¿Qué es un decibel?

El decibel (dB) es una unidad logarítmica que compara dos valores de potencia, tensión o corriente. No mide valores absolutos, sino relaciones. Esto la vuelve especialmente útil en telecomunicaciones, donde las señales varían en órdenes de magnitud.

Por ejemplo, si una señal se amplifica 10 veces en potencia, su ganancia en decibeles será:

\[ G(dB) = 10 \cdot \log_{10}\left(\frac{10}{1}\right) = 10\, dB \]

¿Por qué se usa 10 o 20 en la fórmula? Para potencia se usa 10 × log porque la potencia está relacionada con el cuadrado de la tensión o corriente. Por eso, para tensión o corriente usamos 20 × log.

Atenuadores vs. Amplificadores

Los amplificadores y atenuadores son dispositivos que modifican la magnitud de una señal eléctrica. La diferencia clave radica en su efecto sobre la señal:

  • Amplificadores: Aumentan la amplitud o potencia de la señal. Se usan para compensar pérdidas o adaptar una señal débil a un nivel útil.
  • Atenuadores: Disminuyen la amplitud o potencia. Se utilizan para proteger etapas sensibles, igualar niveles de señal o evitar distorsiones.

Ejemplos comunes

  • Amplificador de audio: Eleva la señal proveniente de un celular o tocadiscos antes de enviarla a los parlantes.
  • Amplificador de antena: Mejora la recepción de señal en televisores o radios.
  • Atenuador de RF: Reduce la intensidad de señales en sistemas de radiofrecuencia para evitar saturación.
  • Atenuadores ópticos: En redes de fibra óptica, regulan la señal de luz para evitar errores.

¿Qué provoca una ganancia o pérdida?

Las señales se amplifican o se atenúan debido a varios factores físicos:

  • Ganancia: Proviene de dispositivos activos que introducen energía al sistema, como micrófonos o circuitos operacionales con alimentación externa.
  • Pérdida: Es natural en cables, conectores o componentes pasivos, donde parte de la energía se disipa como calor o se refleja.
Un amplificador no “crea” señal mágica: solo transfiere energía desde su fuente de alimentación hacia la señal. Sin esa fuente, no hay ganancia posible.

Ganancia y pérdida

Una señal tiene ganancia cuando aumenta respecto a su valor original (dB positivos), y pérdida cuando disminuye (dB negativos).

Fórmulas de ganancia:

  • Potencia: \(\ G(dB) = 10 \cdot \log_{10}\left(\frac{P_s}{P_e}\right)\ \)
  • Tensión: \(\ G(dB) = 20 \cdot \log_{10}\left(\frac{V_s}{V_e}\right)\ \)
  • Corriente: \(\ G(dB) = 20 \cdot \log_{10}\left(\frac{I_s}{I_e}\right)\ \)

Fórmulas de pérdida:

  • Potencia: \(\ P(dB) = 10 \cdot \log_{10}\left(\frac{P_e}{P_s}\right)\ \)
  • Tensión: \(\ P(dB) = 20 \cdot \log_{10}\left(\frac{V_e}{V_s}\right)\ \)
  • Corriente: \(\ P(dB) = 20 \cdot \log_{10}\left(\frac{I_e}{I_s}\right)\ \)

Ejemplo práctico: si una señal de 1W se amplifica a con un dispositivo de 30dB de ganancia, la salida será:

\[ 30 dB = 10 \cdot \log_{10}\left(\frac{Ps}{1 W}\right) \]

\[ Ps = 1000\, W \]

Aplicaciones reales del decibel

  • Redes de datos: el nivel de potencia en enlaces de fibra se mide en dBm.
  • Audio: los ecualizadores muestran cambios en dB sobre frecuencias específicas.
  • Electrónica: análisis de filtros, amplificadores y atenuadores.

Comprender los decibeles permite diagnosticar pérdidas, diseñar sistemas balanceados y comunicar especificaciones técnicas de forma estándar.