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Vista dall'esternoModifica

2 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.

3 Gli amplificatori sono specifici in base alla frequenza del segnale.

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

  • V \rightarrow V: amplificatore di tensione
  • I \rightarrow I: amplificatore di corrente
  • I \rightarrow V: amplificatore di transresistenza R_m = {V \over I}
  • V \rightarrow I: amplificatore di transconduttanza G_m = {I \over V}

4 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 V_{\text{in}} = V_1;
  • a destra: porta di uscita a cui è applicata la tensione V_{\text{out}} = V_2;
  • in alto: alimentazione, costituita da una tensione costante V_A.

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

La tensione di uscita V_{\text{out}} è misurata sulla resistenza di carico, che si comporta da utilizzatore quando riceve il segnale.

Guadagno di potenzaModifica

6 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.

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

V_{{\text{out}}_p} = A_V \cdot V_{{\text{in}}_p}

8 Si potrebbe realizzare un amplificatore tramite un trasformatore (ideale), il cui numero di spire sia legato ad A_V, ma la potenza di uscita sarebbe uguale a quella in ingresso: V_1 I_1=V_2 I_2

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

G_P = K_P\left( \text{dB} \right) = 10 \log_{10} K_p

dove K_P={P_{\text{out}} \over P_{\text{in}}} è una quantità adimensionata detta rapporto di potenza. Se P_{\text{in}}=P_{\text{out}} \Rightarrow G_P \left( \text{dB} \right)=0. Se P_{\text{out}} = 1 \; \text{mW}, l'unità di misura del guadagno diventa il dBm.

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

P = {V^2 \over R} \Rightarrow K_P = {\left( {V_u \over V_i} \right)}^2 \left( {R_i \over R_u} \right)

e supponendo uguali le resistenze R_i e R_u:

K_P = {\left( {V_u \over V_i} \right)}^2 \Rightarrow G_P = 2 \cdot 10 \log_{10} \left| {V_u \over V_i} \right| = 20 \log_{10} \left| A_V \right| = A_V \left( \text{dB} \right) \Rightarrow A_V = \sqrt{K_P}[1]

11 Se più amplificatori sono connessi in cascata, le amplificazioni A_V si moltiplicano e i guadagni G_P=A_V \left( \text{dB} \right) si sommano. Si chiama tensione picco-picco la differenza tra i valori massimo e minimo di tensione: V_{PP}=2V_P.

12 Se invece \begin{cases} V_{\text{in}} = V_{\text{out}} \Rightarrow A_V = 1 \\
R_{\text{in}} \neq R_{\text{out}} \end{cases}, l'amplificazione del segnale è proporzionale al rapporto tra le resistenze.

Struttura internaModifica

Amplificatore di tensioneModifica

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

Idealmente, tutti i generatori sono ideali e non vi sono resistenze → nessuna perdita. 14 In realtà, le resistenze interne R_i e R_u dissipano potenza.

15 effetto degli ingressi: Con uscita a vuoto (R_c = +\infty \Rightarrow V_u = A_V V_1), la tensione del generatore reale V_i si ripartisce tra la resistenza del generatore R_g e la resistenza di ingresso R_i:

V_1=V_i  {R_i \over R_i+R_g }

16 effetto delle uscite: Con generatore ideale in ingresso (R_g = 0 \Rightarrow V_i = V_1), la tensione V_1 A_V si ripartisce tra la resistenza di uscita R_u e la resistenza di carico R_c:

V_u=A_V V_1  {R_c \over R_c+R_u }

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

con uscita a vuoto con generatore ideale effetto complessivo
{V_u \over V_i} = A_V  {R_i \over R_i+R_g} {V_u \over V_i} = A_V  {R_c \over R_u+R_c} {V_u \over V_i} = A_V  {R_i \over R_i+R_g} {R_c \over R_u + R_c}

Casi idealiModifica

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

24 ingressi in tensione: R_i \rightarrow +\infty \Rightarrow R_G \rightarrow 0
25 ingressi in corrente: R_i \rightarrow 0 \Rightarrow R_g \rightarrow +\infty
26 uscite in tensione: R_u \rightarrow 0 \Rightarrow V_u = A_V V_i
• uscite in corrente: R_u \rightarrow +\infty \Rightarrow I_2 = I

Casi realiModifica

  • 23 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 bipoloModifica

31-32 Il modello più semplice di amplificatore è definito dai 3 parametri R_i, R_u, A_V:

\begin{cases} R_i = {V_i \over I_i} \\
R_u = {V_{u_{\mathrm{vuoto}}} \over I_{u_{\mathrm{cortocircuito}}}} \\
A_V = {V_{u_{\mathrm{vuoto}}} \over V_i} \end{cases}

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

Doppi bipoli in cascataModifica

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

  • 36 funzione di trasferimento complessiva: è il prodotto delle funzioni di trasferimento dei singoli moduli;
  • resistenza equivalente di ingresso R_i: coincide con la resistenza di ingresso R_{i_1} del primo modulo:
R_i = R_{i_1}
  • resistenza equivalente di uscita R_u: coincide con la resistenza di uscita R_{u_N} dell'ultimo modulo:
R_u=R_{u_N}

NoteModifica

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

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