In generale si definisce risposta in frequenza (frequency response) di un circuito lineare lo studio del comportamento del circuito in presenza di segnali di ingresso sinusoidali con frequenza qualsiasi. Il concetto di risposta in frequenza si basa sull'importante premessa, già richiamata in precedenza, in base alla quale i sistemi lineari rispondono a segnali sinuosidali di ingresso con segnali sinusoidali in uscita isofrequenziali con l'ingresso.
Per la misura della risposta in frequenza si può usare dunque un generatore di segnali sinusoidali con frequenza variabile e un oscilloscopio. Il segnale sinusoidale di ingresso, prodotto dal generatore di sinusoidi, viene inviato al circuito e visualizzato su un canale dell’oscilloscopio. Il segnale sinusoidale in uscita dal circuito viene visualizzato sul secondo canale dell’oscilloscopio.
La misura è eseguita fissando l’ampiezza della sinusoide di ingresso e facendone quindi variare la frequenza: per ogni valore di frequenza, per mezzo dell’oscilloscopio si misurano l’ampiezza e la fase della sinusoide di uscita. Tali misure consentono di conoscere l'amplificazione (o l'attenuazione) e lo sfasamento che il circuito produce sulle sinusoidi con diversa frequenza. Le misure di amplificazione e di sfasamento vengono infine riportate (di solito in scala logaritmica) su una coppia di grafici, detti appunto grafici della risposta in frequenza.
Sistemi di misura più raffinati della risposta in frequenza prevedono l'uso di generatori di sweep, cioè di generatori in grado di variare con continuità e automaticamente la frequenza del segnale prodotto. Un'altra tecnica consiste nel fornire in ingresso al sistema un segnale di rumore bianco contenente tutte le frequenze e ricavare la risposta in frequenza da una misura dello spettro del segnale di uscita.
Sebbene, come si è detto, la risposta in frequenza di un circuito sia costituita da due grafici, quello dell'amplificazione e quello dello sfasamento, per semplicità nel seguito considereremo solo il grafico dell'amplificazione, che è anche quello maggiormente interessante nello studio degli amplificatori.
Un amplificatore ideale, dal punto di vista della risposta in frequenza, dovrebbe presentare un'amplificazione costante per qualsiasi sinusoide di ingresso con qualunque frequenza. Tal risposta in frequenza è detta anche piatta, per la forma che assume il corrispondente grafico:
Gli amplificatori reali presentano un comportamento più complesso, che si può assimilare a quello di un filtro: in pratica non tutte le frequenze del segnale di ingresso vengono trattate allo stesso modo. Si ha cioè un intervallo di frequenze, detto banda passante dell'amplificatore (passband), all'interno del quale l'amplificazione si mantiene pressoché costante e dunque il comportamento dell'amplificatore è praticamente ideale. Al di fuori della banda passante invece, l'amplificazione degrada più o meno rapidamente; addirittura, per frequenze molto basse o molto elevate, può accadere che l'amplificatore smetta di amplificare e introduca anzi un'attenuazione sul segnale!
Convenzionalmente il limite della banda passante viene definito per mezzo delle frequenze di taglio, cioè quei valori di frequenza per cui il guadagno si riduce di 3 decibel (- 3dB) rispetto al guadagno in banda passante. Nel caso in figura ci sono ad esempio due frequenze di taglio, una alla basse frequenze FL(HP) e una alle alte frequenze FH(HP). L'ampiezza della banda passante (cioè l'intervallo compreso fra le due frequenze di taglio, viene anche detto ampiezza di banda (bandwidth) dell'amplificatore.
Un amplificatore risulta in generale tanto migliore quanto più larga è la sua banda passante, avendo un amplificatore ideale larghezza di banda infinita (da 0 Hz a ∞). In pratica la banda passante va valutata anche in base alle applicazioni dell'amplificatore. Per fare un esempio, un amplificatore audio dovrà coprire l'intera banda dei suoni udibili dall'orecchio umano (convenzionalmente da 20 Hz a 20 kHz). Se la banda passante dell'amplificatore parte da 0 Hz (segnale in continua), l'amplificatore si dice in continua. Se invece le continue vengono filtrate, l'amplificatore viene detto in alternata (per esempio sono in alternata tutti gli amplificatori a BJT che usano condensatori di disaccoppiamento).
Le limitazioni di banda alle basse e alle alte frequenze presenti negli amplificatori reali possono essere in generale ricondotte alle seguenti cause:
- per quanto riguarda il limite alle basse frequenze, esso è quasi sempre legato alla presenza nel circuito di condensatori di disaccoppiamento per separare la continua di polarizzazione dal segnale alternato;
- il limite alle alte frequenze è invece generalmente legato alla presenza di capacità parassite, cioè di effetti capacitivi indesiderati che si vengono a formare fra i piedini dei componenti e all'interno degli stessi all'aumentare della frequenza dei segnali: a differenza del limite alle basse frequenze (introdotto "artificialmente" nel circuito), quello alle alte frequenze è un limite fisico, presente in tutti i circuiti (a frequenza più o meno elevate, a seconda dei casi).
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