Consideriamo ora nuovamente il modello circuitale equivalente di un amplificatore reale di tensione:
Concentriamoci ora sull'effetto della resistenza di ingresso Rin. Per capirne il significato, occorre considerare anzitutto la tensione Vin e chi la produce.
Ovviamente Vin sarà prodotta da un generatore di tensione. Tale generatore di ingresso costituisce in realtà un'utile schematizzazione per rappresentare una varietà di componenti atti a produrre una tensione da amplificare, quali per esempio un microfono, un circuito di sintonia di una radio, un sensore per la misura di una grandezza fisica etc. etc.
Nessuno di tali componenti è in realtà un vero generatore... o meglio, non si tratta in nessun caso di generatori ideali. In altre parole, il generatore che produce la tensione da amplificare è in generale un generatore non ideale, cioè un generatore caratterizzato dalla presenza di una sua resistenza interna (che chiamiamo Rs). Lo schema di amplificazione da considerare, tenendo conto anche della presenza del generatore di tensione di ingresso, è dunque il seguente:
Si osservi con attenzione lo schema e i simboli in esso usati:
- la parte contenuta nel poligono grigio rappresenta il generatore non ideale di ingresso (Vs + Rs);
- la tensione Vin di ingresso all'amplificatore (quella che viene effettivamente amplificata) non coincide con la tensione applicata dall'esterno dal circuito (Vs);
- la resistenza Rs (interna al generatore di ingresso), risulta collegata in serie con la resistenza Rin (interna all'amplificatore);
- la tensione Vin è dunque una frazione di Vs, in base al partitore di tensione formato da Rs e Rin.
Se, in base alle precedenti osservazioni, calcoliamo ora il valore di Vin, abbiamo dunque:
Facciamo un esempio. Supponiamo che il generatore di ingresso produca una tensione Vs = 1 V e che abbia una resistenza interna Rs = 300 Ω. Supponiamo che la resistenza dell'amplificatore valga invece Rin = 100 Ω. In questo caso, in base alla formula precedente, abbiamo:
In pratica, in questo caso, all'amplificatore arriva solo un quarto della tensione prodotta dal generatore di ingresso! Di conseguenza, ovviamente, la tensione prodotta in uscita dall'amplificatore risulterà ridotta a un quarto e, allo stesso modo, verrà ridotta l'amplificazione.
La ragione di questo "disastro" deriva dal fatto che, nel nostro esempio, la resistenza di ingresso dell'amplificatore Rin risulta sensibilmente minore della resistenza interna del generatore Rs. Come conseguenza di ciò, la maggior parte della tensione prodotta dal generatore cade sulla sua resistenza interna Rs e solo una piccola parte arriva effettivamente all'amplificatore.
Un altro modo di considerare il fenomeno è il seguente: l'amplificatore "carica" il generatore di ingresso, nel senso che "lo costringe" a fornire una corrente. Tale corrente erogata produce come conseguenza una caduta della tensione effettivamente prodotta dal generatore, in quanto una parte di tale tensione cade sulla sua resistenza interna (proprio a causa della corrente erogata: in assenza di corrente, la tensione prodotta dal generatore sarebbe sempre Vs).
Osservando nuovamente la formula
che lega la tensione del generatore Vs alla tensione in ingresso all'amplificatore, osserviamo che Vin è massima e concide con Vs in due casi limite:
- quando Rs tende a zero (cioè quando il generatore di ingresso è ideale, senza resistenza interna), Vs = Vin;
- quando Rin tende all'infinito (cioè quando l'amplificatore è ideale, per quanto riguarda la resistenza di ingresso), di nuovo Vs = Vin.
Non potendo in generale controllare la qualità del generatore del segnale di ingresso (in pratica un amplificatore dovrebbe essere progettato in modo da poter funzionare, se non con tutti, almeno con la maggior parte dei generatori di ingresso), ne consegue che un buon amplificatore dovrà avere una resistenza di ingresso di valore il più alto possibile (idealmente infinito).
Per convincersi ulteriormente di questo fatto, consideriamo di nuovo un generaore di ingresso con Vs = 1 V e Rs = 300 Ω, ma applicato stavolta a un amplificatore con Rin = 10 kΩ. Ricalcolando la solita formula abbiamo:
Osserviamo ora, a differenza dell'esempio precedente, che la maggior parte della tensione prodotta dal generatore arriva effettivamente all'amplificatore. Ciò è chiaramente dovuto al fatto che la resistenza di ingresso dell'amplificatore Rin è aumentata, risultando in questo caso sensibilmente maggiore di Rs: di conseguenza la maggior parte della tensione cade su Rin e non su Rs. Se Rin assumesse un valore infinito (caso ideale), si avrebbe il trasferimento totale della tensione Vs su Vin (Vs = Vin).
Comunemente si considera trascurabile la resistenza interna del generatore di ingresso quando questa risulta almeno dieci volte più piccola della resistenza di ingresso interna dell'amplificatore.
Per misurare la resistenza di ingresso di un amplificatore, è sufficiente applicare all'amplificatore una tensione nota e misurare il valore della corrente di ingresso, facendo poi il rapporto:
Rin = Vin/Iin
Di solito la misura della corrente Iin non viene effettuata direttamente (usando un amperometro), ma si preferisce utilizzare una resistenza di prova Rp di valore noto posta in serie all'ingresso dell'amplificatore, come in figura:
Volt1 e Volt2 rappresentano due voltmetri usati, rispettivamente, per misurare la tensione su Rp e la tensione Vin in ingresso all'amplificatore.
Misurando la caduta di tensione su Rp e dividendo tale valore per Rp, si può calcolare il valore della corrente di ingresso Iin. Tale misura è più precisa rispetto alla misura diretta con un amperometro, in quanto consente di misurare indirettamente correnti anche molto piccole (usando resistenze di prova Rp di valore sufficientemente elevato).
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