¿qué es exactamente 'ganancia y pérdida' y cómo se usa?

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

"Pérdida" es un término un poco más ambiguo. Puede significar solo el recíproco de ganancia. Generalmente se aplica cuando una señal se atenúa en lugar de amplificarse.

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

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

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

dB = 10 log ₁₀ (OutPower / InPower)

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

Por ejemplo, supongamos que desea calcular la ganancia general 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, podría decir que tiene una pérdida de 41 dB.

Observe cómo se define dB en términos de potencia . A veces estás tratando directamente con el poder, como en el ejemplo de RF anterior. Otras veces estamos más interesados en la ganancia de voltaje. Tenga en cuenta que la potencia es proporcional al cuadrado de voltaje, todo lo demás se mantiene constante. dB para voltajes es por lo tanto:

dB = 10 Log ₁₀ (Vout ² / Vin ² )

De lo que sigue:

dB = 10 Log ₁₀ ((Vout / Vin) ² )

dB = 20 Log ₁₀ (Vout / Vin)

Ya que estás en el 12º grado (estudiante de último año de secundaria), deberías haber estado expuesto a logaritmos lo suficiente como para entender lo anterior.

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

Por ejemplo, digamos que un amplificador de audio recibe señales de audio de "nivel de línea" y puede (ajustable mediante el control de volumen) amplificar el voltaje hasta 10 antes de que se alimente al amplificador de potencia que realmente controla 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 de micrófono tiene una ganancia de

20 log ₁₀ (1000) = 60 dB

y el preamplificador básico puede tener una ganancia de hasta

20 log ₁₀ (10) = 20 dB

En general, desde la entrada del micrófono hasta la salida, 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 se verifica, ya que las ganancias de voltaje multiplicadas (1000 x 10) tienen el mismo valor.