Sistemi e tecnologie elettroniche/Gli amplificatori

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Vista dall'esterno[modifica]

L'amplificatore restituisce in uscita un certo segnale con più potenza del segnale in ingresso. Deve tendere ad essere un modulo lineare, cioè deve replicare il segnale deteriorandolo il meno possibile.

Gli amplificatori sono specifici in base alla frequenza del segnale.

A seconda se i segnali in ingresso e in uscita sono correnti o tensioni:

  • : amplificatore di tensione
  • : amplificatore di corrente
  • : amplificatore di transresistenza
  • : amplificatore di transconduttanza

In un amplificatore di tensione si possono distinguere 4 terminali:

  • in basso: terminale comune (a cui sono collegate tutte le tensioni);
  • a sinistra: porta di ingresso a cui è applicata la tensione di ingresso ;
  • a destra: porta di uscita a cui è applicata la tensione ;
  • in alto: alimentazione, costituita da una tensione costante .

Flusso del segnale: porta di ingresso → amplificatore → porta di uscita

La tensione di uscita è misurata sulla resistenza di carico, che si comporta da utilizzatore quando riceve il segnale.

Guadagno di potenza[modifica]

L'alimentazione fornisce l'energia necessaria per amplificare la tensione di ingresso. Avviene però una dispersione dell'energia → si definisce efficienza il rapporto tra la potenza fornita al carico e la potenza fornita dall'alimentatore.

L'amplificazione di tensione determina di quanto è aumentato il valore di picco (= ampiezza massima) del segnale:

Si potrebbe realizzare un amplificatore tramite un trasformatore (ideale), il cui numero di spire sia legato ad , ma la potenza di uscita sarebbe uguale a quella in ingresso:

Il guadagno di potenza, espresso in decibel (dB), è un modo per calcolare il rapporto tra le potenze:

dove è una quantità adimensionata detta rapporto di potenza. Se . Se , l'unità di misura del guadagno diventa il dBm.

Esprimendo il guadagno di potenza tramite i rapporti tra tensioni e resistenze:

e supponendo uguali le resistenze e :

[1]

Se più amplificatori sono connessi in cascata, le amplificazioni si moltiplicano e i guadagni si sommano. Si chiama tensione picco-picco la differenza tra i valori massimo e minimo di tensione: .

Se invece , l'amplificazione del segnale è proporzionale al rapporto tra le resistenze.

Struttura interna[modifica]

Amplificatore di tensione[modifica]

All'interno vi è un generatore di tensione pilotato in uscita.

Idealmente, tutti i generatori sono ideali e non vi sono resistenze → nessuna perdita. In realtà, le resistenze interne e dissipano potenza.

effetto degli ingressi: Con uscita a vuoto (), la tensione del generatore reale si ripartisce tra la resistenza del generatore e la resistenza di ingresso :

effetto delle uscite: Con generatore ideale in ingresso (), la tensione si ripartisce tra la resistenza di uscita e la resistenza di carico :

La funzione di trasferimento complessiva tiene conto degli effetti combinati della resistenza d'ingresso e di quella d'uscita :

con uscita a vuoto con generatore ideale effetto complessivo

Casi ideali[modifica]

Idealmente, i generatori in ingresso devono essere ideali, e il carico deve ricevere tutta la tensione :

  • ingressi in tensione:
  • ingressi in corrente:
  • uscite in tensione:
  • uscite in corrente:

Casi reali[modifica]

  • ingressi in tensione: amplificatori per microfono, circuiti logici;
  • ingressi in corrente: sensori ottici (fotodiodi, telecomandi con infrarossi) che convertono l'onda elettromagnetica in corrente;
  • uscite in tensione: alimentazione di circuiti elettronici, lampadine;
  • uscite in corrente: motori, attuatori elettromagnetici, caricabatterie.

Da rete a doppio bipolo[modifica]

Il modello più semplice di amplificatore è definito dai 3 parametri , , :

Qualunque doppio bipolo con generatore pilotato, applicando il teorema di Thevenin, si può ricondurre al modello più semplice.

Doppi bipoli in cascata[modifica]

Due doppi bipoli sono in cascata se la tensione di uscita del primo è quella di ingresso del secondo. Una catena di doppi bipoli si può ricondurre a un singolo doppio bipolo equivalente di parametri:

  • funzione di trasferimento complessiva: è il prodotto delle funzioni di trasferimento dei singoli moduli;
  • resistenza equivalente di ingresso : coincide con la resistenza di ingresso del primo modulo:
  • resistenza equivalente di uscita : coincide con la resistenza di uscita dell'ultimo modulo:

Note[modifica]

  1. Vedi anche Una nota di cautela sul fattore 20 su Wikipedia.