Un amplificatore può essere considerato qualsiasi dispositivo che usa una piccola quantità di energia per comandarne una quantità più grande, sebbene il termine attualmente si riferisca quasi esclusivamente ad un amplificatore elettronico. La relazione tra ingresso e uscita dell'amplificatore, usualmente espressa come funzione della frequenza del segnale di ingresso, è detta funzione di trasferimento dell'amplificatore e l'ampiezza della funzione di trasferimento è detta guadagno.
Le tipologie sono le più varie, una delle più comuni è l'amplificatore elettronico comunemente utilizzato in trasmettitori e ricevitori per radio e televisione, equipaggiamenti stereo ad alta fedeltà, personal computer ed altro equipaggiamento elettronico digitale. I suoi componenti attivi sono il transistor, il circuito integrato e la valvola termoionica.
Amplificatori a valvole
Nei primi anni dell'elettronica la valvola termoionica era l'unico dispositivo attivo disponibile; attualmente il loro uso è riservato all'amplificazione di potenza delle Radiofrequenze, delle microonde e all'amplificazione del segnale in sistemi audio, da parte di piccoli produttori operanti nel mercato Hi-End. Nel campo delle radiofrequenze di alta potenza le valvole rimangono l'unico dispositivo capace di amplificare il segnale. Sono noti esempi di triodi capaci di erogare oltre 300 kW.
In campo audio, per poter adattare l'elevata impedenza del tubo termoionico alla bassa impedenza del carico pilotato, l'altoparlante, si rende necessario l'uso di trasformatori; ottenere una buona linearità nella risposta in frequenza del trasformatore comporta una costruzione accurata e precisa, con conseguenti costi molto elevati. I tipi di valvole impiegate sono molteplici: 300B, EL34, KT88 ecc. Il suono ottenuto ha una discreta dinamica e presenta una tonalità "calda" e poco affaticante per l'orecchio umano in quanto al segnale riprodotto si aggiunge una distorsione dovuta in gran parte alle sole armoniche pari (2°, 4°, 6° armonica, pari cioè a 2, 4, e 6 volte la frequenza originale) il che evita la sensazione di suono metallico e stridente sulle alte frequenze e la fatica d'ascolto e rende invece gradevole e poco faticoso l'ascolto. È molto usato dai gruppi musicali nell'amplificazione dei loro strumenti, per la capacità di sopportare senza conseguenze sovraccarichi momentanei e presentare meno fastidio all'orecchio nel caso il circuito vada in saturazione. Le potenze con tale tecnologia usata per riproduzione musicale, possono variare da pochi watt fino ad oltre 100 watt.
Gli amplificatori valvolari hanno generalmente le seguenti proprietà: Impedenza d'ingresso elevatissima (grid input); Impedenza d'uscita generalmente alta; Adatti ad amplificare tensioni elevate; Bisogno di un'alimentazione supplementare per i filamenti (valore tipico 6,3 V ac);. Alta tensione di alimentazione anodica, per questo infatti possono essere molto pericolosi, (valore tipico > 100 V cc); Esaurimento delle valvole dopo un periodo più o meno prolungato; Generazione di molto calore, soprattutto per potenze elevate (oltre 200 W), cosa che richiede dei sistemi di dissipazione.
Accade pertanto che in campo audio, per potenze elevate, si ricorra alla tecnologia a transistor, a causa del costo e del maggiore ingombro di un amplificatore a tubi di uguali prestazioni.
Amplificatori a stato solido Sono amplificatori che non fanno uso di tubi termoionici, bensì della tecnologia successiva, iniziata con l'invenzione del transistor a giunzione bipolare (BJT), e i successivi JFET e MOSFET, dispositivi specializzati ognuno per amplificare il segnale in tensione o in corrente quali, ad esempio, il dispositivo a source comune. In questa categoria rientrano anche i dispositivi a circuito integrato, disponibili ormai per tutte le applicazioni. Il guadagno dell'amplificatore dipende sia dal tipo di transistor che dal circuito esterno, ed è fissato dal costruttore in fase di progetto.
Un amplificatore a componenti "discreti" è costituito da uno stadio di ingresso nel quale sono presenti uno o più transistor che preamplificano il segnale per portarlo ad un livello tale da poter essere utilizzato da altri transistor, denominati finali, i quali alzano ulteriormente il livello di tale segnale che viene poi trasferito ad un diffusore acustico con caratteristiche adeguate alla potenza che l'amplificatore è in grado di erogare; nel caso lo stesso circuito sia realizzato con IC, viene definito col medesimo termine. Gli stadi di ingresso e finale utilizzano configurazioni diverse a seconda della tipologia di amplificazione che si vuole ottenere, le tipologie degli stadi finali sono denominate classi (A, AB, C ecc.).
I transistor e gli IC di potenza dei circuiti finali, lavorando, generano calore ed è per questo motivo che occorre montarli su un dissipatore (generalmente in alluminio) con superficie irradiante proporzionata alla potenza in watt da dissipare, il quale, per convezione, trasferisce all'ambiente il calore prodotto dalle giunzioni dei transistor finali.
Amplificatori operazionali (op-amp)
Gli amplificatori operazionali sono circuiti amplificatori ad altissimo guadagno, oggi realizzati sotto forma di circuito integrato, i quali utilizzano una retroazione esterna per il controllo della funzione di trasferimento. Nel caso ideale, la funzione di trasferimento è esclusivamente determinata dalla rete esterna. Sullo stesso die di silicio possono essere realizzati anche 4 operazionali identici, racchiusi nello stesso contenitore (package in inglese), per esempio il TL084. Nel caso siano realizzati in contenitore DIP (Dual In-line Package), la potenza dissipabile è molto modesta, circa 500 mW per il µA741/LM741, ma non mancano dispositivi per potenze anche molto superiori (LM3886 o LM3875).
In merito all'impiego degli operazionali nell'amplificazione audio, prima dell'avvento dell'Hi-end, le migliori prestazioni si ottenevano impiegando componenti discreti (transistor). Oggi, i migliori apparecchi in commercio adottano soluzioni di ingegnerizzazione del circuito amplificatore volte a impedire la conoscenza della componentistica adottata con il circuito racchiuso in un monoblocco di resina dal quale fuoriescono solo i terminali di collegamento, perciò non è possibile conoscerne la componentistica né valutare il circuito; l'unico dato che il costruttore fornisce è la sigla o il codice relativo al componente custom, necessari in caso di sostituzione, pertanto non è possibile sapere se i migliori amplificatori in commercio adottino operazionali. Si potrebbe presumere che in qualche caso se ne faccia uso, data la presenza sul mercato di amplificatori che impiegano circuiti integrati; è il caso del costruttore statunitense Jeff Rowland, il quale ha in listino un apparecchio i cui stadi finali impiegano operazionali di potenza collegati a ponte; lo stadio preamplificatore è però customizzato, pertanto inaccessibile ad un'analisi.
Amplificatori integrati
Al fine di agevolare i progettisti di apparecchiature elettroniche, i produttori di circuiti integrati pongono in commercio dispositivi amplificatori da loro stessi progettati per tutte le frequenze, dal campo audio alle microonde. Il loro impiego ha molti vantaggi: avendo dimensioni molto più compatte di un analogo circuito a componenti discreti, permette al progettista di ridurre le dimensioni dell'intera apparecchiatura; inoltre, essendo realizzati su un unico chip, l'affidabilità nel tempo risulta molto elevata e agevola il progettista in termini di spese e di tempo nel portare a termine il proprio progetto. Il contenitore può essere metallico, ceramico o plastico e può avere dimensioni standard o meno.
Power pack Concettualmente simili agli integrati, si differenziano per la tipologia di costruzione e per la maggior complessità circuitale. Sono composti da più chip, resistori e condensatori assemblati su una piastrina di ceramica e collegati insieme a formare il circuito, il tutto racchiuso in un contenitore ermetico da cui fuoriescono solo i reofori (o pin) per il montaggio sul circuito stampato. Sono disponibili con potenze anche di centinaia di watt e alcuni incorporano anche il dissipatore di calore.
Amplificatori ibridi
Si definivano ibride anche alcune topologie circuitali adottate negli anni '60, in cui il transistor e la valvola termoionica coesistevano nello stesso circuito.
Amplificatori con finale a transistor e la valvola (di solito una) dedicata alla preamplificazione, detti "ibridi", sono tuttora prodotti da marchi noti quali Sheng-Ya, Xindak, Lector, Audio Analogue, Yaquin, Opera Consonance, solo per citarne alcuni.
Amplificatori per Shaker Sono amplificatori molto particolari, di grande potenza (molti kilowatt) realizzati da pochi produttori specializzati, usati dalle grandi aziende per testare, in fase di progetto, il comportamento dei loro manufatti alle sollecitazioni meccaniche cui saranno sottoposti durante il loro uso. Tipici esempi sono verificare l'entrata in risonanza di qualche componente di una lavastoviglie o della plancia di un'autovettura. Il sistema è costituito da un oscillatore sinusoidale con frequenza variabile da zero a qualche kiloHertz, il quale pilota l'amplificatore a cui è collegato lo shaker. Questo è costruito concettualmente come un altoparlante, la cui membrana è costituita da una robusta tavola metallica predisposta a ricevere, tramite fissaggio solidale con essa, il manufatto da sottoporre al test. Ovviamente il dimensionamento delle parti meccaniche è in rapporto con le energie in gioco: la membrana deve sostenere masse in vibrazione di decine di chilogrammi, la bobina è raffreddata con un flusso d'aria forzata, le batterie di transistor degli stadi finali sono fissati su barre cave in alluminio contenenti acqua in circolo per il raffreddamento, il pavimento che ospita lo shaker è realizzato su specifiche del costruttore. Negli anni '70, la società Olivetti ne impiegava uno di produzione tedesca per testare i suoi prodotti, installato al piano interrato dello stabilimento I.C.O di Ivrea.
Altri amplificatori Amplificatori meccanici sono i servomeccanismi utilizzati nei veicoli per diminuire lo sforzo richiesto ad azionare freno e sterzo. Relè e contattori (o teleruttori) possono essere considerati amplificatori, anche se la loro funzione di trasferimento non è lineare.
L'amplificatore magnetico è un tipo di trasformatore che utilizza alcune proprietà non lineari del nucleo generando amplificazione tramite la sua saturazione.
Esistono amplificatori di corrente continua, generalmente usati per l'azionamento di motori elettrici.
Altra tipologia meno diffusa, ma di recente introduzione, è il cosiddetto amplificatore a pompa di fase: mediante un complesso circuito di retroazione, si compensa positivamente la caduta di tensione nella giunzione dei transistor finali minimizzando la distorsione armonica ed incrementando il rendimento complessivo.
Amplificatori audio
Audiofrequenza Qualsiasi suono può essere convertito in segnali elettrici variabili mediante i dispositivi di volta in volta più indicati. Tali segnali rappresentano più o meno fedelmente la forma d'onda del suono convertito e sono detti ad audiofrequenza o anche a bassa frequenza e devono essere amplificati quando è richiesto che pilotino un altoparlante o un sistema di altoparlanti. La banda audio nominale è formata dalle frequenze che vanno dai 20 ai .
Guadagno
Un amplificatore, per mezzo di componenti attivi, amplifica il segnale in entrata di un fattore X, rendendolo disponibile in uscita con una tensione e/o una corrente disponibile maggiori che all'ingresso. Nel dettaglio, i componenti attivi sono ad es. le valvole, i transistor, i transistor a effetto di campo (FET e MOSFET), circuiti integrati.