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Amplificazione

Cosa si intende per amplificazione

Per amplificatore si intende un dispositivo che moltiplica il segnale applicato in ingresso per un valore costante detto guadagno.
In altre parole la relazione tra ingresso e uscita dell'amplificatore, normalmente espressa come funzione della frequenza del segnale di ingresso, è chiamata funzione di trasferimento dell'amplificatore e l'ampiezza di detta funzione di trasferimento è chiamata guadagno.
Questo è vero in linea teorica, in pratica viene introdotta, non voluta, una certa distorsione quindi il segnale in uscita non è esattamente uguale al segnale in ingresso.
Questo per effetto della non linearità dei dispositivi amplificatori. Più nel dettaglio le distorsioni introdotte possono essere:

- Distorsione di non linearità o di ampiezza. Questo tipo di distorsione è dovuto al fatto che il segnale in ingresso viene moltiplicato per il guadagno che non è una funzione lineare, ma assume dei valori diversi per le diverse ampiezze del segnale da amplificare.

- Distorsione di fase. A causa di componenti reattivi presenti nel circuito, ad esempio condensatori di accoppiamento o trasformatori, il segnale presenta in uscita una fase che è funzione della frequenza dello stesso. Questo tipo di distorsione non è percepibile dall'orecchio umano ma da problemi di altro genere, specie per quello che riguarda autooscillazioni indesiderate, in relazione alla controreazione.

- Distorsione della risposta in frequenza. Si manifesta quando diverse frequenze vengono amplificate in modo diverso, ovvero il guadagno varia in funzione della frequenza applicata all'ingresso.

In un amplificatore si trovano, di norma, tutte le distorsioni sommate, la qualità dell'amplificatore è tanto maggiore quanto più queste vengono contenute in limiti accettabili (che sono stati quantificati per avere dei valori di riferimento).

L'amplificazione totale di un amplificatore è il prodotto delle amplificazioni dei singoli stadi che lo compongono. In genere si considerano tre tipo di amplificazione:
a) Amplificazione in tensione
b) Amplificazione in corrente
c) Amplificazione in potenza

a) L'amplificazione in tensione è il rapporto fra il segnale in uscita e quello in ingresso per quanto riguarda la tensione. Essendo un rapporto fra unità di misura uguali (Volt su Volt) è un numero puro.

Amplificazione in tensione

Amplificazione in tensione. Essendo un rapporto fra dimensioni uguali il risultato è un numero puro, quindi l'amplificazione si calcola in "volte".

b) L'amplificazione di corrente non ha senso nel caso delle valvole termioniche con la griglia che lavora con tensione negativa rispetto al catodo, in quanto non passa corrente, quindi dal punto di vista puramente matematico:

Amplificazione in corrente

L'amplificazione in corrente nel nostro caso non ha senso essendo la valvola un dispositivo comandato in tensione.
Ha senso per dispositivi elettronici come il transistor che è un amplificatore pilotato in corrente. Dal punto di vista matematico qualsiasi numero diviso per zero dà infinito, quindi qualsiasi dispositivo pilotato in tensione ha, giustamente, amplificazione in corrente infinita.

c) L'amplificazione in potenza, entrando ancora una volta in gioco la corrente nulla, segue lo stesso "destino" dell'amplificazione in corrente:

Amplificazione in potenza

Anche l'amplificazione in potenza non ha senso nel caso delle valvole per le stesse ragioni viste per l'amplificazione in corrente.

Nel caso di più amplificatori in cascata l'amplificazione totale è il prodotto delle amplificazioni dei singoli stadi. Quindi:

Banda di guadagno unitario

Esiste un rapporto fra amplificazione di uno stadio e banda passante, o meglio il prodotto di questi due valori è una costante, quindi maggiore sarà l'amplificazione, minore sarà la banda passante.
Questo è dovuto alle capacità interelettrodiche dei componenti che formano un filtro passa basso.
Quindi per aumentare la banda passante occorre ridurre l'amplificazione e, quindi, usare più stadi amplificatori per arrivare allo stesso risultato.

Limiti dell'amplificazione

Se il segnale in ingresso è abbastanza piccolo si potrebbe essere indotti a pensare che aumentando l'amplificazione si potrebbe comunque aumentarlo di livello fino a renderlo adatto ai nostri scopi.
Non dobbiamo dimenticare che il segnale in ingresso oltre che venire amplificato viene additivato con il rumore di tutti gli stadi di amplificazione che lo trattano, quindi il vero limite dell'amplificazione è il rumore introdotto dagli stadi di amplificazione.
Il danno è tanto maggiore quanto minore è il livello del segnale da amplificare, quindi gli stadi preamplificatori devono essere il più possibile esenti da rumore.

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