Amplificatore

Cenni sugli amplificatori
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componenti essenziali di un circuito elettronico che generalmente tratta piccoli
segnali di tensione e di corrente
può essere rappresentato come una scatola nera collegata ad un alimentatore
riceve in ingresso un segnale con potenza Pi e in uscita ne produce uno con
potenza amplificata Po
linearità  tutte le componenti del
segnale sono amplificate dello stesso fattore
Alimentatore
Pi
Amplificatore
Po = k Pi
componente attivo
schema di un lettore CD
Il segnale elettrico che deriva dal lettore ottico del CD (qualche mV), viene preamplificato ed
eventualmente filtrato per lasciare solo le frequenze udibili (20 Hz - 20 kHz). Poi passa ad un
amplificatore di potenza che deve fornire al segnale una potenza sufficiente per poterlo
mandare all’altoparlante.
Amplificatori: a valvole
a transistor
BJT in zona attiva  amplificatori in corrente
JFET in zona di saturazione  amplificatori in tensione
guadagno: dipende dal tipo di transistor e dal circuito esterno,
fissato in fase di progetto.
Caso Ideale: il segnale in uscita da un amplificatore è una replica fedele del
segnale in ingresso, ma ha una energia maggiore (guadagno in dB)
Caso Reale: l’intervallo delle ampiezze dei segnali in ingresso (DINAMICA) che
può essere riprodotto fedelmente è limitato.  Conseguenza dei
limiti della dinamica è la distorsione.
Alcuni esempi interessanti:
amplificatori differenziali
amplificatori operazionali
amplificatori controreazionati (con feedback)
l’amplificatore differenziale (A.D.) - 1
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•
amplifica la differenza tra due segnali
esempio di applicazione: trasmissione a distanza di un segnale di ampiezza
ridotta, in un ambiente “rumoroso”.
• 2 ingressi V+in V-in e 1 uscita Vout
• in un AD
dove guadagno nel modo comune
Aa
guadagno nel modo differenziale Ad
Ad/ A a = r
si chiama RAPPORTO DI REIEZIONE DEL MODO COMUNE (CMRR)
un A.D. ideale ha r = ∞  vo = Ad vd
l’amplificatore differenziale (A.D.) - 2
• esempio di applicazione : trasmissione a distanza di un segnale di
ampiezza ridotta, in un ambiente in cui sia presente del rumore
elettronico.
• la linea di trasmissione del segnale preleva dall’ambiente il rumore che
all’arrivo risulta sommato al segnale.
– consideriamo due linee di trasmissione:
sulla prima trasmettiamo il segnale +v e sulla seconda il segnale –v
– ciascuna di esse preleva dall’ambiente il rumore vn
• se il circuito che riceve i segnali è un A.D. con guadagno A verrà
amplificata la differenza tra segnali presenti sulle due linee:
(v+vn)
(-v+vn)
• il segnale all’uscita sarà:
vo = A [(v+vn) - (-v+vn)] = + 2 A v
 il rumore è stato eliminato (completamente, nel caso ideale)
Amplificatore Operazionale(AO)
amplificatore a elevato guadagno (teoricamente infinito)
stadio di ingresso differenziale
Vout = A·(V+ − V−)
+
V-
Vout
+
V+
-
• 2 ingressi di segnale:
• invertente (a cui corrisponde un guadagno negativo)
• non invertente
•2 alimentazioni
• 1 uscita
• ulteriori terminali possono essere presenti per il controllo dell’offset.
+
V-
Vout
+
V+
-
A.O. ideale :
resistenza di ingresso = ∞
– resistenza di uscita = 0
–
–
–
–
–
guadagno di tensione Av = ∞
guadagno indipendente dalla frequenza del segnale
larghezza di banda infinita (non taglia frequenze del segnale di ingresso)
sfasamento nullo tra ingresso e uscita
guadagno nel modo comune nullo
MASSA VIRTUALE: concetto utile che semplifica l’analisi dei circuiti con AO
Av = ∞ ma Vout è finito (V+ − V−) =0 cioè i morsetti di ingresso di un AO hanno
sempre la stessa tensione  se V+ = 0 anche V-=0
Qualche applicazione tipica di un AO (1)
Amplificatore in configurazione invertente:
• corrente di ingresso nulla (Ri infinita)  in R1 e R2
scorre la stessa corrente I
• vi = 0 (massa virtuale-guadagno infinito e vo finita)
I = Vs/R1 = - Vo/R2  Av = Vo/Vs= -R2/R1
Vs
Il guadagno dipende solo dal rapporto tra due
resistenze
R2
I
R1
vi=0
I
Vo
R2
Amplificatore in configurazione non invertente:
• vi= 0 
vi = V1 –Vs = R1/(R1+R2) Vo –Vs =0 
(ingresso differenziale)
Av = Vo/Vs=(R1+R2)/R1 = 1 + R2/R1
Ponendo R2 =0 si ha Av =1 e si può eliminare anche
R1. Si ottiene un circuito con un guadagno pari a 1
detto inseguitore di tensione o buffer (adattatore
di impedenza)
1
R1
vi=0
Vo
2
Vs
V2
+
-
V0=V2
Qualche applicazione tipica di un AO (2)
Circuito sommatore
AO in configurazione invertente può fare la
somma di più sorgenti disaccoppiate tra loro
i = i1 + i2 = v1/R1 +v2/R2 = -vo/R 
i1
i2
vo = -R (v1/R1+v2/R2)
Circuito integratore
sostituendo una resistenza con un condensatore in una
configurazione invertente si ottiene un integratore.
i1
poiché l’AO non assorbe corrente i1 = i
dv
v in
 C o
R1
dt
1
vo  
v in dt

RC
L’AO fornisce una tensione d’uscita proporzionale all’integrale di quella in ingresso.
Se vi=V= costante l’uscita cresce linearmente nel tempo vo = -Vt/(RC)
Qualche applicazione tipica di un AO (3)
Circuito derivatore
Scambiando resistenza e condensatore in un circuito
integratore si ottiene un derivatore.
AO non assorbe corrente iC = i 
i= C dvi/dt =- vo/R
dv i
v o  RC
dt
iC
Gli amplificatori possono essere divisi in 4 categorie:
• Amplificatori di tensione  guadagno = Av=vout/vin
bassa impedenza di uscita
• Amplificatori di corrente guadagno = Ai=iout/iin
alta impedenza di uscita
• Amplificatori a transresistenza guadagno = R= vout/iin [W]
bassa impedenza di uscita
bassa impedenza di ingresso
• Amplificatori a transconduttanza  guadagno = G = iout/vin [W -1]
alta impedenza di uscita
alta impedenza di ingresso
Volt
t (microsecondi)
segnali in ingresso e in uscita di un amplificatore in conf. invertente
con R2/R1 =2.
Vinput = sinusoide di ampiezza =1 V
Voutput = sinusoide di ampiezza =2 V, invertita rispetto a Vinput