Gli amplificatori sono circuiti elettronici che aumentano la forza dei segnali. Esistono centinaia di progetti di amplificatori, che vanno da semplici circuiti a transistor singolo a elaborati sistemi digitali. Un amplificatore di potenza e un amplificatore di tensione rappresentano due progetti che rafforzano i segnali in modi diversi. Comprendere la differenza tra tensione e potenza e le loro applicazioni aiuta a selezionare il tipo di amplificatore corretto per un progetto.
Tensione e potenza
La tensione di un circuito è l'energia dietro le cariche elettriche che scorre attraverso fili e componenti. Il volt è l'unità standard di tensione, definita come la differenza di energia potenziale attraverso una resistenza di un ohm, che produce un flusso di corrente di un amp. Maggiore è l'energia, maggiore è la tensione. Quando moltiplichi la tensione per la corrente, ottieni la potenza del circuito, che è espressa in watt: un watt è un volt per un amplificatore. La potenza è la velocità con cui un circuito fornisce energia: i circuiti che gestiscono più tensione e corrente producono più watt di potenza.
Concetti di amplificatori
Puoi pensare a un amplificatore come a una valvola controllata da un segnale in ingresso. All'aumentare della curva dell'onda del segnale, si apre una valvola collegata a un'alimentazione di tensione indipendente, facendo passare più tensione all'uscita. Quando l'onda diminuisce, la valvola si chiude e l'uscita vede meno tensione. L'output, sebbene proporzionalmente maggiore, è un'immagine speculare dell'input. Si utilizza un amplificatore per aumentare la tensione o la potenza di un segnale di ingresso debole. Se la potenza del segnale è debole, usi un amplificatore di potenza. Se la tensione è piccola, la moltiplichi con un amplificatore di tensione.
Potenza, efficienza e calore
Poiché nessun circuito è efficiente al 100%, un amplificatore spreca parte della sua potenza sotto forma di calore. L'efficienza di vari progetti di amplificatori varia da circa il 20 percento al 90 percento o superiore; un amplificatore con un'efficienza dell'80% che consuma 100 watt spreca 20 watt sotto forma di calore. Sebbene anche gli amplificatori di tensione abbiano questo problema, è un problema maggiore con gli amplificatori di potenza. Un amplificatore di potenza utilizza componenti robusti, ventole di raffreddamento e altre strategie per prevenire il surriscaldamento.
Componenti
Un transistor combinato con alcuni resistori e condensatori funge da semplice amplificatore. Alcuni circuiti utilizzano tubi a vuoto per l'amplificazione di potenza o di tensione. Gli amplificatori operazionali, o amplificatori operazionali, sono circuiti integrati che realizzano ottimi amplificatori di tensione; tuttavia, sono troppo piccoli per essere buoni amplificatori di potenza. Gli amplificatori di potenza utilizzano transistor di grandi dimensioni e altri componenti per gestire il calore extra senza bruciare. I transistor di potenza vengono forniti in robusti contenitori di metallo che conducono il calore lontano dal dispositivo. Gli amplificatori di tensione utilizzano transistor di plastica più piccoli che funzionano a temperatura ambiente.
Guadagno
Tutti gli amplificatori forniscono una certa quantità di guadagno, o fattore di amplificazione. Ad esempio, un amplificatore di tensione con un guadagno di 100 produce un'uscita da 1 volt per un ingresso da 10 millivolt. Il guadagno viene anche misurato in decibel o dB; il valore di decibel è il log comune del fattore di guadagno moltiplicato per 10. Il log comune di 100 è 2; moltiplicandolo per 10 ottieni 20 dB. Sebbene anche gli amplificatori di potenza abbiano un guadagno, i progettisti in genere li valutano in base al loro wattaggio di uscita massimo. Qui, la "radice quadratica media", o valutazione RMS, è il valore più conservativo, seguito da media e picco. La valutazione RMS ti dà un'idea chiara dell'uscita dell'amplificatore per diversi minuti; il punteggio di picco è una misura della capacità momentanea.
Applicazioni
La maggior parte degli amplificatori di potenza pilota altoparlanti e cuffie, poiché richiede potenza per portare gli altoparlanti a livelli di ascolto confortevoli. I trasmettitori radio utilizzano anche amplificatori di potenza per fornire un segnale forte all'antenna di trasmissione. Gli amplificatori di tensione funzionano meglio per aumentare i segnali molto deboli; non hanno abbastanza potenza per pilotare gli altoparlanti. Il telefono cellulare contiene due amplificatori: un amplificatore di tensione per captare i segnali radio cellulari e un amplificatore di potenza per pilotare l'altoparlante del telefono. Un ricevitore stereo ha anche due amplificatori per lo stesso motivo.
