REAZIONE NEGLI AMPLIFICATORI

Elettronica - retroazione
REAZIONE NEGLI AMPLIFICATORI
1 — Generalità
Si dice che in un amplificatore esiste reazione quando una parte del segnale di uscita, volutamente o nostro malgrado, si
compone col segnale di ingresso.
Un amplificatore a reazione può essere rappresentato dallo schema a blocchi dì fìg.1.
In esso il segnale vi si somma con quello di reazione v r nel nodo, rappresentato dal circoletto contrassegnato +. Dalla somma dei
due segnali nasce l'effettivo segnale di comando v’i dell'amplificatore A, il quale fornisce la tensione di uscita. Questa, oltre ad
alimentare l'utilizzatore, entra nel blocco caratterizzato dal coefficiente di reazione dal quale esce la tensione di reazione (vr = 

vu )'
II coefficiente dipende dal tipo di circuito con cui il segnale di uscita è riportato in ingresso. Se la rete di reazione è resistiva esso è
reale, positivo o negativo a seconda del collegamento dei morsetti di uscita rispetto a quelli d'ingresso del blocco di reazione.
Occorre osservare che la somma dei segnali vi e vr , essendo essi, in generale, sfasati fra di loro, è una somma vettoriale per cui
l'effettivo segnale di comando v’i è dato da:
V 'i
V i V r
Considerando i valori assoluti, il segnale v’i , a seconda dello sfasamento dei due segnali, può avere, pertanto, un'ampiezza
maggiore o minore del segnale vi . fig. 2.
Quando si verifica il primo caso si dice che la reazione è positiva o rigenerativa, quando, invece, si verifica il secondo caso si
dice che la reazione è negativa o degenerativa ovvero che si ha controreazione. Un caso particolare si verifica quando la tensione di
reazione è in fase od in opposizione di fase con la tensione d'ingresso, fig.3, in cui si ha rispettivamente:
v’i = vi + vr
v’ i = v i — vr
Questo caso si presenta quando l'amplificazione funziona nella gamma delle frequenze centrali ed il suo carico è puramente
resistivo. Infatti, come sappiamo, in tali condizioni, la tensione di uscita è in opposizione di fase od in fase a seconda del numero degli
stadi per cui, essendo positivo o negativo, la tensione di reazione può essere in fase o in opposizione di fase con quella d'ingresso.
La reazione può essere:
A. serie o parallelo a seconda che il segnale di reazione sia riportato in serie o in parallelo al segnale d'ingresso;
B. di tensione o di corrente a seconda che il segnale di reazione sia proporzionale all'ampiezza della tensione di uscita o alla
corrente che circola nel carico. Cioè:
Vr = Vu con indipendente dal carico (reazione di tensione)
Vr = K Iu con K indipendente dal carico (reazione di corrente).
In fìg.4 sono riportati i quattro tipi di reazione. In tali schemi:
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A — rappresenta un amplificatore ad uno o più stadi, caratterizzato da una amplificazione intrinseca
vu
A
vi
vs — il generatore di segnale;
Zs — l'impedenza interna del generatore di segnale o l'impedenza inserita per realizzare la voluta reazione;
vi — il segnale d'ingresso ottenuto rispetto a vs ;
vr — il segnale di reazione;
v’i — l'effettivo segnale di comando.
In fìg.4 a si ha la reazione serie di tensione, detta anche reazione di tensione-serie. In essa la tensione di uscita Vu
dell'amplificatore A è riportata in serie alla tensione d'ingresso Vi attraverso una rete di reazione che, in generale, è un partitore di
tensione.
In fig.4 b si ha invece la reazione parallelo di tensione, detta anche reazione di tensione-parallelo.
La tensione di uscita è riportata in ingresso mediante l'impedenza di reazione Zr che collega direttamente il circuito di uscita con
il circuito di ingresso.
In fìg.4 c si ha poi la reazione serie di corrente, detta anche reazione corrente-serie. In questo caso la tensione di reazione,
riportata in serie a quella d'ingresso, è prelevata mediante l'impedenza Zr (Vr = Zr iu).
In fig.4 d si ha infine la reazione parallelo di corrente, detta anche reazione di corrente-parallelo.
La tensione di reazione, prelevata ancora mediante l'impedenza Zi, viene riportata in parallelo alla tensione d'ingresso mediante
l'impedenza Zr.
In pratica, spesso, i circuiti di reazione sono costituiti da elementi resistivi anziché da impedenze.
Occorre osservare che l'impedenza Zs, riportata negli schemi visti della reazione parallelo, ha la funzione di provocare la
reazione, la quale, evidentemente, provoca una attenuazione del segnale d'ingresso
2 — Effetti della reazione
Viene spontaneo chiederci quali siano gli effetti della reazione. Un effetto facilmente rilevabile è la variazione
dell'amplificazione, la quale diminuisce con la reazione negativa ed aumenta con la reazione positiva. Infatti, in assenza di reazione,
l'amplificazione intrinseca A è data da:
A vu v u
v i v 'i
In presenza di reazione negativa si ha invece:
vi = v’i +vr
per cui risulta:
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vu
Ar 
v 'i v r
e di conseguenza si ha Ar < A.
Possiamo allora concludere che in presenza di reazione negativa, l'amplificazione reazionata Ar è minore dell'amplificazione
intrinseca A.
Così, per esempio, fìg 5, se è dato un amplificatore avente un'amplificazione intrinseca A = 15 per ottenere un segnale di
uscita di 30 V, occorre un segnale di comando v’i = 2 V e quindi, in assenza di reazione, un uguale segnale d'ingresso (vi = v’i). In
presenza di reazione negativa, supponendo di riportare in opposizione di fase con la tensione d'ingresso una tensione di reazione di 0,5
V (= 0,0166) per ottenere ancora i 30 V di uscita e quindi i 2 V di comando occorre una tensione vi di 2,5 V. L'amplificazione
reazionata vale, pertanto:
30
A r  12
2,5
ed è minore dell'amplificazione intrinseca. Con la reazione positiva ai verifica esattamente l'opposto.
Si può trovare una relazione che lega l'amplificazione reazionata all'amplificazione intrinseca ed al coefficiente di reazione.
Infatti tenendo conto delle eventuali fasi delle varie grandezze, si ha:
 
1 A 
A 
V 
V

V U A 
V i A V i V r A 
V i A 
Vu
da cui:
u
i
e quindi:
A
Vu
(1)
Ar  

V i 1 A 
II modulo di Aè detto guadagno dell'anello costituito dall'amplificatore e dalla rete di reazione cioè
V
A r
Vi
Il modulo di 1 A 
 è detto invece grado o fattore di reazione. Quando l'amplificatore lavora alle frequenze centrali il
guadagno dell'anello, per quanto è stato osservato precedentemente, può essere positivo o negativo e quindi il grado di reazione può
essere minore o maggiore di uno.
Si possono pertanto verificare tre casi:
a. se A  è negativo, la (1) diventa in valore assoluto:
A0
Ar 
1 
A0
per cui l'amplificazione reazionata è minore di quella intrinseca, reazione negativa;
b. se A  è positivo e minore dell'unità, la (1), in valore assoluto diventa:
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A0
Ar 
1 
A0
per cui l'amplificazione reazionata è maggiore di quella intrinseca, reazione positiva;
c. se A  è positivo ma uguale all'unità la (1) diventa:
Ar 
ciò significa che si possono avere segnali di uscita con segnali in ingresso nulli. In questo caso l'amplificatore diventa un oscillatore.
Questa condizione ovviamente non deve mai verificarsi nel caso degli amplificatori mentre è da ricercarsi quando si vuole realizzare
un circuito oscillatore.
La reazione negativa, nonostante provochi una diminuzione dell'amplificazione, è largamente usata negli amplificatori in bassa
frequenza, in quanto produce altri effetti che, migliorandone le prestazioni, compensano ampiamente tale diminuzione.
Infatti con la reazione negativa si ha:
una maggiore indipendenza dell'amplificazione dalle eventuali variazioni nel tempo dei parametri dei transistori e una
riduzione dell'influenza della temperatura;
b. una riduzione dei disturbi dovuti ad un insufficiente filtraggio delle tensioni di alimentazione;
c. una riduzione della distorsione armonica;
d. un aumento della banda passante;
e. una variazione dell'impedenza di entrata e di uscita.
La variazione dipende da come è prelevata la tensione di reazione e da come è riportata in ingresso e precisamente:
1. con la reazione serie l'impedenza di ingresso aumenta;
2. con la reazione parallelo l'impedenza d'ingresso diminuisce;
3. con la reazione di tensione l'impedenza di uscita diminuisce;
4. con la reazione di corrente l'impedenza di uscita aumenta.
Pertanto nei quattro tipi di reazione riportati in fìg.4 si ha rispettivamente:
a. aumento di impedenza d'ingresso e diminuzione di impedenza di uscita;
b. diminuzione di impedenza d'ingresso e aumento di impedenza di uscita;
c. aumento di impedenza d'ingresso e aumento di impedenza di uscita;
d. diminuzione di impedenza d'ingresso e aumento di impedenza di uscita.
La reazione positiva, invece, presenta effetti opposti e trova solo impiego, nei circuiti oscillatori.
a.
3 — Amplificatori a transistori ad un solo stadio con controreazione
La reazione negativa di corrente-serie si può ottenere facilmente togliendo il condensatore di emettitore CE , fìg.6.
Infatti in questo caso la tensione d'ingresso è diminuita del valore della tensione di reazione che si produce sull'emettitore
v r R E 
i e R E 
ic
Nella fìg. 7 si riporta lo schema di un amplificatore a transistore con reazione negativa di tensione-parallelo. In esso la resistenza Rr
oltre a creare la reazione negativa assolve il compito di polarizzare il transistore.
In fig.,8 è infine, riportato lo schema di un amplificatore a transistore con reazione negativa serie di tensione. La tensione di
reazione è riportata, in opposizione di fase, in serie alla tensione d'ingresso mediante il partitore di tensione R1 R2 .
4 — Amplificatori a transistori a più stadi con reazione negativa
Siccome gli effetti della controreazione si fanno sentire su tutti gli elementi compresi nella catena di reazione, spesso con la
reazione negativa si impegna più di uno stadio. In fig.9 è riportato lo schema di un amplificatore a due stadi a transistori con reazione
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negativa di tensione-parallelo.
La tensione di uscita del secondo stadio è riportata in ingresso al primo stadio mediante la resistenza Rr. C'è da osservare che, in
questo caso, per avere reazione negativa occorre che il trasformatore abbia gli avvolgimenti avvolti in senso tale che la tensione di
uscita sia sfasata di 180° rispetto a quella del primario.
Nella catena di reazione si possono inserire anche tre stadi, però occorre verificare che, in tutta la gamma delle frequenze di
funzionamento, a causa degli sfasamenti introdotti dai singoli stadi amplificatori, la reazione da negativa non diventi positiva con
conseguente possibilità di innesco di oscillazioni spontanee.
5 — Disaccoppiamento tra gli stadi amplificatori
Nei vari circuiti degli amplificatori possono nascere reazioni dannose a causa degli accoppiamenti, induttivi o capacitivi, fra
transistori, bobine, conduttori, ecc.
Allo scopo di impedire o rendere minimi i relativi disturbi si ricorre ad accorgimenti pratici la cui varietà e molteplicità è
direttamente legata al radiomontaggio.
Tali accorgimenti consistono nel disaccoppiare i vari stadi e cioè:
a. nello schermare le parti di circuito più soggette ad accoppiamenti (bobine, conduttori attraversati da correnti alternate);
b. nel ridurre al minimo i percorsi delle correnti alternate;
c. nell'impedire che qualsiasi componente alternata possa circolare nei circuiti collegati all'alimentatore. Ciò si ottiene ponendo in
serie, lungo il percorso, apposite induttanze di blocco, ovvero collegando a massa gli elementi utilizzatori mediante condensatori
di fuga o by-pass.
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6 — Schema elettrico di amplificatore a transistore per bassa frequenza
Dopo aver analizzato i circuiti amplificatori fondamentali è possibile disegnare lo schema, anche se semplificato, di qualche
amplificatore completo per bassa frequenza.
In fig10 è riportato lo schema elettrico di un piccolo amplificatore grammofonico a transistori P-N-P che può essere alimentato
sia dalla tensione di una batteria di pile, sia dalla tensione di rete mediante un alimentatore.
La tensione d'ingresso, fornita da un fono-rilevatore (trasduttore d'ingresso) e regolata dal potenziometro R2 (controllo di
volume), viene preamplificata da due stadi T1 e T2 .
Lo stadio finale in controfase, classe AB, fornisce la potenza necessaria all'altoparlante (trasduttore di uscita).
Osservando lo schema si nota il gruppo R 9 C2 Esso serve per alimentare con tensione ridotta il transistore T 1 e la base del
transistore T 2 .
Inoltre nello schema si rileva che la resistenza R14 ha coefficiente di temperatura negativo, per cui il valore diminuisce con
l'aumentare della temperatura. Essa serve a stabilizzare termicamente i transistori dell'ultimo stadio. Infatti all'aumentare della
temperatura, diminuendo il valore della resistenza R14 , e quindi del parallelo R13 R14 , diminuisce la tensione di polarizzazione di
base dei due transistori.
Tale diminuzione contrasta, pertanto, l'aumento della corrente di collettore dovuto alla temperatura. Infine si osserva che la
tensione di uscita è riportata mediante la resistenza R11 in ingresso al secondo stadio (reazione negativa di tensione-parallelo).
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