Cenni sugli amplificatori

linearità  tutte le componenti del 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 componente attivo Alimentatore Po = k Pi Amplificatore Pi 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 operazionali 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 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/ Aa= 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 - + V- V+ Vout Vout = A·(V+ − 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.

A.O. ideale : V- Vout V+ + - 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) Vs vi=0 Vo R1 R2 I 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 Il guadagno dipende solo dal rapporto tra due resistenze Vo R2 R1 vi=0 Vs 1 2 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) + - 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  vo = -R (v1/R1+v2/R2) i1 i2 Circuito integratore sostituendo una resistenza con un condensatore in una configurazione invertente si ottiene un integratore. poiché l’AO non assorbe corrente i1 = i i1 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 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 ingresso Amplificatori a transconduttanza  guadagno = G = iout/vin [W -1] 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