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Elettronica 28 Ago 2010


 

Gli amplificatori
Come dice il nome,gli amplificatori rendono più ampia una grandezza fisica,e quasi certamente sono nati in Mesopotamia nei sistemi d'irrigazione dei campi,con paratie a regolazione idrica,destinate a modulare il flusso destinato ad accontentare ogni famiglia di coltivatori,in cui un piccolo flusso poteva modulare un grande flusso

Pensiamo spesso agli amplificatori elettronici come a scatole spesso dotate di maniglioni,ma gli amplificatori finali di potenza audio sono solo una piccolissima sottofamiglia di questa immensa categoria

Gli amplificatori elettronici sono nati inizialmente come un sistema acceso-spento basato sui relè e la successiva generazione a valvole(tubi elettronici in cui nel vuoto un flusso di elettroni emessi da un Catodo caldo viene"strozzato"più o meno intensamente da una tensione ad essi negativa posta nelle maglie di una reticella,la Griglia,x poi finire in una superifcie di raccolta,l'Anodo)rese possibile la variazione non più di tipo digitale(acceso-spento),ma analogico,un'analogia con la realtà,e quindi una grandezza fisica,la tensione,viene amplificata e resa quindi più grande,ma mantenendo abbastanza bene i raporti con le altre componenti del segnale in ingresso
Facciamo  un esempio
In un pieno di fortissimo(FFFFF),potremo trovare uno strumento destinato a suonare piano(P) o pianissimo(PP o PPP),l'amplificatore a valvole(cosa impossibile ai relè)poteva farlo sentire lo stesso
Purtroppo le valvole non sono lineari ed un segnale in ingresso non viene restituito amplificato in un modo esatto
Nacque quindi la controreazione,una reazione contraria a quella del segnale in ingresso
A spese di un'amplificazione maggiore del necessario,il sistema può compensare gli errori sottraendo una percentuale prestabilita del segnale d'uscita a quello d'ingresso,la differenza viene amplificata come segnale di errore,e questo rende lineare l'amplificatore,infatti l'eccesso di amplificazione di cui parlavo prima non è destinato ad amplificare il segnale,ma l'errore invertito di polarità
Siccome siamplifica l'errore invertito,sarà facile rendere l'uscita pari al guadagno prestabilito,in un modo semplice e pulito e senza strani sistemi di pre e post compensazione
Questo sistema è verametne buono,tanto da essere utilizzato ancora adesso con tecnologie ben più evolute,e noi progettisti lo manipoliamo in tantissimi modi,sia x rendere il sistema lineare,sia x renderlo VOLUTAMENTE non lineare,x esempio una giunzione P-N nella rete di controreazione ci dà all'uscita il logaritmo del segnale d'ingresso,cosa utile nei sintetizzatori analogici(dove ogni volt d'incremento della tensione d'ingresso duplica la frequenza di lavoro,un'ottava su,insomma)o nei sistemi di misura,x es,e ci sono tanti altri sistemi di retroazione non lineare controllata

Ma questa tecnica ha un problema...
Il nostro amplificatore,sia esso a valvole grande litri,od una piccola parte di un circuito integrato complessissimo in una  piccola frazione di mm³ di volume,od un sistema meccanico,idraulico,termico o di qualsiasi altra natura,avrà l'uscita ritardata di un certo tempo dall'istatne in cui viene stimolato:Il ritardo di gruppo
Se viene amplificato un segnale ritardato,noi ci troveremo all'uscita un'amplificazione negata di se stesso,ma ad una certa frequenza questo ritardo corrisponde ad un'inversione della fase,quindi la controreazione diventerà,a questa frequenza,una reazione positiva
Se il margine di guadagno del nostro amplificatore,a quella frequenza,sarà inferiore ad 1 il sistema non oscillerà ed allo stimolo l'uscillazione si smorzerà,ma in caso contrario l'amplificazione porterà ogni successivo ciclo di oscillazione a valori sempre più grandi,fino alla saturazione nei sistemi elettronici,ma in quelli meccanici si potrebbero vedere problemi seri,fino all'autodistruzione
Pensate ad un braccio in cui il sistema mandi in oscillazione,con ampiezze sempre maggiori,una massa diffusa in tutta la lunghezza del braccio stesso
Questo braccio sarà capace di muovere un carico magari notevole,ma non riesce a muovere se stesso in queste condizioni,si formeranno delle onde stazionarie nella lunghezza del braccio e la struttura cristallina del metallo inizierà col criccare fino a spezzarsi,oppure il tubo di cui è fatto si potrà accartocciare...


Un altro problema degli amplificatori è il rumore
La materia è costituita da particelle in un reticolo posti in un movimento elastico la cui entità è data dalla temperatura(la definizione fisica di calore è proprio la somma dell'energia cinetica di atomi e molecole tra loro,e di quella all'interno delle molecole),questo movimento si ripercuote nei componenti variandone alcuni valori

Ma la corrente elettrica è a sua volta costituita dal movimento di oggetti di carica finita,gli elettroni,e come la pioggia,al suo aumentare,diventerà un rumore sempre più intenso ed inidistinguibile dal singolo colpo di una goccia sul nostro vetro

A sua volta la materia è costituita da materia in cui si formano movimenti e reazioni,pensiamo ad un'area d'interfaccia tra del semiconduttore drogato P da quello drogato N,gli atomi di carica minoritaria,sebbene legati nel reticolo cristallino,non resteranno stabili nella loro posizione a causa dell'elettrone(o della lacuna)di valenza libero,insieme ad atomi posti fuori reticolo,in grado di saltare da una posizione ad un'altra
Questo ci creerà un rumore la cui entità aumenta nel tempo:Il rumore Flicker,noto con un'enormità di altri nomi:Fluttuazioni,rumore 1/f o rumore rosa

1 Piedino comune...
2 Un amplificatore molto basilare a triodo
3 Amplificatore a valvole con reazione di corrente e di tensione



 





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