Amplificazione, transconduttanza e transresistenza

Una panoramica delle varie forme di amplificazione nell’elettronica analogica.

Un amplificatore elettronico è un dispositivo capace di aumentare la potenza di un segnale. Il rapporto tra il segnale d’uscita e quello d’ingresso prende il nome di amplificazione, che è definita come: \[A_x\equiv \frac{x_o}{x_i}\] dove \(x_o\) è il segnale d’uscita e \(x_i\) il segnale d’ingresso.

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Generatori di tensione e generatori di corrente

In elettronica, un generatore è un dipolo capace fornire potenza ad un circuito detto carico. I generatori ideali si distinguono in generatori di tensione (fig. 1/a) e generatori di corrente (fig. 1/b).

Fig. 1 – Simboli del generatore di tensione (a) e di corrente (b).

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Burst generator

Un semplice circuito per ottenere dei burst ripetitivi a partire da qualsiasi segnale periodico.

Il circuito descritto in quest’articolo è in grado di generare dei segnali burst a partire da qualsiasi segnale periodico, per esempio sinusoidale.

Alcune forme d'onda del circuito: segnale d'ingresso (1), burst all'uscita (2), segnale di clock (3) e segnale di sincronizzazione (4).
Alcune forme d’onda del circuito: segnale d’ingresso (1), burst all’uscita (2), segnale di clock (3) e segnale di sincronizzazione (4).

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La differenza tra la teoria e la pratica

Due lampadine per dimostrare che le misure non servono a niente solo se non si sa come interpretarle.

Un’opinione piuttosto diffusa tra gli “audiofili” è che esista una sorta di limite invalicabile tra le previsioni teoriche e i riscontri pratici, per cui qualsiasi supposizione o misura potrebbe essere facilmente smentita da una prova empirica.

«L’amplificatore X ha una distorsione dello 0,000001% eppure “suona” peggio dell’amplificatore Y che distorce dell’1%. Questo dimostra che le misure sono inutili!»L’audiofilo superficiale

Tuttavia, questo è vero soltanto se non si conosce abbastanza bene la teoria, perché soltanto grazie ad essa si riesce ad attribuire alle misure il giusto significato. Quando diciamo che un tavolo è lungo 120 cm, non stiamo dicendo che è un bel tavolo. Se questo sembra scontato nella vita quotidiana, può non esserlo quando si parla di argomenti complessi.

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Perché la distorsione aumenta nelle ultime tracce del disco?

L’importanza della geometria dello stilo per assicurare una riproduzione di qualità del disco in vinile.

Quando si riproduce un disco in vinile, talvolta è possibile notare una distorsione nei brani che sono stati incisi nella parte più interna del disco. Questa distorsione è evidente nelle voci, in alcuni strumenti e in generale nei suoni sibilanti. Fortunatamente, questo problema può essere eliminato impiegando uno stilo adeguato.

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Amplificatore per misure di rumore

Un amplificatore a basso rumore in grado di fornire un guadagno di 60, 80 e 100 dB per effettuare misure di rumore o di piccoli segnali.

Quando è necessario misurare il rumore in banda audio è utile disporre di un amplificatore in AC in grado di fornire un’elevato guadagno e un basso rumore. Il circuito presentato permette di ottenere un guadagno di 60, 80 o 100 dB usando due amplificatori operazionali a basso rumore.

Low noise amplifier schematic
Schema elettrico dell’amplificatore per misure di rumore

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Generatore di impulsi ad alta velocità

Nel settore delle misure elettroniche, gli impulsi con un breve tempo di salita sono molto utili  per valutare lo slew rate degli amplificatori e per effettuare misure di rifrattometria nel dominio nel tempo (TDR). Il circuito presentato permette di ottenere onde quadre a circa 1 kHz con uno slew rate di oltre 620 V/µs e un tempo di salita inferiore a 3 ns.

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Connettere i componenti in serie e parallelo ne riduce la tolleranza

Supponiamo di connettere due resistori all’1% di tolleranza e di egual valore in parallelo, per esempio due resistori da 100 Ω in modo da offrire una resistenza complessiva di 50 Ω. Vogliamo conoscere quale sarà la tolleranza risultante da questa connessione.

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Come varia l’impedenza di un potenziometro?

Perché i potenziometri funzionano peggio a metà corsa.

Supponiamo di avere un potenziometro lineare configurato per il controllo del volume come in fig. 1. L’impedenza d’uscita del potenziometro, cioè quella vista guardando dal cursore, dipende dal fattore di rotazione del potenziometro secondo l’equazione: \[Z_{out}=\frac{1}{\frac{1}{xR}+\frac{1}{(1-x)R}}=(x-x^2)R\] dove \(R\) è la resistenza nominale del potenziometro e \(x\) è il fattore di rotazione del potenziometro, che è compreso tra 0 e 1.

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Spesso un condensatore è meglio di due

Una guida all’uso dei condensatori di bypass per capire perché collegare più condensatori in parallelo non è quasi mai una buona idea.

Nel settore audio si è radicata la tendenza ad usare indiscriminatamente un grande numero di condensatori in parallelo sulle linee alimentazione con l’intenzione di migliorarne le prestazioni alle alte frequenze. Questa convinzione è stata supportata per molti anni da svariate riviste hobbistiche, che hanno contribuito notevolmente alla diffusione di un grande numero di preconcetti nel settore dell’elettronica.

Tuttavia, ormai è stato scientificamente dimostrato come quella di collegare certi condensatori in parallelo non sia assolutamente una buona pratica, perché può produrre delle risonanze indesiderate capaci di sortire l’effetto opposto. Nei casi peggiori, questo può compromettere la compatibilità elettromagnetica del circuito.

In questo articolo verrà affrontato il bypass delle alimentazioni, di fondamentale importanza per evitare la produzione di oscillazioni indesiderate. Si vedrà quindi come la connessione di più condensatori in parallelo possa portare ad un sorprendente peggioramento delle prestazioni, specialmente usando i moderni condensatori elettrolitici a bassa ESR, che sono molto diffusi in ambito audio.

Nell’articolo si è preso come esempio il caso generale dei circuiti ad op-amp, ma le considerazioni ricavate valgono anche per altri tipi di circuiti, come gli amplificatori di potenza.

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