Un amplificador es un dispositivo electrónico de este tipo que controla una señal eléctrica más grande por medio de una señal eléctrica mucho más pequeña. La señal de salida de este dispositivo puede ser voltaje controlado o actual controlado. Un amplificador sólo crea una copia de la señal de entrada (señal de control) pero en mayor magnitud con la ayuda de una fuente externa de DC. Por lo tanto, debe haber una fuente de energía externa en todos los dispositivos de amplificación. Cada dispositivo amplificador tiene su propia capacidad de amplificar una señal de entrada a su mayor magnitud de salida posible. El ganancia de un amplificador se define como la medida de esta capacidad de amplificar una señal. La ganancia es una proporción, por lo que no tiene ninguna unidad.
La relación entre la corriente de salida y la corriente de entrada de un amplificador se define como ganancia de corriente, la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada se define como ganancia de voltaje y, de manera similar, la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada de un amplificador se conoce como ganancia de potencia del amplificador. Por ejemplo, si la entrada voltaje de un amplificador es de 2,5 VRMS y el voltaje de salida es de 50 VRMS…la ganancia de voltaje sería..,
Un amplificador no siempre amplifica en la misma medida que su entrada. Puede responder de forma diferente para CA y CC. Por lo tanto, otra forma de representar la ganancia es la relación entre el cambio de la señal de salida y el cambio de la señal de entrada. Esto significa cuánto cambio se produjo en la señal de salida para cierto cambio en la señal de entrada o de control. El ganancia del amplificador puede calcularse fácilmente tomando la proporción de valor rms de las señales de salida y entrada pero no es una técnica justificada para la señal de CA.
Ganancia en decibelios o ganancia en dB
Aunque ganancia del amplificador no tiene ninguna unidad ya que es la relación de señales de la misma unidad, pero si alguno intenta representar la ganancia en escala logarítmica entonces tendrá una unidad. Generalmente la ganancia expresada en escala logarítmica tendrá una unidad llamada decibelio que es una décima fracción de bel. El nombre de esta unidad que es bel proviene del nombre de Alexander Graham Bell, el famoso inventor escocés que es bien conocido por su invención de los sistemas telefónicos.
Ahora, ganancia de decibelios se define en términos del logaritmo común (base 10) de una relación de potencia que significa que si la ganancia convencional de un amplificador es Psalida / Pentradaentonces esta ganancia se expresa en la escala de decibelios como 10log(Psalida / Pentrada).
Si mostramos la tabla de abajo, se entenderá más claramente.
| Ganancia como ratio | Ganancia en decibelios |
| 1000 | 30 dB |
| 100 | 20 dB |
| 10 | 10 dB |
| 1 | 0 dB |
| 0.1 | 10 dB |
| 0.01 | 20 dB |
| 0.001 | 30 dB |
| 0.0001 | 40 dB |
¿Por qué deberíamos usar la escala de Bel o la escala de decibelios para representar la ganancia?
La habilidad auditiva humana es de naturaleza logarítmica. Para duplicar la intensidad percibida del sonido, la potencia del sonido debe ser aumentada en 10 veces. Esto significa que la ganancia del amplificador que controla la intensidad del sonido debe tener una ganancia de 10 para duplicar la intensidad percibida del sonido que está en la escala de bel 1 bel y en la escala de decibelios 10 decibelios. En otras palabras, una ganancia de potencia de 1 bel se traduce en una duplicación de la intensidad percibida del sonido. El uso perfecto de la escala bel es en la escala de Richter que mide la intensidad de los terremotos. Un terremoto de 6 Richter es 10 veces más poderoso que uno de 5 Richter, y un terremoto de 4 Richter es 1/10 tan poderoso como uno de 5 Richter. La escala logarítmica también se usa popularmente para medir la concentración de iones de hidrógeno en una solución química. Una diferencia de pH en esta escala significa 10 veces la diferencia en la concentración de iones de hidrógeno en una solución. Ahora nos resulta claro que cuando la variación de la ganancia es enorme es preferible utilizar la escala logarítmica en lugar de la escala de proporción convencional, de modo que se pueda obtener un enorme rango de expresión mediante un intervalo relativamente pequeño de valores numéricos. No sólo eso, en el amplificador en cascada la ganancia decimal global se calcula sumando la ganancia decimal individual del amplificador en lugar de multiplicarla como en el caso de la ganancia de relación. Esto hace que las ecuaciones y los cálculos relacionados sean más sencillos y fáciles.
Supongamos que un amplificador tiene una ganancia de 3 y otro de 5 y que estos dos amplificadores están conectados en cascada. La ganancia total del sistema es de 3 5 = 15. Ahora, en escala logarítmica o en dB, estas ganancias son 10 log3 = 4,77 dB y 10 log 5 = 6,99 dB respectivamente. En la escala de decibelios esta ganancia global es 10 log15 = 11,76 dB que no es más que 4,77 + 6,99. Por lo tanto, hemos visto cómo la ganancia global puede ser calculada sumando las ganancias individuales en lugar de multiplicarlas.
