¿Qué es exactamente 'ganancias y pérdidas' y cómo se usa?

"Ganancia" es solo la relación entre la fuerza de salida y la fuerza de entrada. Por ejemplo, si un amplificador aumenta el voltaje por un factor de 4, se puede decir que el amplificador tiene una ganancia de 4.

"Pérdida" es un término un poco más ambiguo. Puede significar simplemente el recíproco de la ganancia. Por lo general, se aplica cuando una señal se atenúa en lugar de amplificarse.

"Pérdida" a menudo conlleva la connotación de que la reducción en la intensidad de la señal no es intencional. Por ejemplo, la señal que sale de un cable largo será más débil que la que entró. La relación entre la entrada y la salida es la pérdida en el cable. Tenga en cuenta que este es el recíproco de la ganancia.

Para agregar más confusión, tenga en cuenta que tanto la ganancia como la pérdida a menudo se expresan logarítmicamente. Eso puede parecer innecesariamente complicado, pero en realidad simplifica el trabajo con ganancias y pérdidas en muchos contextos.

Los decibelios (dB) se utilizan comúnmente para expresar ganancias y pérdidas de forma logarítmica. Un Bel es simplemente la relación log ₁₀ de potencia de salida a entrada. Sin embargo, eso significaría que un cambio de 1 corresponde a un cambio de potencia de 10. Eso se consideró un paso demasiado grande para el uso común, por lo que se usa el deci Bel, abreviado dB, en su lugar. dB se define como

    dB = 10 log ₁₀ (Potencia de salida/Potencia de entrada)

Una ventaja de expresar la ganancia (y pérdida) de potencia de forma logarítmica es que las ganancias secuenciales simplemente se suman. Lo que sería una multiplicación con ganancias lineales ahora es una suma con ganancias logarítmicas.

Por ejemplo, supongamos que desea calcular la ganancia total de un transmisor de radio a un receptor. El cable del transmisor a la antena tiene una pérdida de 5 dB, la antena tiene una ganancia de 3 dB en la dirección del receptor y la señal se atenúa otros 39 dB debido a la distancia de la antena al receptor. En general, tiene un sistema con una ganancia de (-5 dB)+(3 dB)+(-39 dB) = -41 dB. O bien, se podría decir que tiene una pérdida de 41 dB.

Observe cómo se define dB en términos de potencia . A veces se trata de energía directamente, como en el ejemplo de RF anterior. Otras veces nos interesa más la ganancia de voltaje. Tenga en cuenta que la potencia es proporcional al cuadrado del voltaje, todo lo demás se mantiene constante. dB para voltajes es por lo tanto:

    dB = 10 Log ₁₀ (Vsal ² /Vin ² )

De eso sigue:

    dB = 10 Log ₁₀ ((Vsal/Vin) ² )

    dB = 20 Log ₁₀ (Vsal/Vin)

Como estás en el grado 12 (último año de la escuela secundaria), deberías haber estado lo suficientemente expuesto a los logaritmos para comprender lo anterior.

Por supuesto, la potencia de una señal solo es proporcional al cuadrado del voltaje. La potencia real también depende de la impedancia de esa señal. Sin embargo, cuando realmente solo nos importa el voltaje, simplemente ignoramos esa parte para poder usar las prácticas unidades de dB.

Por ejemplo, supongamos que un amplificador de audio toma señales de audio de "nivel de línea" y puede (ajustable a través de la perilla de volumen) amplificar el voltaje hasta 10 antes de que se alimente al amplificador de potencia que realmente impulsa los altavoces. Además, este preamplificador también tiene una entrada de micrófono que agrega una ganancia de voltaje fijo de 1000 antes de la entrada de línea.

En este caso, se puede decir que el preamplificador del micrófono tiene una ganancia de

    20 registro ₁₀ (1000) = 60 dB

y el preamplificador básico puede tener una ganancia de hasta

    20 registro ₁₀ (10) = 20 dB

En general, desde la entrada hasta la salida del micrófono, se puede decir que este preamplificador tiene una ganancia de (60 dB)+(20 dB) = 80 dB.

Podemos trabajar esto al revés para obtener la ganancia de voltaje resultante. 10 ^80/20 = 10 ⁴ = 10 000. Eso verifica, ya que las ganancias de voltaje multiplicadas (1000 x 10) dan el mismo valor.