Studio sperimentale di un pre-amplificatore per piccoli segnali

Svolgimento della misura, descrivendo la prova pratica

1. Colleghiamo opportunamente l'alimentatore per fornire la tensione di alimentazione +V di 12 V, il generatore di funzione (esclusivamente ai morsetti d'ingresso dell'amplificatore) e l'oscilloscopio per misurare il segnale d'ingresso e quello d'uscita; si procede applicando in ingresso un segnale con i valori riportati in tabella, misuriamo il corrispondente segnale di uscita e calcoliamo il guadagno. La frequenza di lavoro la scegliamo in centro banda (intervallo di frequenza intermedia, variabile da caso a caso) pari ad un valore di 30 kHz. Abbiamo in seguito osservato la variazione dei valori di Vu commentando a dovere i risultati ottenuti.

2. Abbiamo scelto un valore di Vi = 11 mV come costante per l'intero esercizio e proseguito la seconda fase della prova in questo modo: misurando quanto vale il valore massimo in centro banda di Vu e Av, (ad una frequenza stimata sui 30 kHz); abbiamo notato ed evidenziato (come si nota in tabella) le due frequenze di taglio (fti ed fts); quindi rilevato altri 20 valori scelti opportunamente in coerenza con le due frequenze di taglio; la prova si è conclusa con la creazione della curva di risposta in frequenza e una opportuna conclusione.

Tabella dei valori misurati, dei valori calcolati con grafico

• Risposta in ampiezza (Cb = 30 kHz)
• Risposta in frequenza (Vi = 11 mV)
• Istogramma

• A circa 300 Hz abbiamo la prima frequenza di taglio (fi)
• A circa 200000 Hz abbiamo la seconda frequenza di taglio (fs)
• Da 350 Hz a 280000 Hz abbiamo la banda passante
• Da 1500 Hz a 50000 Hz abbiamo il centro banda

La curva di risposta in frequenza su carta logaritmica è fornita in (allegato #1) alla relazione.

Formule usate e calcoli eseguiti

Guadagno

Av = Vu/Vi

• Av, Guadagno [Adimensionale]
• Vu, Tensione in uscita [V]
• Vi, Tensione in ingresso [V]

Frequenza di taglio

ft = Av*0,7

• ft, Frequenza di taglio [Hz], serve per calcolare fi ed fs
• Av, Guadagno [Adimensionale]

Conclusione, commento e analisi ottenuta

Nello studio in frequenza degli amplificatori, la grandezza che generalmente interessa di più è il guadagno, che, considerato in condizione di regime, prende notoriamente il nome di funzione di risposta armonica e si indica generalmente con la notazione "Av".

In particolare, interessa soprattutto l'andamento in frequenza del modulo della risposta armonica, mentre quello della fase, almeno per la maggior parte delle applicazioni, ha scarsa rilevanza ai fini dell'utilizzatore. Per un amplificatore, l'andamento del modulo del guadagno al variare della frequenza risulta, in genere, del tipo seguente:

• Centro banda, è l'intervallo delle frequenze che determinano il guadagno massimo.
• Banda passante, è l'intervallo delle frequenze che determinano comunque un guadagno superiore BW = fs-fi, quindi con una tolleranza di circa 30%.

In questo diagramma, le ordinate riportano la quantità Av (guadagno) e le ascisse la pulsazione f (frequenza). Viene definito guadagno il rapporto tra la tensione in uscita e la tensione in ingresso, quindi: quante volte il segnale d'ingresso viene aumentato in ampiezza dall'amplificatore.

Alle basse frequenze la causa delle perdite di guadagno sono i condensatori di accoppiamento Cin e Cout inseriti per bloccare la corrente continua, ma che inevitabilmente oppongono una forte reattanza alle frequenze più basse.

Alle alte frequenze, invece, la causa della perdita di guadagno va ricercata all'interno, nella struttura stessa del transistor, in particolare nelle sue due giunzioni "PN" che nella zona di svuotamento si comportano come due piccolissime capacità parassite; queste capacità parassite si comportano nei confronti del segnale come due condensatori posti in parallelo all'ingresso e all'uscita dell'amplificatore, l'effetto di questi due condensatori è quello di scaricare a massa il segnale ad alta frequenza o parte di esso.

Nella relazione è presente anche un istogramma, che mostra come ricavare le due frequenze di taglio senza calcolare il guadagno. Questo perché la Vi è costante.

Nella curva di risposta in frequenza sono risultati fuori:

• fti = 400 Hz
• fts = 200000 Hz

Per la corretta visualizzazione della prova, si consiglia di scaricare il file .pdf