Raffaele Ilardo

La controreazione negli amplificatori


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I termini "feedback", "retroazione" e "reazione negativa" hanno tutti lo stesso significato, e stanno ad indicare un preciso meccanismo di auto-correzione. Anche se a noi l'argomento interessa in relazione all'elettronica, quello del feedback è un meccanismo universale, presente praticamente in tutti i sistemi dinamici, ovvero suscettibili di modifiche nel corso del loro funzionamento.
vecchio amplificatore Marantz
Figura 1
Un esempio che ci riguarda da vicino è ciò che avviene nel nostro organismo, dove un complesso sistema di regolazione ormonale modifica continuamente la nostra fisiologia, in funzione dello stato generale rilevato da organi appositi.
Ma veniamo alla nostra materia, per esempio agli amplificatori cotroreazionati, che immancabilmente riportano alla mente la mitica "Marantz". Allo scopo di ridurre le distorsioni a valori non misurabili, i suoi favolosi amplificatori (figura 1) erano caratterizzati da una reazione negativa spinta ai massimi livelli;
segnale, tre onde a diversa frequenza
Figura 2
gli stadi di amplificazione erano in numero sovrabbondante, mentre il guadagno globale veniva poi drasticamente ridimensionato applicando percentuali di feedback elevatissime.

Ma come funziona la cotroreazione?
segnale, tre onde a diversa frequenza e ampiezza
Figura 3
Cercherò di illustrarlo con un semplice esempio, sperando che non facciate caso alla bruttezza del segnale campione di figura 2. Si tratta in effetti di un segnale formato da tre onde sinusoidali: la seconda ha una frequenza doppia della prima e la terza una frequenza quadrupla.
Applichiamo questo segnale all'ingresso di un amplificatore ed immaginiamo che, per una risposta calante verso le alte frequenze, il segnale appaia in uscita come si vede in figura 3;
amplificatore con controreazione
Figura 4
si nota che l'onda a frequenza doppia è di ampiezza dimezzata, e due volte dimezzata risulta l'onda a frequenza quadrupla.
Introdurre una controreazione significa riportare parte del segnale di uscita all'ingresso dell'amplificatore (figura 4). VIN è il segnale in entrata (figura 2), che appare in uscita come VOUT (figura 3), amplificato ma affetto da distorsione dovuta all'amplificazione che cala con l'aumentare della frequenza del segnale.
Preleviamo una piccola parte del segnale VOUT e lo riportiamo all'entrata;
retroazione e segnale di errore
Figura 5
questo segnale, che riproduce esattamente quello distorto presente in uscita, rappresenta il "segnale di errore", cioè quello che andrà a correggere VIN.
Il segnale di errore andrà a sottrarsi a VIN, e siccome le frequenze basse risultano di maggior ampiezza, saranno proprio tali frequenze ad essere maggiormante attenuate. Come risultato il nuovo segnale presente in entrata apparirà "corretto" come si vede in figura 5, opportunamente adattato in funzione delle caratteristiche di quell'amplificatore.

Il meccanismo della reazione negativa viene applicato in molti altri casi; per esempio, negli amplificatori operazionali, nei quali permette di controllare l'elevata amplificazione, ottenendo un funzionamento lineare.

controreazione in amplificatore operazionale
Figura 6
In figura 6, nel caso di sinistra, l'amplificatore operazionale funziona praticamente come circuito a scatto: basta una variazione minima della tensione VIN perché l'uscita commuti da un livello all'altro.
Nel caso di destra è presente la resistenza Rf; è tale resistenza che, riportando in ingresso parte della tensione di uscita, determina una reazione negativa, che trasforma radicalmente il funzionamento. L'amplificatore diventa perfettamente lineare ed è in grado di elaborare qualsiasi segnale analogico all'interno della sua gamma di frequenze.

La controreazione di cui abbiamo parlato fino ad ora era di tipo negativo, ovvero il segnale retrocesso dall'uscita andava a sottrarsi a quello in entrata. Ma la reazione può essere anche positiva, caso in cui il segnale retrocesso anziché contrastare il segnale in entrata va a sommarsi ad esso, ovvero lo rinforza. In casi del genere si determina una reazione a catena, poichè il segnale retrocesso si ritrova all'uscita ulteriormente amplificato: il sistema comincia quindi ad oscillare, ed infatti è proprio sulla reazione positiva che si basa il funzionamento dei circuiti detti "oscillatori".




raffaele ilardo