ELEMANIA
Amplificatore - In cascata
Amplificatori multistadio in cascata

Un amplificatore multistadio (o a più stadi) è un amplificatore realizzato collegando fra di loro più amplificatori (detti stadi). Il collegamento si dice in cascata e consiste nel fatto che l'uscita di un amplificatore costituisce l'ingresso dell'amplificatore successivo. La figura seguente mostra per esempio un amplificatore a tre stadi:

Si osservi che con questo collegamento si ha:

Vu2 = Vin3 e Vu1 = Vin2

Se A1, A2, A3 rappresentano rispettivamente le amplificazioni del primo, del secondo e del terzo stadio in cascata abbiamo dunque:

Vu3 = A3 x Vin3 = A3 x A2 x Vin2 = A3 x A2 x A1 x Vin1

In sostanza, dato che Vu3 e Vin1 rappresentane la tensione di uscita e di ingresso dell'amplificatore totale (formato dai tre stadi in cascata), si può facilmente concludere che l'amplificazione totale è data dal prodotto delle tre amplificazioni:

Atot = A3 x A2 x A1

Questo risultato può essere facilmente generalizzato al collegamento in cascata di un numero qualsiasi di stadi: l'amplificazione totale è in generale il prodotto delle amplificazioni dei singoli stadi.

Non è difficile ricavare che, se invece delle amplificazioni A si consideano i guadagni G in decibel, il guadagno totale di un amplificatore multistadio è dato dalla somma dei guadagni in decibel dei singoli stadi di amplificazione:

Gtot = G3 + G2 + G1

Il problema è che questi risultati sono veri solo se tutti gli stadi sono amplificatori ideali cioè con resistenza di ingresso infinita e resistenza di uscita nulla. In caso contrario ciascuno stadio fa da carico al precedente causando una produzione e un assorbimento di corrente: tale fenomeno ha come risultato ultimo quello di abbassare il valore dell'amplificazione e del guadagno totali.

 

Amplificatori reali in cascata: effetto delle resistenze di ingresso e di uscita

Per verificare l'effetto sull'amplificazione totale delle resistenze di ingresso e di uscita dei singoli stadi, consideriamo l'amplificatore bistadio seguente:

Supponiamo per semplicità che il generatore di ingresso Vin1 sia ideale (senza resistenza interna) e che non ci sia nessun carico sull'uscita totale Vu2.

Osserviamo che, a causa del collegamento in cascata, le resistenze Ru1 e Rin2 sono collegate in serie e costituiscono un partitore di tensione. Come conseguenza di questo fatto la tensione Vin2 risulta data da:

Di conseguenza l'uscita totale Vin2 sarà data da:

Come è facile osservare, il guadagno totale non è semplicemente il prodotto dell'amplificazione dei due stadi, ma è dato da:

Siccome la frazione assume valori sempre maggiori di uno, ne consegue che il guadagno totale dell'amplificatore multistadio risulta ridotto a causa dell'effetto delle resistenze interne dei due stadi.

Dovrebbe essere altresì chiaro che se il secondo stadio ha un'elevata resistenza di ingresso e/o il primo stadio ha una resistenza di uscita molto bassa (ovvero, più precisamente, se Rin2 risulta molto maggiore di Ru1), l'effetto di riduzione del guadagno è minore. Realizzando un amplificatore multistadio risulta pertanto utile avere un primo stadio con bassa resistenza di uscita e un secondo stadio con elevata resistenza di ingresso.

 

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