Sistemi e tecnologie elettroniche/Gli amplificatori

Da WikiAppunti.
Jump to navigation Jump to search
Nota disambigua.svg Il titolo di questa pagina non è corretto per via delle caratteristiche del software MediaWiki. Il titolo corretto è A2. Gli amplificatori.
/Gli amplificatori}}  [[{{#ifcategory:Traduzioni||Sistemi e tecnologie elettroniche|/Gli amplificatori}}/Sistemi e segnali elettronici{{#ifcategory:Traduzioni|/Gli amplificatori||/Gli amplificatori}}|A1. Sistemi e segnali elettronici]]/Gli amplificatori}}  [[{{#ifcategory:Traduzioni|/Gli amplificatori|Sistemi e tecnologie elettroniche|/Gli amplificatori}}|{{#ifcategory:Traduzioni||Sistemi e tecnologie elettroniche|/Gli amplificatori}}]][[{{#ifcategory:Traduzioni||Sistemi e tecnologie elettroniche|/Gli amplificatori}}/Gli amplificatori: comportamento in frequenza{{#ifcategory:Traduzioni|/Gli amplificatori||/Gli amplificatori}}|A3. Gli amplificatori: comportamento in frequenza]]  /Gli amplificatori}}

Vista dall'esterno[modifica | modifica sorgente]

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:

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

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

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

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

Guadagno di potenza[modifica | modifica sorgente]

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 <math>A_V</math> determina di quanto è aumentato il valore di picco (= ampiezza massima) del segnale:

<math>V_{{\text{out}}_p} = A_V \cdot V_{{\text{in}}_p}</math>

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

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

<math>G_P = K_P\left( \text{dB} \right) = 10 \log_{10} K_p</math>

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

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

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

e supponendo uguali le resistenze <math>R_i</math> e <math>R_u</math>:

<math>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}</math>[1]

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

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

Struttura interna[modifica | modifica sorgente]

Amplificatore di tensione[modifica | modifica sorgente]

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 <math>R_i</math> e <math>R_u</math> dissipano potenza.

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

<math>V_1=V_i {R_i \over R_i+R_g }</math>

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

<math>V_u=A_V V_1 {R_c \over R_c+R_u }</math>

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

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

Casi ideali[modifica | modifica sorgente]

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

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

Casi reali[modifica | modifica sorgente]

  • 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 bipolo[modifica | modifica sorgente]

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

<math>\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}</math>

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

Doppi bipoli in cascata[modifica | modifica sorgente]

35 Due doppi bipoli sono in cascata se la tensione di uscita del primo è quella di ingresso del secondo. Una catena di <math>N</math> 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 <math>R_i</math>: coincide con la resistenza di ingresso <math>R_{i_1}</math> del primo modulo:
    <math>R_i = R_{i_1}</math>
  • resistenza equivalente di uscita <math>R_u</math>: coincide con la resistenza di uscita <math>R_{u_N}</math> dell'ultimo modulo:
    <math>R_u=R_{u_N}</math>

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. Vedi anche Una nota di cautela sul fattore 20 su Wikipedia.
Nota disambigua.svg Il titolo di questa pagina non è corretto per via delle caratteristiche del software MediaWiki. Il titolo corretto è A2. Gli amplificatori.
/Gli amplificatori}}  [[{{#ifcategory:Traduzioni||Sistemi e tecnologie elettroniche|/Gli amplificatori}}/Sistemi e segnali elettronici{{#ifcategory:Traduzioni|/Gli amplificatori||/Gli amplificatori}}|A1. Sistemi e segnali elettronici]]/Gli amplificatori}}  [[{{#ifcategory:Traduzioni|/Gli amplificatori|Sistemi e tecnologie elettroniche|/Gli amplificatori}}|{{#ifcategory:Traduzioni||Sistemi e tecnologie elettroniche|/Gli amplificatori}}]][[{{#ifcategory:Traduzioni||Sistemi e tecnologie elettroniche|/Gli amplificatori}}/Gli amplificatori: comportamento in frequenza{{#ifcategory:Traduzioni|/Gli amplificatori||/Gli amplificatori}}|A3. Gli amplificatori: comportamento in frequenza]]  /Gli amplificatori}}