y solo leían correctamente cuando cruzaban una línea de 600 ohmios. Por supuesto, 0dBm se refiere a 1mW; la impedancia no tiene que ser de 600 ohmios. Desafortunadamente, algunos medidores tenían las palabras "0dbm = 1mw en 600 ohmios" escritas en la cara...

Y, por favor, no me hagan empezar con PMPO y otros abusos de las unidades eléctricas...

1. dB se usa para cuantificar la relación entre dos valores de intensidad o potencia, mientras que dBm se usa para expresar un valor absoluto de potencia.

2. dB es una unidad adimensional, mientras que dBm es una unidad absoluta.

3. dB suele ser relativo a la potencia de la señal de entrada, mientras que dBm siempre es relativo a una señal de 1 mW.

ref: Leer más: Diferencia entre dB y dBm | Diferencia entre http ://www.difference between.net/science/difference- between-db-and-dbm/#ixzz5T098jHjz

Representar una relación de voltaje en forma de dB es un poco ambiguo. La forma en dB de cualquier relación es X,dB = 10*log(X), pero cuando trabaja con voltaje, asumimos que ambos voltajes aparecen en el mismo valor de impedancia y forzamos que el valor devuelto sea una relación de potencia multiplicando el registro por 20 en lugar de 10 (P = V^2/R).

Entonces, derivamos la relación de voltaje en dB de VR,dB = 20*log(V2/V1) usando una equivalencia de potencia, luego rompemos la equivalencia de potencia y tratamos esto como una relación logarítmica de voltajes multiplicada por 20.

Al derivar ecuaciones en dB, si tiene un multiplicador constante, entonces debe conectarlo a la función K,dB = 10*log(K). Pero si está trabajando con relaciones de voltaje, use un 20 al frente.

Puede tener en cuenta diferentes niveles de impedancia de entrada y salida agregando un término adicional a la ecuación de relación de voltaje de dB que hará que los "dB de voltaje" y los "dB de potencia" sean equivalentes.

VR, dB = 20 registros (V2/V1) + 10 registros (R1/R2)

Si no tuviéramos el 20 delante de la relación de voltaje en dB y usáramos X,dB = 10*log(X) para todo, siempre tendríamos que saber si estamos hablando de una relación de potencia o una relación de voltaje. Un filtro de paso bajo tendría una frecuencia de corte de energía de -3dB que sería la misma frecuencia que la frecuencia de corte de voltaje de -1.5dB.

Cuando tiene que lidiar con un amplificador con ganancia de voltaje especificada en dB y necesita preocuparse por la carga de entrada y salida, tiene divisores de voltaje en la entrada y salida. Debe recordar que realmente está trabajando con relaciones de voltaje y necesita el 20 frente a los registros incluso para las relaciones de resistencias.

Ganancia de voltaje total, dB = 20 log (Rin/(Rsource + Rin)) + Av,dB + 20 log (Rload/(Rout+Rload)).