La compresión de ganancia es una reducción en la ganancia diferencial o de pendiente causada por la no linealidad de la función de transferencia de un dispositivo amplificador [1] para entradas de señales grandes .
Cuando se sobrecarga un amplificador más allá de su rango lineal , se producirá una compresión de ganancia [1] debido a las características no lineales del circuito. La salida de las entradas de gran amplitud será menor que la esperada si se utiliza la ganancia de señales pequeñas del amplificador, de modo que un aumento en la entrada no se corresponderá con un aumento proporcional en la salida. La compresión de ganancia es la diferencia entre la curva de transferencia de potencia lineal ideal y la curva de transferencia de potencia del circuito real.
Un parámetro de compresión de ganancia importante es el OP1dB , que es la entrada de potencia que resulta en una compresión de 1 dB de la potencia de salida (OP), correspondiente a una relación de ganancia de 10 - 1 ⁄ 10 = 79,4%.
La distorsión armónica es el resultado de curvas de transferencia no lineales. Y una vez que se alcanza la amplitud máxima de un amplificador, las señales se recortan , lo que produce una distorsión armónica aún más fuerte.
La no linealidad puede deberse al calor debido a la disipación de potencia. Además, el punto de funcionamiento de un transistor puede variar con la temperatura.
La compresión de ganancia es relevante en cualquier sistema con un amplio rango dinámico , como audio o RF . Es más común en circuitos de válvulas que en circuitos de transistores , debido a diferencias de topología, posiblemente causando las diferencias en el rendimiento de audio llamadas " sonido de válvula ". Los amplificadores de RF de entrada de los receptores de radio son particularmente susceptibles a este fenómeno cuando se sobrecargan con una señal fuerte no deseada. [1]
Una radio o un amplificador de válvulas aumentará el volumen hasta cierto punto y, a medida que la señal de entrada se extiende más allá del rango lineal del dispositivo, la ganancia efectiva se reduce, lo que altera la forma de la onda. El efecto también está presente en los circuitos de transistores. La magnitud del efecto depende de la topología del amplificador.
La compresión de ganancia en los amplificadores de RF es similar al recorte suave. Sin embargo, en los sistemas de banda estrecha , el efecto se parece más a una compresión de ganancia simplemente porque los armónicos se filtran después de la amplificación. Muchas hojas de datos de amplificadores de RF enumeran la compresión de ganancia en lugar de las cifras de distorsión porque es más fácil de medir y es más importante que las cifras de distorsión en los amplificadores de RF no lineales.
En sistemas de banda ancha y baja frecuencia , los efectos no lineales son fácilmente visibles, por ejemplo, la salida está recortada . Para ver lo mismo a 1 GHz , se necesita un osciloscopio con un ancho de banda de al menos 10 GHz. Al observar con un analizador de espectro , se comprime la fundamental y se captan los armónicos .
Un amplificador de RF de bajo ruido , si se alimenta mediante una antena direccional a un receptor de 900 MHz de consumo , debería mejorar el alcance de transmisión. Funciona, pero el receptor también puede captar un par de estaciones UHF de alrededor de 700 MHz.
Por ejemplo, si el canal 54 está transmitiendo 6 MW de AM , FM y PM , el frente de RF, que espera −80 dBm , se sobrecargaría enormemente y generaría productos de mezcla. Este es un efecto típico de la compresión de ganancia.
La compresión de potencia es una forma de compresión de ganancia que se produce en las bobinas de voz de los altavoces cuando se calientan y aumentan su resistencia . Esto hace que se extraiga menos potencia del amplificador y se reduzca el nivel de presión sonora .
La compresión de rango dinámico es un término más general que generalmente se refiere a la compresión intencional y puede realizarse en el ámbito digital o analógico. Los circuitos de control automático de ganancia están diseñados intencionalmente para cambiar activamente la ganancia general en respuesta al nivel de la entrada, lo que da como resultado una función de transferencia que puede variar con el tiempo. La compresión de ganancia, por otro lado, es una consecuencia de las no linealidades del circuito amplificador analógico que generalmente no son deseadas.