Torniamo ancora al modello circuitale equivalente di un amplificatore reale di tensione:

Questa volta analizzeremo l'effetto della resistenza di uscita Ru. Per comprendere l'importanza di tale parametro, occorre discutere l'effetto sull'amplificazione dovuto alla presenza di un carico. In elettronica si dice carico (load) qualsiasi dispositivo che sfrutta l'uscita generata da un altro dispositivo. Per esempio nel caso di un amplificatore audio il carico potrebbe essere costituito dall'altoparlante. In altri casi il carico potrebbe essere un motore elettrico, una lampadina, un altro amplificatore collegato in cascata etc.

Già dall'elenco precedente è facile rendersi conto del fatto che il carico di un amplificatore può essere diverso a seconda degli usi. D'altra parte usare un amplificatore senza carico non avrebbe senso: quale sarebbe altrimenti lo scopo di amplificare una tensione se poi nessuno la utilizza? Nonostante la grande varietà di carichi esistenti è possibile descriverli tutti, almeno in prima approssimazione, con un semplice parametro: l'impedenza di carico.

L'impedenza di carico non è altro che il valore ohmmico equivalente del carico, il quale tiene conto della corrente assorbita dal carico in funzione della tensione ad esso applicata. In un caso generale tale parametro è un numero complesso, il quale tiene conto, attraverso effetti capacitivi ed induttivi, della variazione del carico in funzione della frequenza del segnale applicato. Non vogliamo qui affrontare tale trattazione, che ci porterebbe lontano dagli scopi di questa discussione.

Per brevità possiamo qui supporre che il nostro generico carico possa essere rappresentato per mezzo di una semplice resistenza equivalente. Ciò per la precisione equivale a ipotizzare che le variazioni dell'impedenza di carico in funzione della frequenza siano trascurabili, cioè che il carico presenti una resistenza praticamente costante nei confronti di segnali con frequenza diversa. Questo non è in generale mai completamente vero, ma molti carichi reali si comportano in prima approssimazione in modo quasi perfettamente resistivo. Se dunque rappresentiamo il carico collegato in uscita con una resistenza equivalente R_L , il circuito equivalente dell'amplificatore con carico diventa il seguente:

Osservando il circuito notiamo che la resistenza di carico R_L forma un partitore di tensione con la resistenza di uscita dell'amplificatore R_u . Come conseguenza di tale partitore, la tensione di uscita V_u risulta ridotta (rispetto al calcolo in assenza di carico) di una quantità che può essere facilmente calcolata:

Di conseguenza anche l'amplificazione effettiva dell'amplificatore risulta diminuita. Infatti:

Per esempio supponiamo di avere un amplificatore con A = 10 e resistenza di uscita R_u= 100 Ω. Se lo colleghiamo a un carico con  R_L = 10 Ω, abbiamo:

Osserviamo che il valore dell'amplificazione è precipitato a meno di uno: in pratica il nostro amplificatore, in presenza del carico, non amplifica più il segnale di ingresso (anzi lo riduce leggermente). Cosa è successo? E' successo che, essendo la resistenza di carico più piccola della resistenza di uscita dell'amplificatore, gran parte della tensione di uscita cade su R_u (cioè all'interno dell'amplificatore) e solo una piccola parte arriva effettivamente al carico.

 

Osservando nuovamente la formula

osserviamo che Vu è massima (V_u= A V_in), in due casi:

1. quando R_L tende a infinito, cioè quando in uscita non è collegato nessun carico ovvero quando il carico non assorbe nessuna corrente (si noti che l'assenza di carico corrisponde a un valore ohmmico infinitamente alto e non a un valore uguale a zero, come si potrebbe pensare);
2. quando Ru tende a zero, cioè quando l'amplificatore ha una resistenza di uscita estremamente bassa e al limite nulla.

Non potendo in generale imporre il carico da collegare in uscita (in pratica un amplificatore dovrebbe essere progettato in modo da poter funzionare, se non con tutti, almeno con la maggior parte delle resistenze di carico in uscita), ne consegue che un buon amplificatore dovrà avere una resistenza di uscita di valore il più basso possibile (idealmente zero).

Tale condizione è verificata se il valore di R_u risulta molto minore di quello della resistenza di carico R_L, dove con "molto minore" in elettronica si intende "almeno dieci volte più piccolo". In pratica con un carico di 10 Ω, ad esempio, per avere un trasferimento quasi perfetto (con minima perdita) della tensione di uscita sul carico, bisognerebbe usare un amplificatore con R_u< 1 Ω.

 

In teoria la misura della resistenza di uscita di un amplificatore può essere ottenuta col seguente procedimento:

1. prima si annulla il generatore di ingresso V_in cortocircuitandolo (questo passo è necessario poiché altrimenti la corrente misurata in uscita verrebbe influenzata dalla presenza di un segnale di ingresso);
2. si applica una tensione V_u in uscita e si misura il rapporto:
   R_u = V_u/I_u

Tuttavia non è in generale possibile applicare un generatore di tensione sull'uscita di un amplificatore allo scopo di iniettare in esso una corrente per misurare la sua resistenza di uscita: infatti tale generatore esterno rischierebbe seriamente di danneggiare i circuiti interni di uscita dell'amplificatore (che sono fatti per produrre tensione e corrente, ma non per "riceverla"!).

Bisogna adottare allora uno stratagemma per ricavare indirettamente il valore di R_u. Uno dei metodi più semplici consiste nel misurare prima la tensione di uscita dell'amplificatore a vuoto (cioè in assenza di carico). Quindi viene applicato in uscita come carico un resistore variabile (un trimmer): il valore del trimmer viene abbassato finché la tensione misurata in uscita (ai capi del trimmer) non è esattamente uguale alla metà del valore misurato a vuoto. Quando si verifica questa condizione (tensione dimezzata in uscita) significa che il valore del trimmer è esattamente uguale a quello della resistenza di uscita R_u dell'amplificatore. Basta a questo punto misurare il valore del trimmer di carico per sapere anche il valore di R_u.

 

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