Modelli per amplificatori - "E. Fermi"
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Modelli per amplificatori Si definisce amplificatore, un quadripolo lineare unidirezionale la cui relazione tra ingresso ed uscita risulta del tipo: G out = K ⋅ Gin con K costante (generalmente complessa) Gin e Gout grandezze elettriche (tensioni o correnti) K Gin Gout Ricordando che Gin e Gout possono indifferentemente risultare delle tensioni o delle correnti, è possibile definire quattro diversi modelli per amplificatori così caratterizzati: (Vi, Vo) , (Ii, Io) , (Vi,Io) , ( Ii, Io) Tutti e quattro i modelli proposti saranno caratterizzati dalla presenza: • Nel circuito di uscita, di un generatore dipendente di tensione o corrente di tipo reale e cioè dotato di una impedenza (o resistenza) interna di valore finito. • Nel circuito di ingresso, di una impedenza (o resistenza) di valore finito. • Sull’uscita di questi quadripoli ci sarà sempre collegato un carico e l’ingresso sarà sempre pilotato da un generatore reale. Amplificatore di TENSIONE In questo tipo di amplificatore l’ingresso è una tensione ed anche l’uscita è una tensione Rs Vs Ri Vi AvVi Ro Vo RL Il valore della tensione di uscita risulta paria a: Vo = AV ⋅ Vi ⋅ A.C. Neve – Modelli per amplificatori Ri RL RL = AV ⋅ Vs ⋅ ⋅ = AVT ⋅ Vs Ro + R L Rs + Ri Ro + RL 1 come si può notare, la tensione di uscita è inferiore a quella prevista a causa della presenza dei due fattori moltiplicativi di valore inferiore all’unità. Nel caso in cui risulti: Ri >> Rs ed Ro << RL, si avrà che: Vo = AV ⋅ Vs e quindi AV ≈ AVT L’amplificatore viene quindi ad essere utilizzato in condizioni quasi ideali. Esempio Si utilizzi un amplificatore dotato delle seguenti caratteristiche: AV = 10, Ri = 10k Ro = 1k Pilotando un carico RL = 5k ed usando un generatore avente Rs = 2k, si ottiene una amplificazione totale pari a: ATV = AV ⋅ Ri RL ⋅ = 6.9 < 10 Rs + Ri Ro + RL Applicando in ingresso una tensione Vs = 2v, si ottiene in uscita una tensione pari a 13.8v contro i 20v previsti. Pilotando invece un carico RL = 50k ed usando un generatore avente Rs = 0.1k, si ottiene un valore di AVT pari a 9.7 che può essere accettabilmente approssimato a 10. Si è pertanto avuto modo di verificare come un amplificatore correttamente dimensionato, possa offrire delle prestazioni non accettabili se utilizzato in modo non appropriato. Amplificatore di CORRENTE In questo tipo di amplificatore l’ingresso è una corrente ed anche l’uscita è una corrente Rs Is Ri Ii AiIi Ro Io RL Il valore della corrente di uscita è pari a: I o = AI ⋅ I i ⋅ Ro Rs RL = AI ⋅ I s ⋅ ⋅ = AIT ⋅ I s Ro + R L Rs + Ri Ro + RL come si può notare, la corrente di uscita è inferiore a quella prevista a causa della presenza dei due fattori moltiplicativi di valore inferiore all’unità. A.C. Neve – Modelli per amplificatori 2 Nel caso in cui risulti: Ri << Rs ed Ro >> RL, si avrà che: Io = AI ⋅ Is e quindi AI ≈ AIT L’amplificatore viene quindi ad essere utilizzato in condizioni quasi ideali. Amplificatore di TRANSCONDUTTANZA In questo tipo di amplificatore l’ingresso è una tensione mentre l’uscita è una corrente Rs Vs Ri Vi Ro Io GmVi RL Il valore della corrente di uscita è pari a: I o = G M ⋅ Vi ⋅ Ro Ri RL = G M ⋅ Vs ⋅ ⋅ = G MT ⋅ Vs Ro + R L Rs + Ri Ro + RL come si può notare, la corrente di uscita è inferiore a quella prevista a causa della presenza dei due fattori moltiplicativi di valore inferiore all’unità. Nel caso in cui risulti: Ri >> Rs ed Ro >> RL, si avrà che: Io = GM ⋅ Vs e quindi GM ≈ GMT L’amplificatore viene quindi ad essere utilizzato in condizioni quasi ideali. Amplificatore di TRANSRESISTENZA In questo tipo di amplificatore l’ingresso è una corrente mentre l’uscita è una tensione Rs Is Vo = R M ⋅ I i ⋅ Ri Ii RmIi Ro Vo RL Rs RL RL = RM ⋅ I s ⋅ ⋅ = RMT ⋅ I s Ro + R L Rs + Ri Ro + RL come si può notare, la tensione di uscita è inferiore a quella prevista a causa della presenza dei due fattori moltiplicativi di valore inferiore all’unità. A.C. Neve – Modelli per amplificatori 3 Nel caso in cui risulti: Ri << Rs ed Ro << RL, si avrà che: Vo = RM ⋅ Is e quindi RM ≈ RMT L’amplificatore viene quindi ad essere utilizzato in condizioni quasi ideali. Sintesi conclusiva Ingresso in tensione Ingresso in corrente Amplificatore di tensione Amplificatore di transresistenza AV = Vo/Vi RM = Vo/Ii Amplificatore di transconduttanza Amplificatore di corrente GM = Io/Vi AI = Io/Ii Uscita in tensione Uscita in corrente Amplificatore Tensione - AV Corrente - AI Transconduttanza - GM Transreristenza - RM A.C. Neve – Modelli per amplificatori Impedenza di ingresso Alta Bassa Alta Bassa Impedenza di uscita Bassa Alta Alta Bassa 4
