Amplificatori

AMPLIFICATORI

Si dice amplificatore un circuito in grado di aumentare l'ampiezza del segnale di ingresso. Un buon amplificatore deve essere lineare, nel senso che deve amplificare tutte le forme d'onda presenti in ingresso nello stesso modo, cioè moltiplicare l'ampiezza di ognuna per un numero costante, pari al guadagno, per tutte le frequenze. Un amplificatore si dice amplificatore di tensione se amplifica la tensione; si dice amplificatore di corrente se amplifica la corrente. Può essere utile il seguente schema:

Schema a blocchi di un amplificatore. La tensione in uscita è più grande di quella di ingresso

in cui notiamo che la frequenza del segnale di ingresso è rimasta inalterata e così la forma d'onda, che è sinusoidale sia in ingresso che in uscita; viene amplificata solo l'ampiezza. Occorre precisare che l'amplificatore non è un generatore, infatti l'amplificazione avviene a spese del generatore di tensione che alimenta il circuito.

Un amplificatore si dice per piccoli segnali quando l'ampiezza della forma d'onda applicata in ingresso è molto piccola e la potenza in uscita è dell'ordine delle centinaia di mW. Quando, invece, la potenza fornita in uscita è dell'ordine dei Watt si dice che l'amplificatore è di potenza.

Un amplificatore si dice di bassa frequenza se amplifica le frequenze basse, cioè le frequenze audio, udibili dall'orecchio umano; le frequenze audio vanno da 16 Hz a 16.000 Hz. Un amplificatore si dice ad alta frequenza quando amplifica frequenze superiori ai 16 kHz. Ciò è dovuto al fatto che un amplificatore, a causa dei limiti della tecnica, è selettivo, cioè amplifica una ristretta gamma di frequenze; di conseguenza per ogni gamma di frequenze di lavoro si costruisce un idoneo amplificatore.

Naturalmente ogni amplificatore, essendo un quadripolo, ha un suo guadagno di tensione, dato dalla formula: A_v = v_u / v_i; e un suo guadagno di corrente, dato dalla formula: A_i = i_u / i_i

Ha, inoltre, una sua resistenza di ingresso, data dalla formula R_i = v_i / i_i, e una sua resistenza di uscita, data dalla formula: R_u = v_u / i_u.

Si dice rumore un insieme di frequenze diverse, presenti in uscita e non presenti in ingresso; in pratica il rumore viene generato dall'amplificatore ed è un difetto dell'amplificatore stesso; ha un origine interna, quando proviene dai componenti utilizzati, oppure una origine esterna, come disturbi atmosferici, interruttori, circuiti vicini; in tal caso si chiama disturbo.

Si dice distorsione di un amplificatore il fatto che tra segnale di ingresso e segnale di uscita vi è una variazione non prevista. La distorsione può essere distorsione di frequenza, quando vi sono in uscita frequenze non presenti in ingresso; ciò è dovuto al fatto che non tutte le frequenze vengono amplificate nello stesso modo.

Si dice distorsione di fase quando tra le varie frequenze in uscita vi è una differenza di fase diversa rispetto a quella presente in ingresso; in pratica l'amplificatore non sfasa le varie frequenze dello stesso angolo.

Si dice distorsione di non linearità il fatto di avere una deformazione della forma d'onda tra ingresso e uscita. Ciò è dovuto al fatto che essendo il segnale di ingresso molto forte il transistor si sposta in una zona non lineare delle caratteristiche, per cui si hanno amplificazioni diverse, o addirittura saturazione, nelle diverse parti che costituiscono la forma d'onda.

Consideriamo i seguenti diagrammi che mostrano come il segnale applicato in ingresso influisce sul punto di riposo del BJT:

Una piccola tensione sinusoidale applicata sulla base aumenta la corrente di base; la corrente di base fa aumentare la corrente di collettore ic

Applicando un segnale sinusoidale in ingresso, possiamo vedere, guardando la caratteristica di ingresso, che la v_BE aumenta o diminuisce, seguendo il segnale; contemporaneamente anche la i_B segue l'andamento del segnale.

Riportando l'andamento della i_B sulla retta di carico delle caratteristiche di uscita vediamo che il punto di lavoro si sposta, sempre però sulla retta di carico, determinando sia una variazione di i_C che della v_CE. Vediamo che la v_CE è sfasata di 180° rispetto alla v_BE ed inoltre è amplificata; mentre la i_C è in fase con la i_B, ma amplificata. Poiché il punto di lavoro è stato scelto sul tratto lineare delle caratteristiche, la distorsione è ridotta al minimo.