Amplificatore

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Introduzione

Amplificatore Dispositivo elettronico capace di aumentare la potenza associata a un segnale elettrico. Può essere usato per amplificare una debole corrente elettrica, quale quella proveniente dall’antenna di un radioricevitore o prodotta da una fotocellula, o per ripristinare il segnale indebolito in un collegamento telefonico su lunga distanza. L’elemento base della maggior parte degli amplificatori è il transistor, benché in alcuni casi vengano ancora usati dispositivi come tubi a vuoto, triodi, pentodi, klystron e magnetron.

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Principio di funzionamento

Un amplificatore è congegnato in modo tale che piccole variazioni della tensione di ingresso producano variazioni proporzionali della tensione di uscita. In un triodo a vuoto, il flusso di elettroni tra catodo e anodo è controllato da un terzo elettrodo, detto griglia, a potenziale variabile. In un amplificatore a transistor, uno strato sottile di materiale semiconduttore , con drogaggio – e dunque meccanismo di conduzione – diverso da quello dei due strati adiacenti, fa le veci della griglia, garantendo il controllo della corrente. Il rapporto tra variazioni di ingresso e di uscita, detto guadagno di tensione, è il parametro che caratterizza ogni amplificatore. Quando il segnale amplificato supera un determinato valore, le variazioni in uscita non sono più proporzionali a quelle in ingresso e il segnale che ne risulta è distorto.

Per garantire il corretto funzionamento dell’amplificatore, e ottenere in uscita un segnale amplificato e non distorto, è importante infatti mantenere l’ampiezza dei segnali in ingresso entro un intervallo di valori definito, che viene indicato sulle specifiche dello strumento. Se, come accade in molte applicazioni, è necessario ottenere un guadagno maggiore di quello ottenibile con un singolo “stadio” (così si definisce il circuito che include un unico elemento amplificante, ad esempio un transistor o un tubo a vuoto), si possono realizzare collegamenti di più stadi “in cascata”, inviando il segnale uscente da uno stadio all’ingresso del successivo fino al raggiungimento del guadagno desiderato. Nelle applicazioni fotoelettriche è possibile ottenere direttamente l’amplificazione del segnale luminoso con particolari dispositivi ottici detti fotomoltiplicatori.

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Applicazioni

Nelle applicazioni comuni, i tubi a vuoto sono stati quasi totalmente sostituiti dai transistor a stato solido, che presentano un’alta capacità di amplificazione, operano senza distorsione su un ampio campo di frequenze e hanno dimensioni assai ridotte. Con la tecnologia dei circuiti integrati è possibile realizzare diverse migliaia (a volte milioni) di transistor, già interconnessi, su una piccolissima lastrina di silicio.

Numerose applicazioni impiegano vuoi segnali impulsivi, che prevedono il passaggio sporadico, ma molto rapido, tra due soli livelli, vuoi onde rettangolari, in cui i passaggi rapidi tra due livelli si ripetono con regolarità nel tempo. L’attitudine di un amplificatore a riprodurre fedelmente segnali di questo tipo è espressa dalla “risposta all’impulso”, un indice di grande importanza per l’utilizzo in computer, sistemi a modulazione di impulsi, radar, strumentazione nucleare e, in generale, sistemi in cui vengano trattati segnali impulsivi ad alta frequenza. In un contatore di radiazioni, ad esempio, la frequenza con cui le particelle irradiate colpiscono un elemento sensibile, come la giunzione di un diodo a semiconduttore, è una misura dell’intensità delle radiazioni o della concentrazione delle particelle. All’uscita del rivelatore ne risulta una serie di impulsi che vengono poi amplificati e inviati a un dispositivo di visualizzazione.

Nelle applicazioni relative a satelliti per comunicazioni è molto importante disporre di amplificatori caratterizzati da basso rumore (disturbo). Per questo motivo le microonde (segnali elettromagnetici di altissima frequenza) vengono amplificate con dispositivi maser (microwave amplification by the stimulated emission of radiation) i quali, anziché amplificare il segnale elettrico derivato, agiscono direttamente sull’onda elettromagnetica.

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Classificazione

Gli amplificatori vengono generalmente classificati in base al tipo di componente che li mette in connessione ai circuiti esterni. Gli amplificatori ad accoppiamento induttivo sono collegati mediante bobine o trasformatori; quelli ad accoppiamento capacitivo mediante condensatori; quelli ad accoppiamento resistivo mediante resistori. Esistono poi amplificatori ad accoppiamento diretto (anche detto accoppiamento in continua), che non prevedono l’uso di alcun componente di collegamento e che sono usati con segnali di bassa frequenza, simili a quelli utilizzati nei computer analogici.

Gli amplificatori possono essere classificati anche in base alla frequenza dei segnali con cui lavorano: sono definiti “in continua” gli amplificatori capaci di amplificare segnali dalla corrente continua fino a una fissata frequenza massima; sono “audio” gli amplificatori che operano da frequenze molto basse fino a qualche decina di migliaia di cicli al secondo (kHz); gli amplificatori “a frequenza intermedia” e “a radio frequenza” sono solitamente accordati per operare su una banda di frequenze piuttosto ristretta, entro la quale offrono una buona reiezione dei segnali di disturbo; gli amplificatori “video”, infine, operano con frequenze che vanno da pochi fino ad alcune decine di milioni di cicli al secondo (MHz).