Un amplificatore di tensione ideale è un sistema in grado di fornire in uscita una tensione (Vu) direttamente proporzionale alla tensione applicata in ingresso (Vin). La proporzionalità diretta è molto importante poiché implica che la forma d'onda del segnale di ingresso viene conservata inalterata in uscita (l'amplificatore ideale cambia solo l'ampiezza del segnale e non la sua forma):
Dal punto di vista circuitale l'amplificatore ideale può essere rappresentato come un quadripolo, cioè un componente dotato di quattro terminali: due di ingresso (ai quali viene applicata la tensione Vin) e due di uscita (dai quali viene prelevata la tensione Vu).
Il simbolo precedente prescinde dalla circuiteria interna dell'amplificatore, che potrebbe anche essere molto complessa. Si osservi a tale proposito la figura seguente, che mostra un amplificatore a BJT ad emettitore comune schematizzato come un quadripolo:
Il parametro fondamentale di un amplificatore è, come già sappiamo, l'amplificazione (A) (detta anche guadagno). Si tratta di un numero puro (senza unità di misura) che mette in relazione la tensione di ingresso con quella di uscita:
Vu = A x Vin
In altri termini, l'amplificazione può essere definita come il rapporto fra la tensione di uscita e la tensione di ingresso:
A = Vu/Vin
In un amplificatore ideale il valore di A è costante, cioè non dipende dal segnale applicato in ingresso.
L'amplificazione A può assumere in linea di principio qualsiasi valore maggiore di uno. Infatti A=1 costituisce un caso limite, in cui il segnale di uscita Vu è uguale al segnale di ingresso Vin (in pratica non c'è amplificazione). Valori minori di uno invece produrrebbero segnali di uscita con ampiezza inferiore a quella del segnale di ingresso (non si tratterebbe dunque più di un amplificatore, ma di un attenuatore).
Occorre qui osservare che alcuni amplificatori sono invertenti, nel senso che il segnale di uscita presenta una polarità inversa rispetto a quella del segnale di ingresso. In tali casi l'amplificazione A assume tecnicamente un valore negativo, dove il segno meno sta a rappresentare l'inversione prodotta dall'amplificatore.
L'amplificazione viene spesso espressa in decibel (dB). In questi casi essa viene più propriamente detta guadagno (G), anche se la distinzione fra i due termini, amplificazione e guadagno, non è affatto standardizzata e spesso essi vengono usati come sinonimi. La formula per passare in decibel è la seguente:
La formula inversa è la seguente:
Nel caso in cui A sia negativo (amplificatore invertente) il guadagno in decibel dev'essere calcolato sul modulo (cioè in pratica dopo aver eliminato il segno).
Il guadagno in decibel assume sempre valori maggiori di zero. Il valore 0 dB corrisponde infatti ad A=1 (assenza di amplificazione), mentre i valori negativi indicano attenuazione.
Il decibel (simbolo dB) è un decimo di bel (simbolo B). Nella pratica il bel è ormai caduto in disuso e al suo posto si utilizza quasi esclusivamente il decibel.
Il bel serve per esprimere il rapporto fra due grandezze omogenee (aventi cioè la stessa unità di misura) in scala logaritmica. Indicando con N1 e N2 le due grandezze abbiamo:
Poichè ci vogliono dieci decibel per fare un bel, abbiamo anche:
Nel caso del guadagno di un amplificatore, in realtà esso viene definito come il rapporto fra la potenza di uscita e la potenza di ingresso all'amplificatore calcolate entrambe su una resistenza R di valore identico. Poichè in generale la potenza ai capi di un resistore è:
P = V2/R
abbiamo dunque:
Quando si parla di guadagno di solito viene omessa la precisazione riguardo il fatto che in realtà il calcolo si basa su un rapporto di potenze. Diciamo che in pratica il guadagno in dB viene ormai utilizzato come una definizione convenzionale, dimenticando spesso da dove trae origine la formula.
I decibel vengono anche utilizzati in acustica per misurare l'intensità di un suono. In questo caso si parla più precisamente di Sound Pressure Level (livello di pressione sonora), calcolata così:
dove p è la pressione acustica misurata e p0 è un valore di riferimento costante (indica la pressione sonora corrispondente alla soglia standard di udibilità, pari a 20 μPa = 20 × 10−6 Pa).
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