Un amplificatore è un quadripolo in cui la potenza del segnale di uscita è maggiore della potenza del segnale di ingresso.
Ovviamente per poter funzionare un amplificatore necessita di una fonte di energia, normalmente fornita da uno o due generatori di tensione continua.
L'obbiettivo da raggiungere è mantenere il segnale di uscita il più possibile uguale a quello in ingresso, semplicemente aumentando l'ampiezza. Occorre cioè:
Una classificazione può essere fatta in base al tipo di segnale in ingresso ed in uscita:
Il parametro fondamentale di un amplificatore è il guadagno (di tensione) GV, definito come il rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso:
GV = VOUT / VIN
Il guadagno è un numero puro, cioè non ha unità di misura.
Se il guadagno è in modulo maggiore di uno, evidentemente la tensione di uscita è, in modulo, maggiore di quella di ingresso.
In alcuni casi si preferisce utilizzare il guadagno di potenza:
GP = POUT / PIN
Il grafico seguente mostra ingresso (in verde) ed uscita (in rosso) di un amplificatore:
L'uscita appare più ampia, non distorta e priva di rumore rispetto all'ingresso.
Utilizzando le tensioni efficaci (scelta preferenziale in ambito sperimentale), riportate in figura in basso a destra, il guadagno è pari a:
G = 778 / 71 = 11
Si noti che lo stesso risultato si ottiene anche utilizzando la tensione di picco invece che quella efficace:
G = 1.1 / 1 = 11
Altri esempi sono disponibili all'interno delle attività che utilizzano un simulatore oppure un amplificatore reale realizzato su breadboard.
Il guadagno può essere indicato anche in unità logaritmiche, ricordando le definizioni e le proprietà dei logaritmi per prodotti e somme:
G(dB) = VOUT (dBV) - VIN (dBV)
Si notino le unità di misura indicate: sono corrette, malgrado ad un'analisi superficiale possano apparire errate...
Una formula alternativa:
G(dB) = 20·log (VOUT / VIN)
Se il guadagno espresso in decibel è maggiore di 0 dB, la tensione di uscita è, in modulo, maggiore di quella di ingresso.
Calcoliamo il guadagno in unità logaritmiche relativamente agli stessi segnali dell'esempio 1:
VIN = 71 mV = -23 dBV
VOUT = 778 mV = -2.2 dBV
G = -2.2 - (-23) = 20.8 dB
Oppure:
G = 20·log( 778 / 71 ) = 20.8 dB
Calcolare il guadagno utilizzando i dBu. Ovviamente il risultato rimarrà invariato.
In alcuni contesti, tipicamente nei sistemi di trasmissione via radio, si preferisce utilizzare il guadagno di potenza invece che quello di tensione. Le definizioni sono analoghe a quanto scritto per il guadagno di tensione:
GP = POUT / PIN
Il guadagno di potenza è evidentemente un numero puro, cioè non ha unità di misura.
Se il guadagno di potenza è maggiore di uno, evidentemente la potenza di uscita è maggiore di quella di ingresso.
Il guadagno di potenza può essere indicato anche in unità logaritmiche, ricordando le definizioni qui descritte e le proprietà dei logaritmi per prodotti e somme:
G(dB) = POUT (dBm) - PIN (dBm)
Oppure:
G(dB) = 10·log(POUT / PIN)
Se il guadagno espresso in decibel è maggiore di 0 dB, la potenza di uscita è maggiore di quella di ingresso.
Nel caso particolare in cui l'amplificatore è adattato il guadagno di tensione ed il guadagno di potenza coincidono numericamente se espressi in unità logaritmiche. Tale situazione particolare è comune nei sistemi di comunicazione ad alta frequenza, ma non in altre situazioni.
La potenza in ingresso ad un amplificatore è pari a 0,1 mW; il suo guadagno di potenza è pari a 100. Determinare la potenza di uscita, un unità lineari e logaritmiche.
POUT = 0,1 · 1 000 = 100 mW
POUT = 10·log(100) = 20 dBm
In alternativa:
PIN = 10·log(0,1) = -10 dBm
G = 10·log(1 000) = 30 dB
POUT = -10 + 30 = 20 dBm
POUT = 1020/10 = 100 mW
Il primo procedimento è consigliabile se i dati sono in unità lineari, come in questo esempio.
Il secondo procedimento è più rapido e semplice solo se i dati (ed il risultato richiesto) sono in unità logaritmiche, come avviene in molte applicazioni di telecomunicazioni.
La banda B di un amplificatore è l'intervallo di frequenza per cui l'amplificatore funziona correttamente; in questo intervallo il guadagno è costante; al di fuori della banda il guadagno è significativamente minore, anche prossimo a zero. Spesso la banda è definita convenzionalmente in corrispondenza della frequenza (o delle frequenze) alla quale il guadagno è di 3 dB inferiore al massimo; tale definizione coincide con quella spesso usata per i filtri ed è stata scelta perché -3 dB significa il dimezzamento della potenza (10-3/10 = 0,5).
Per esempio un amplificatore audio è progettato per amplificare solo i segnali con frequenza compresa tra 20 Hz e 20 kHz, cioè le frequenza udibili da un essere umano. La banda di questi amplificatori è quindi poco meno di 20 000 Hz.
Un amplificatore che amplifica anche le tensioni continue è spesso chiamato amplificatore DC.
In genere un amplificatore è progettato per amplificare esclusivamente determinate frequenza, quelle del segnale che si vuole trattare. Infatti una banda eccessiva ha come effetto negativo quello di aumentare il rumore.
Come in tutti i quadripoli, l'uscita contiene il segnale utile e rumore, che deve ovviamente essere il più basso possibile. In questo caso l'SNR è il parametro fondamentale.
In qualunque amplificatore reale SNROUT < SNRIN a causa del rumore generato dall'amplificatore stesso che si somma a quello già presente in ingresso, amplificato.
Un buon amplificatore rende la differenza tra i due SNR prossimo a 0 dB; questa differenza è indicata come figura di rumore F. Un amplificatore a basso rumore (LNA, Low Noise Amplifier) rende la figura di rumore dell'ordine di 0,5 dB → 1,5 dB, a seconda delle applicazioni
Come in tutti i quadripoli, l'uscita è distorta rispetto all'ingresso; la distorsione deve ovviamente essere la più bassa possibile.
Sebastian Nizan, CC BY-SA 4.0. Amplificatore valvolare MC240 dai McIntosh Laboratories nel 1961. La versione attuale (2026) ha un costo di listino di 10 400.00 €.
Pagina creata nell'ottobre 2020
Ultima modifica: 13 febbraio 2026
Appunti scolastici - Versione 0.1032 - Maggio 2025
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