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
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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
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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
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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
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