ELEMANIA
Amplificatore - Potenza
Amplificazione e tensione di alimentazione

Osservando nuovamente la rappresentazione di un amplificatore come quadripolo, notiamo che in essa non c'è apparentemente nessuna alimentazione:

In realtà la tensione di alimentazione è sempre presente in ogni amplificatore reale. Come si può osservare dalla figura seguente (che si riferisce a un amplificatore a BJT ad emettitore comune), la tensione di alimentazione può essere considerata interna al blocco del quadripolo (per questo non compare nella figura precedente):

Ciò significa in pratica che lo studio dell'amplificatore come quadripolo si concentra essenzialmente sui segnali (Vin e Vu) e sull'amplificazione degli stessi, prescindendo o trascurando in qualche misura la presenza delle alimentazioni.

Nonostante venga trascurata nel simbolo dell'amplificatore come quadripolo, si tenga presente che l'alimentazione è una tensione continua essenziale per il funzionamento dell'amplificatore stesso. Un amplificatore senza alimentazioni non potrebbe funzionare, poiché costituirebbe una violazione del principio universale di conservazione dell'energia, dal momento che fornirebbe in uscita un'energia maggiore di quella applicata in ingresso.

 

Confronto fra amplificatore e trasformatore

Sebbene nei prossimi capitoli ci concentreremo sul concetto di amplificazione di tensione, è importante sottolineare fin da subito il fatto che si ha amplificazione solo quando viene amplificata la potenza del segnale, cioè il prodotto di tensione e di corrente (P = V x I).

Si consideri, come esempio di confronto, un trasformatore ideale:

Si tratta di un componente in grado di cambiare (trasformare) l'ampiezza della tensione e della corrente di ingresso. Per quanto riguarda la tensione, la relazione fra la tensione di uscita V2 e la tensione di ingresso V1 è la seguente:

V2 = N x V1

dove N è un fattore adimensionale detto rapporto di trasformazione. Esso dato dal rapporto fra il numero di avvolgimenti (spire) in uscita N2 e il numero di spire in ingresso N1:

N = N2/N1 

Si osservi che, per i trasformatori con N>1 (trasformatori innalzatori) la relazione precedente assomiglia molto a quella di un amplificatore:

Vu= A x Vin

Vi è tuttavia un'importantissima differenza fra i due componenti. Se consideriamo infatti la corrente di uscita i 2 in un trasformatore, essa è legata alla corrente di ingresso i1 dalla seguente relazione:

i2 = 1/N x i1

dove N è lo stesso rapporto di trasformazione considerato prima. In pratica, se il trasformatore innalza la tensione di 10 volte, esso abbassa la corrente dello stesso fattore 10. Se andiamo ora a calcolare la potenza di uscita del trasformatore ideale abbiamo:

P2 = V2 x i2 = N x V1 x 1/N x i1 = V1 x i1 = P1

cioè, la potenza di uscita del trasformatore è uguale alla potenza di ingresso.

La situazione è completamente diversa per un amplificatore. Consideriamo ad esempio il circuito seguente con un amplificatore ideale:

Supponiamo V1 = 1 V, A = 10, RL = 100 Ω (resistenza di carico, load). In base alla formula dell'amplificatore, possiamo calcolare subito la tensione di uscita:

Vu= A x Vin = 10 x 1 = 10 V

Conoscendo il valore di RL possiamo quindi ricavare la corrente di uscita:

iu = Vu / RL = 10/100 = 0,1 A

e la potenza di uscita dell'amplificatore:

Pu = Vu x iu = 10 x 0,1 = 1 W

Per quanto riguarda invece la potenza di ingresso, per effettuare il calcolo dovremmo conoscere la corrente di ingresso nell'amplificatore. Come vedremo meglio nel seguito, tale corrente dipende dal valore di Rin , resistenza equivalente di ingresso dell'amplificatore. Supponendo per esempio un valore Rin = 1 kΩ, possiamo calcolare la corrente di ingresso con la legge di Ohm:

iin = Vin / Rin = 1/1000 = 1 mA

e quindi la potenza di ingresso dell'amplificatore:

Pin = Vin x iin = 1 x 1m = 1 mW

Si osservi che l'amplificatore, a differenza del trasformatore, ha amplificato anche la potenza. Infatti la potenza di uscita è molto maggiore (di un fattore 1000, in questo caso) della potenza di ingresso:

Pu = 1 W >> Pin = 1 mW

 

Bilancio delle potenze nell'amplificatore

Il risultato precedente potrebbe condurre a credere che l'amplificatore sia in grado di creare potenza (e dunque energia) dal nulla. Ciò però non è vero, poiché, per calcolare un bilancio corretto della potenza nell'amplificatore, occorre tener conto anche dalla potenza dell'alimentazione. Essa è data dal prodotto fra la tensione di alimentazione e la corrente erogata dall'alimentatore stesso:

Pcc = Vcc x icc

Il valore di questa potenza dipende dall'amplificatore e può anche variare in dipendenza del segnale applicato. Tuttavia certamente in ogni caso:

Pcc > Pu

cioè l'amplificatore assorbe sempre dall'alimentazione una potenza maggiore di quella che fornisce in uscita sul carico. Non viene dunque creata nessuna energia dal nulla: il surplus di potenza in uscita (rispetto all'ingresso) viene fornito dall'amplificatore a spese del generatore di alimentazione.

 

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