Ganancia de bucle

En electrónica y teoría de sistemas de control, la ganancia de bucle es la suma de la ganancia, expresada como una relación o en decibelios, alrededor de un bucle de retroalimentación. Los bucles de retroalimentación se utilizan ampliamente en electrónica en amplificadores y osciladores, y más generalmente en sistemas de control industrial electrónicos y no electrónicos para controlar plantas y equipos industriales. El concepto también se utiliza en biología. En un circuito de retroalimentación, la salida de un dispositivo, proceso o planta se muestrea y aplica para alterar la entrada y controlar mejor la salida. La ganancia del bucle, junto con el concepto relacionado de cambio de fase del bucle, determina el comportamiento del dispositivo y, en particular, si la salida es estable o inestable, lo que puede provocar oscilaciones. La importancia de la ganancia de bucle como parámetro para caracterizar los amplificadores de retroalimentación electrónica fue reconocida por primera vez por Heinrich Barkhausen en 1921, y fue desarrollada por Hendrik Wade Bode y Harry Nyquist en Bell Labs en la década de 1930.

Un diagrama de bloque de un amplificador electrónico con retroalimentación.

A la derecha se muestra un diagrama de bloques de un amplificador electrónico con retroalimentación negativa. La señal de entrada se aplica al amplificador con ganancia de bucle abierto A y se amplifica. La salida del amplificador se aplica a una red de retroalimentación con ganancia β y se resta de la entrada al amplificador. La ganancia del bucle se calcula imaginando que el bucle de realimentación se interrumpe en algún punto y calculando la ganancia neta si se aplica una señal. En el diagrama que se muestra, la ganancia del bucle es el producto de las ganancias del amplificador y la red de retroalimentación, −Aβ. El signo menos se debe a que la señal de retroalimentación se resta de la entrada.

Las ganancias A y β y, por lo tanto, la ganancia del bucle, generalmente varían con la frecuencia de la señal de entrada, por lo que generalmente se expresan como funciones de la frecuencia angular. ω en radianes por segundo. A menudo se muestra como un gráfico con la frecuencia del eje horizontal ω y la ganancia del eje vertical. En los amplificadores, la ganancia de bucle es la diferencia entre la curva de ganancia de bucle abierto y la curva de ganancia de bucle cerrado (en realidad, la curva 1/β) en una escala de dB.