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Elettronica 28 Ago 2010
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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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