Elettronica fisica/Amplificazione: differenze tra le versioni

passivi in quanto consentono di effettuare molte operazioni sui segnali elettrici, ma non una che `eè veramente fondamentale, l’amplificazione: ottenere da un segnale debole una copia fedele di potenza maggiore. I componenti capaci di fornire amplificazione si dicono attivi ed una rete si dice passiva o attiva a seconda che sia composta solo da componenti passivi o contenga anche componenti attivi.

Una caratteristica comune a questi dispositivi attivi `eè di essere dotati di tre terminali, che formano due porte: porta 1 o di ingresso (in) e porta 2

La rete a due porte di fig. 3.2 `eè dotata di due gradi di libertà: delle quattro variabili I1, V1, I2, V2 se ne possono scegliere due come indipendenti e le altre due saranno funzioni delle prime. Nello studio dei circuiti elettronici risulta conveniente considerare come indipendenti una variabile scelta tra quelle di ingresso ed una scelta tra quelle di uscita, ad esempio V1 e V2.

Analogamente `eè possibile scegliere I1 e I2 come indipendenti, collegando concettualmente due generatori di corrente ideali alle due porte, oppure una tensione ed una corrente. Sono possibili in tutto le quattro combinazioni:

A differenza della relazione ideale 3.1, le relazioni 3.4 sono praticamente sempre fortemente non lineari. Come `eè stato già fatto nel caso del diodo a giunzione nei paragrafi 2.12 e 2.13, anche per i dispositivi amplificatori a due porte `eè di solito possibile individuare un punto di lavoro intorno al quale le relazioni tra tensioni e correnti sono sufficientemente lineari da poter essere descritte da uno sviluppo in serie di Taylor arrestato al primo ordine (ed anche da consentire un funzionamento del dispositivo senza troppa distorsione).

Per ogni rete lineare (o linearizzata) a due porte sono perci`o possibili quattro modelli equivalenti, ciascuno descritto da quattro costanti (o parametri), corrispondenti alle quattro derivate che compaiono in ciascuna coppia delle eq. 3.6. La scelta delle variabili indipendenti determina le dimensioni dei parametri del modello. Si possono avere quattro conduttanze (@I/@V ), dette parametri g, quattro resistenze (@V/@I), dette parametri r, o quattro parametri misti, una conduttanza, una resistenza e due numeri puri (@V/@V, @I/@I), detti parametri h (hybrid) ed m (mixed). Ogni parametro `eè individuato da due indici di cui il primo indica la variabile dipendente (1:ingresso, 2:uscita) ed il secondo la variabile indipendente rispetto a cui `eè calcolata la derivata. Con queste notazioni, sostituendo g11 = @I1/@V1, g12 = @I1/@V2, ecc., le eq. 3.6 diventano

non sembra felice, in quanto nell’uso abituale la lettera g `eè utilizzata per indicare una conduttanza.

i casi, applicato alla porta 1 (l’ingresso) sulle variabili di uscita alla porta 2; il parametro con indice 12 indica invece il trasferimento inverso, cio`ecioè l’effetto di un segnale applicato al circuito di uscita sulle variabili di ingresso.

In base a questi significati i parametri sono identificati anche con gli indici i, f , r, o anzich`eanzichè con gli indici numerici utilizzati fino ad ora. Ad esempio, nel caso dei parametri g ed h, che sono i pi`u utilizzati nella descrizione dei transistor, si ha:

Ai quattro gruppi di equazioni corrispondono i quattro diversi circuiti lineari, modello del dispositivo, riportati in fig. 3.3. Ad ognuna delle due porte `eè presente un generatore di tensione o corrente, seconda dei casi, controllato dalla variabile elettrica dell’altra porta; ad ogni generatore (e quindi

ad ogni porta) `eè associata una conduttanza in parallelo, se di corrente, ed una resistenza in serie, se di tensione.

Un generatore controllato ideale `eè un generatore che eroga una tensione (o una corrente) il cui valore `eè proporzionale al valore di una variabile elettrica in un altro punto del circuito. `E il generatore controllato che schematizza gli effetti fisici fondamentali alla base dell’amplificazione: un segnale elettrico (piccolo) all’ingresso di un dispositivo amplificatore controlla variabili elettriche nel circuito di uscita di potenza (auspicabilmente) molto maggiore.

Una rete lineare che non contiene dispositivi attivi a due porte `eè una rete reciproca: i parametri di trasferimento diretto ed inverso sono identici

in quanto la presenza dei generatori controllati rompe la simmetria della matrice che descrive la rete, che `eè alla base della reciprocità.

Un esempio di rete lineare non reciproca `eè data dall’amplificatore ideale di tensione di fig. 3.1, che corrisponde ad un modello a parametri m con

In questo caso la rete oltre ad essere non reciproca `eè anche unilaterale: un segnale all’ingresso (v1) produce un segnale all’uscita <math>(v2 = m22 \cdot v1)</math>, ma un segnale applicato all’uscita (i2) non produce alcun effetto all’ingresso <math>(i1 = m12 \cdot i2 = 0)</math>.

La unilateralità `eè una condizione ideale per un circuito od un dispositivo amplificatore. Gli amplificatori operazionali possono essere considerati a tutti gli effetti, con ottima approssimazione, equivalenti a dispositivi attivi unilaterali. Nel caso invece dei componenti attivi elementari (transistor) la condizione di unilateralità `eè solo approssimativa.