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Classes d'amplificateur: A, B, AB, C, D, etc.

Classes d'amplificateur: A, B, AB, C, D, etc.

Les amplificateurs reçoivent une classification en fonction de la manière dont ils sont polarisés et de leur fonctionnement.

Les classes d'amplificateurs, y compris la classe A, la classe B, la classe AB, la classe C et autres, sont largement utilisées lorsqu'il s'agit de spécifications d'amplificateur et de leur conception.

La classe d'un amplificateur est choisie pour répondre aux exigences globales. Différentes classes d'amplificateurs fournissent des caractéristiques différentes, permettant à l'amplificateur de fonctionner d'une manière particulière et également avec un niveau d'efficacité.

Vue d'ensemble des classes d'amplificateurs

Les différentes classes d'amplificateurs fournissent des caractéristiques de performance différentes. Ceux-ci rendent les différents types de classe d'amplificateurs adaptés à différentes situations. Un tableau récapitulatif de leurs différentes caractéristiques est présenté ci-dessous.


Désignations des classes d'amplificateurs et résumé des performances
Classe d'amplificateurLa descriptionAngle de conduction θ
Classe AConduction sur tout 360 ° du cycleθ = 2π
Classe BLa conduction se produit sur la moitié du cycle, c'est-à-dire pour 180 °θ = π
Classe ABLa conduction se produit pendant un peu plus de la moitié du cycle, soit un peu plus de 360 ​​°θ <θ <2π
Classe CLa conduction se produit pendant moins de 180 ° du cycle, mais cela crée une distorsionθ <π
Classes D à TCes classes d'amplificateurs utilisent des techniques de commutation non linéaires pour améliorer l'efficacité.N / A

Amplificateurs de classe A

Un amplificateur de classe A est polarisé de sorte qu'il conduit sur tout le cycle de la forme d'onde. Il conduit tout le temps, même pour de très petits signaux, ou en l'absence de signal.

L'amplificateur de classe A est intrinsèquement la forme d'amplificateur la plus linéaire, et il est généralement polarisé pour garantir que la sortie de l'appareil lui-même, avant qu'elle ne soit passée à travers un condensateur de couplage ou un transformateur, soit à la moitié de la tension du rail, permettant des excursions de tension également. de chaque côté de ce point central. Cela signifie que le plus grand signal peut être accueilli avant qu'il n'atteigne le rail de tension supérieur ou inférieur.

Normalement, un amplificateur de classe A commencera à devenir non linéaire lorsque le signal s'approche de l'un ou l'autre des rails de tension, de sorte que le fonctionnement est normalement tenu à l'écart de cette situation.

Pour que l'amplificateur fonctionne correctement dans ses conditions de classe A, le courant d'absence de signal dans l'étage de sortie doit être égal ou supérieur au courant de charge maximal pour le pic de tout signal.

Comme le dispositif de sortie est toujours conducteur, ce courant représente une perte de puissance dans l'amplificateur. En fait, l'efficacité théorique maximale qu'un ampli de classe A peut atteindre est de 50% d'efficacité avec un couplage de sortie inductif ou de seulement 25% avec un couplage capacitif. Dans la pratique, les chiffres réels obtenus sont bien inférieurs à cela pour diverses raisons, notamment les pertes de circuit et le fait que les formes d'onde ne restent normalement pas à leurs valeurs maximales, là où les niveaux d'efficacité maximaux sont atteints.

En conséquence, l'amplificateur de classe A fournit une sortie linéaire avec la distorsion la plus faible, mais il a également le niveau d'efficacité le plus bas.

Amplificateurs de classe B

Un amplificateur de classe B est polarisé de sorte qu'il conduit plus de la moitié de la forme d'onde. En utilisant deux amplificateurs, chacun conduisant notre moitié de la forme d'onde, le signal complet peut être couvert.

Pour ce faire, deux dispositifs actifs sont utilisés et la forme d'onde d'entrée est divisée de sorte qu'un dispositif actif conduit pendant la moitié d'un cycle d'entrée, l'autre pendant l'autre moitié. Les deux moitiés sont additionnées à la sortie de l'amplificateur pour reconstruire la forme d'onde complète.

Parfois, les amplificateurs de classe B sont appelés «push-pull», car les sorties des appareils actifs ont une relation de phase de 180 °. Cependant, ce terme est moins utilisé de nos jours - il avait tendance à être très courant lorsque des tubes à vide / vannes thermo-ioniques étaient utilisés et ces dernières années, le terme est tombé en désuétude.

L'efficacité est beaucoup plus élevée, mais l'amplificateur de classe B souffre de ce qu'on appelle la distorsion croisée, où une moitié de l'amplificateur s'éteint et l'autre entre en jeu. Cela résulte de non-non-linéarités qui se produisent à proximité du point de commutation où un appareil est en marche et l'autre s'éteint. Ce point est notoirement non linéaire, et la distorsion est particulièrement perceptible pour les signaux de bas niveau où la section non linéaire de la courbe représente une partie beaucoup plus grande du signal global.

Bien que l'efficacité théorique maximale d'un amplificateur de classe B soit de 78,5%, les niveaux d'efficacité typiques sont bien inférieurs.

Amplificateurs de classe AB

Comme on pouvait s'y attendre, un amplificateur de classe AB se situe entre la classe A et la classe B.Il cherche à surmonter la distorsion croisée en allumant légèrement les transistors afin qu'ils conduisent pendant un peu plus de la moitié du cycle et que les deux appareils se chevauchent d'un petit montant pendant la phase de mise en marche / arrêt, surmontant ainsi la distorsion de croisement.

Cette approche signifie que l'amplificateur sacrifie une certaine quantité d'efficacité potentielle pour une meilleure linéarité - il y a une transition beaucoup plus douce au point de croisement du signal de sortie. De cette manière, les amplificateurs de classe AB sacrifient une partie de l'efficacité pour réduire la distorsion. En conséquence, la classe AB est une bien meilleure option lorsqu'un compromis entre efficacité et linéarité est nécessaire.

Classes AB1 et AB2
Les vannes thermioniques ou les tubes à vide étaient largement utilisés pour les amplificateurs linéaires audio et RF haute puissance. Pour réduire les coûts, le poids et la consommation d'énergie, les amplificateurs ont été utilisés dans la classe AB, et deux sous-classes d'amplificateurs ont souvent été mentionnées: les classes AB1 et AB2. Ces sous-classes sont applicables uniquement à la technologie thermo-ionique ou à tube à vide car elles se réfèrent à la manière dont la grille a été polarisée:

  • Classe AB1: La classe AB1 est l'endroit où le réseau est polarisé plus négativement que dans la classe A. Dans la classe AB1, la vanne est polarisée de sorte qu'aucun courant de réseau ne circule. Cette classe d'amplificateur donne également une distorsion inférieure à celle de la classe AB2.
  • Classe AB2: La classe AB2 est l'endroit où la grille est souvent polarisée plus négativement que dans AB1, la taille du signal d'entrée est également souvent plus grande. Dans cette classe, le courant du réseau circule pendant une partie du demi-cycle d'entrée positif. Il est normal que le point de polarisation du réseau de classe AB2 soit plus proche de la coupure que dans la classe AB1, et la classe AB2 donne une plus grande puissance de sortie.

Amplificateurs de classe C

Un amplificateur de classe C est polarisé de sorte qu'il conduit sur beaucoup moins d'un demi-cycle. Cela donne lieu à des niveaux de distorsion très élevés, mais permet également d'atteindre des niveaux de rendement très élevés. Ce type d'amplificateur peut être utilisé pour les amplificateurs RF qui transportent un signal sans modulation d'amplitude - il peut être utilisé pour la modulation de fréquence sans problème. Les harmoniques créées par l'amplificateur fonctionnant effectivement en saturation peuvent être supprimées par des filtres sur la sortie. Ces amplificateurs ne sont pas utilisés pour les applications audio compte tenu du niveau de distorsion.

Les amplificateurs de classe C utilisent généralement un seul appareil actif qui est bien polarisé dans sa région hors tension. Au fur et à mesure que le signal est appliqué, les pics supérieurs du signal provoquent la mise en conduction du dispositif, mais évidemment pour une petite partie seulement de chaque cycle de forme d'onde d'entrée.

En sortie, le circuit utilise un circuit résonnant L-C à Q élevé. Ce circuit efficace sonne après avoir été frappé par chaque impulsion de sorte que la sortie contienne une approximation d'une onde sinusoïdale. Un filtrage est nécessaire sur la sortie pour s'assurer que le niveau d'harmonique est suffisamment bas.

En règle générale, l'angle de conduction du transistor est nettement inférieur à 180 ° - souvent autour de la région de 90 °. Les niveaux de rendement peuvent atteindre 80%, mais des valeurs de 66% sont plus normales lorsque les pertes de circuit, etc. sont prises en compte.

Classes d'amplificateur D à T

Il existe une variété de classes d'amplificateurs différentes qui ont tendance à être basées sur des techniques de commutation plutôt que sur des approches analogiques.

  • Amplificateur de classe D: Un amplificateur audio de classe D utilise une technologie de commutation au sein de l'amplificateur. Comme les périphériques de sortie sont allumés ou éteints, les amplificateurs de classe D peuvent théoriquement atteindre des niveaux d'efficacité de 100%. En réalité, les niveaux réels atteints sont moindres, mais néanmoins les niveaux d'efficacité atteints sont bien plus élevés que les autres classes analogiques.

    L'un des premiers amplificateurs de classe D à usage audio a été introduit par Sinclair au Royaume-Uni vers 1964. Bien que le concept soit bon en théorie, l'amplificateur ne fonctionnait pas particulièrement bien et, lorsqu'il fonctionnait, l'amplificateur avait tendance à provoquer de grandes quantités d'interférences. aux postes de radio et de télévision locaux car les précautions CEM n'étaient normalement pas appliquées à l'équipement à ce moment.

  • Amplificateur de classe G: La classe G est une forme d'amplificateur qui utilise plusieurs alimentations plutôt qu'une seule alimentation. Pour les signaux de bas niveau, une alimentation basse tension est utilisée, mais à mesure que le niveau du signal augmente, une alimentation haute tension est utilisée. Ceci est progressivement mis en action jusqu'à la pleine puissance de sortie nominale selon les besoins. Cela donne une conception très efficace car une puissance supplémentaire n'est utilisée que lorsqu'elle est réellement nécessaire. Le changement à la fois d'une alimentation en tension plus élevée peut être obtenu sans nuire à la fidélité du signal de sortie. De cette manière, l'amplificateur est capable de fournir à la fois de faibles niveaux de distorsion, tout en offrant également des niveaux d'efficacité élevés. Cette approche peut être complexe à concevoir à partir de zéro, mais si elle est correctement conçue, elle peut bien fonctionner. Heureusement, la difficulté de conception peut être réduite si l'un des nombreux circuits intégrés audio utilisant la classe G est utilisé.

De nos jours, de très nombreuses classes opérationnelles d'amplificateurs sont disponibles pour le concepteur. La technologie moderne du silicium a ouvert beaucoup plus de portes, mais malgré cela, les trois classes d'amplificateurs de base de classe, classe B et classe C, avec le dérivé Classe AB qui est un croisement entre les classes A et B sont toujours les plus largement utilisées.


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