Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Т-81. Коэффициент передачи показывает, во сколько раз напряжение или ток на выходе больше или меньше, чем на входе. Все графики на Р-55 могут быть построены для конкретных величин напряжений и токов. Не вдаваясь в устройство какого-либо фильтра, нарисуем его в виде прямоугольничка (Р-55;5) и для определенности будем считать, что при входном напряжении U_г =10 В выходные напряжения на частотах 3 кГц и 5 кГц соответственно равны 2 В и 8 В. А что будет, если входное напряжение увеличится вдвое и составит 20 В? Тогда и выходные напряжения тоже увеличатся в два раза и составят соответственно 4 В и 16 В (Р-55;6). Без долгих рассуждений можно сказать, что любое увеличение или уменьшение входного напряжения повлечет за собой такое же (во столько же раз) увеличение или уменьшение выходных напряжений. И для данного конкретного фильтра на данных частотах соотношение между входным напряжением и выходными есть величина постоянная.

Р-56

Но стоит ли в таком случае характеризовать действие фильтра численными значениями напряжений и токов, вольтами и амперами? Не лучше ли ввести общую характеристику фильтра, которая показывала бы, на каких частотах во сколько раз ослабляется переменное напряжение или переменный ток? Тогда, зная эту характеристику, можно всегда подсчитать, какое напряжение будет на выходе фильтра при данном напряжении на его входе, еще раз, кстати, подтвердив полезность общих представлений (Т-5). Такая характеристика существует, она называется коэффициентом передачи фильтра и обозначается чаще всего буквой К (Р-55;5,6). На каждой частоте у фильтра свой коэффициент передачи К, в этом, собственно, и состоит особенность фильтрующих цепей. Зависимость коэффициента передачи К от частоты есть одна из разновидностей частотной характеристики.

Т-82. Децибел — универсальная единица, показывающая, во сколько раз одна величина больше или меньше другой. В каких единицах нужно измерять коэффициент передачи? Вполне подошла бы для этого единица «раз» или хорошо известные проценты. Ведь мы так и говорим: «На частоте 3 кГц напряжение ослабляется в пять раз… на частоте 5 кГц — в 1,25 раза…» Однако чаще используется не «раз», а другая единица — децибел, сокращенно дБ. Она названа так по имени изобретателя телефона Александра Белла. Децибел — единица универсальная, она применяется для того, чтобы показать отношение любых двух величин — напряжений, токов, давлений, мощностей, скоростей и других. Переход от характеристики «во столько-то раз» к децибелам и обратно проще всего произвести с помощью справочной таблицы С-9.

Если коэффициент передачи меньше единицы, то есть если фильтр или другой элемент цепи уменьшает напряжение (ток), то децибелы получаются отрицательные. А если коэффициент передачи больше единицы, то есть если выходное напряжение (ток) больше входного (так тоже бывает, и вы очень скоро в этом убедитесь), то децибелы — положительные.

Особо нужно сказать о той строке справочной таблицы С-9, в которой указано отношение мощностей, соответствующее тому или иному числу децибел. Мы хорошо знаем, что между мощностью и током и между мощностью и напряжением существует квадратичная зависимость. То есть если увеличить напряжение или ток на каком-то участке цепи в два раза, мощность возрастет в четыре раза (Т-41). Эта зависимость как раз и находит отражение в таблице: во сколько бы раз ни изменилось напряжение (ток), мощность изменится в то же число раз, возведенное в квадрат.

Децибел — единица логарифмическая, и с этим связаны ее многие достоинства. Так, например, если вы знаете, что переменное напряжение подается на один фильтр и ослабляется им на 20 дБ, а затем поступает на другой фильтр и там ослабляется еще на 30 дБ, то общее ослабление подсчитывается как сумма (—20) + (—30) = — 50 дБ.

По справочной таблице С-9 легко определить, что напряжение в этом случае ослабляется в 316 раз и мощность в 10 000 раз.

Другой пример. На частоте 10 Гц коэффициент передачи фильтра К₁₀ = —60 дБ (выходное напряжение составляет 0,001 от входного или, иначе, фильтр ослабляет напряжение на этой частоте в 1000 раз), а на частоте 500 Гц фильтр ослабляет напряжение уже всего в 10 раз, то есть коэффициент передачи К₅₀₀ = — 20 дБ. Если вы хотите узнать, насколько эффективно действует фильтр, насколько на его выходе напряжение с частотой 10 Гц будет меньше, чем напряжение с частотой 500 Гц, нужно найти разность децибелов для К₁₀ и К₅₀₀.Эта разность равна (—60) — (—20) = —40 дБ, и по таблице определяем, что на выходе фильтра одно из напряжений будет меньше другого в 100 раз (одно составит 1 % другого).