4. La reazione non velocizza gli amplificatori.
Avrei potuto scrivere in maniera più sintetica ma a rischio fraintendimento, che "
la reazione non allarga la banda". Se è chiaro il punto 1 ( la reazione non altera le caratteristiche proprie dell’amplificare), questo non sarà altro che una diretta conseguenza (non potrà alterare allora nemmeno la ‘velocità’).
Ma poiché è un aspetto spesso travisato sarà meglio dedicarcisi.
Il classico schemino scolastico dell’effetto della reazione sulla banda è questo:
che è corretto, nel caso di un singolo polo, cioè di un ritardo dovuto ad una singola cella R-C nel blocco di guadagno d'anello. Tipicamente è questo il caso degli amplificatori che vengono resi tali mediante una compensazione a polo dominante. Ma da dove salta fuori questo grafico?
Finora abbiamo assunto ideale il nostro amplificatore, in particolare in grado di reagire
istantaneamente ad una variazione del suo ingresso. Nella realtà non potrà mai essere così, perché ogni oggetto fisico è una capacità e ogni conduttore è una resistenza. Pertanto qualsiasi amplificatore avrà un ritardo di risposta, dato dal tempo necessario per caricare la capacità propria attraverso la resistenza (dinamica) dei suoi elementi attivi. Il caso più semplice o volutamente reso tale come spiegato precedentemente, è quello di una singola costante di tempo, prevalente sulle altre. Di una cella RC cioè di costante di tempo R*C molto superiore (tipicamente una decade, cioè 10 volte tanto) a tutte le altre in gioco.
Se allora inseriamo nel nostro amplificatore un blocco di ritardo a singolo polo e variamo il tasso reazione beta otteniamo la famiglia di curve sopra riportata.
Si nota immediatamente che la reazione non ha migliorato la velocità dell’amplificatore, in quanto alle frequenze estreme l’amplificatore cala di guadagno e la reazione come abbiamo visto non è efficace in questa situazione. Quello che succede succede in realtà alle medie frequenze, dove la reazione spiana il guadagno, lo rende cioè meno dipendente dal guadagno proprio (ad anello aperto) dell’amplificatore.
Poiché la banda passante è un indice della frequenza alla quale lo scostamento del guadagno da quello medio a centro banda è significativo, come si vede dalla foto quest’ultima crescerà. Non in virtù di un impossibili velocizzazione dell’amplificatore, possibile con altri metodi di compensazione, ma di un migliore controllo nonché riduzione del guadagno. L‘amplificatore ancora una volta è rimasto lo stesso, quello che cambia è il segnale che gli viene dato in pasto, predistorto in maniera opportuna dalla rete di reazione.
Il prodotto Guadagno-Banda, che è un parametro fisico legato all’amplificatore infatti non cambia: sia allarga la banda passante tanto quanto si abbassa il guadagno, il prodotto dei due resta costante.
Così come costanti saranno i parametri cha dal prodotto guadagno-banda dipendono, come ad esempio il rapporto S/N. Ma su quest’ultimo punto ci dovremo tornare estesamente.
La banda quindi aumenta per effetto del guadagno in eccesso che viene usato per livellare la risposta in bassa frequenza, non toccando quella in alta frequenza. Anzi, immaginando una situazione ideale, nella quale sia possibile avere un andamento a scalino della funzione Guadagno-frequenza di un amplificatore, cosa succederebbe alla banda reazionata?
Rimarrebbe la stessa!
Tanto banale questo concetto della banda controreazionata non deve essere, visto come viene divulgato in un corso di Elettronica di una facoltà di Fisica:
5. La reazione non cambia il rapporto S/N degli amplificatori.
Lo abbiamo accennato precedentemente. Un dato prestazionale quale il rapporto segnale rumore (S/N) dipende dalla fisica degli elementi attivi. E precisamente dal loro guadagno, dalla loro banda e dal loro rumore. Una volta fissato il dispositivo o il gruppo circuitale di guadagno, reazionarlo modifica il guadagno (lo riduce di 1+AB), la banda (la aumenta di 1+AB) ma non il loro prodotto. Il segnale verrà quindi amplificato meno, nel caso di reazione, come il rumore. Ma verrà integrato su una banda più ampia. Insomma, il rapporto segnale / rumore non viene modificato dall’applicazione della controreazione.
Anche questo concetto non deve essere proprio banale, come dimostrano certe incomprensioni presenti in letteratura, anche di testi e dispense universitarie.
Per esempio in questo estratto di un documento del Politecnico di Torino:
Oppure giudicando come viene calcolato il rapporto S/N di un amplificatore reazionato a pagina 4 di questa dispensa:
http://www.ing.unirc.it/portale/didatti ... 003926.pdf
Se metto un amplificatore A2 davanti al mio A1 nel caso di circuito reazionato, perché mai dovrebbe essere ideale, cioè senza rumore? E se anche lo fosse, per una comparazione tra i due schemi non dovrei forse applicare A2 anche all’amplificatore non reazionato? Di fatto il rapporto S/N non è riducibile per mezzo della reazione. Altrimenti non ci sarebbe bisogno di preamplificatori criogenici o di trasformatori di segnale. Cose insostituibili per la strumentazione a basso rumore.
