Quelle est la différence entre la classe A, la classe B et la classe D?

Quelle est la différence entre la classe A, la classe B et la classe D?

Quelle est la différence entre la classe A, la classe B et la classe D?
Si vous avez suivi la technologie de l'amplificateur de puissance pendant un certain temps, vous aurez remarqué la mention de «classe», comme Classe A, Classe AB, etc., Ces termes ne se réfèrent pas à la qualité, mais au paramètre de fonctionnement de la sortie section. La plupart des étages de sortie d'amplificateur de puissance fonctionnent dans une configuration push-pull, où l'alimentation est fournie par deux blocs d'alimentation de chaque côté de la terre, ou à zéro volt. (Il y en a qui ne le font pas, mais ils sont relativement non linéaires et n'ont pas besoin d'être considérés ici).
Classe B
Fonctionnant en push-pull, les transistors de sortie partagent la charge et sont théoriquement tenus de ne fonctionner que lorsque le signal s'éloigne de la terre, dans le sens positif ou négatif. Si les transistors sont complètement désactivés à la sortie zéro et ne commencent à conduire que lorsque le signal est présent, cela est défini comme un fonctionnement de classe B. C'est une manière efficace de faire fonctionner la sortie, et l'amplificateur fonctionne à froid sans signal, mais il y a un inconvénient; Les dispositifs de sortie ont toujours un certain temps de latence dans leur fonctionnement, et ainsi il apparaît une petite zone morte mais potentiellement gênante, appelée "distorsion de croisement", au point zéro. Bien que cette non-linéarité de croisement n'ajoute pas nécessairement de grandes quantités aux nombres de distorsion (0,05% est probablement typique), il est facile d'entendre.
Classe AB
Heureusement, la distorsion de croisement peut être réduite à des proportions négligeables par le simple expédient de faire fonctionner les transistors de sortie "polarisés" légèrement "en marche" au repos, de sorte qu'ils commencent à conduire avant que la sortie ne passe par le point zéro. Lorsqu'un amplificateur exécute ce mécanisme de sortie polarisé, il est appelé "Classe AB". Des quantités modérées de polarisation sont tout ce qui est nécessaire, et comme il ne produit qu'un peu de chaleur, ce type d'ampli est toujours raisonnablement efficace. La distorsion croisée a un certain nombre de façons de faire apparaître sa vilaine petite tête, cependant, même s'il y a une bonne quantité de polarisation présente, l'ingénierie de ce type d'amplificateur doit donc être très exigeante et précise pour donner la distorsion la plus basse à toutes les fréquences. . Si cela est fait correctement, cependant, il n'y a pas de type d'amplificateur plus précis ou à faible distorsion disponible; 0,01% est typique et 0,001% est réalisable.
Classe A
Certains ingénieurs préfèrent ne pas avoir à faire face à la possibilité de distorsion de croisement dans leurs conceptions, et ils choisissent un autre système de polarisation, appelé «Classe A», où les transistors de sortie sont tellement polarisés qu'ils conduisent continuellement plus que le courant à pleine charge , même au ralenti. Ainsi, ils ne s'allument ou ne s'éteignent jamais, évitant théoriquement la distorsion croisée.
Malheureusement, ce système d'exploitation présente des inconvénients évidents (et d'autres pas si évidents). Faire fonctionner autant de courant génère une énorme quantité de chaleur, de sorte que l'amplificateur n'est pas seulement inefficace, il est grand et coûteux, en raison des énormes mécanismes de dissipation de chaleur nécessaires. Cela réchauffe par conséquent toute la pièce en tant qu'effet secondaire. (Bien en hiver, mais rappelez-vous que le chauffage électrique est le type le plus cher qui soit).

Un inconvénient pas si évident des conceptions de classe A est que ce courant de ralenti élevé a des conséquences sur les niveaux de distorsion bien au-delà de l'élimination théorique des artefacts de croisement, (ce qui même en soi est discutable). Les transistors ont de nombreux types de mécanismes de distorsion, parmi lesquels des écarts par rapport à la linéarité dans des conditions de haute tension et de courant élevés simultanés. Ce sont, bien sûr, les paramètres exacts nécessaires au fonctionnement en classe A, et un amplificateur de classe A typique exécute des niveaux de distorsion au moins 10 fois, et souvent plus de 100 fois, aussi élevés qu'un amplificateur de classe AB de puissance similaire, soit environ 0,1%. . Une inspection minutieuse du spectre de distorsion révèle également que toutes les harmoniques sont augmentées, y compris celles représentées par la distorsion de croisement à laquelle l'opération de classe A visait en premier lieu!
Classe D
Dans l'autre sens, la classe D offre un rendement élevé grâce à une approche très différente du fonctionnement en sortie. La classe D, souvent considérée à tort comme une «amplification numérique», est en fait un système analogique qui fait varier la largeur du rapport cyclique haut / bas d'une fréquence porteuse carrée. L'amplificateur passe toujours des tensions négatives aux tensions positives et inversement, mais le fait en continu, à une fréquence élevée de peut-être 500 kHz. Le temps qu'il passe à un extrême ou à l'autre est proportionnel au lieu, ou à la relation tension-temps exacte, du signal souhaité à ce moment.

Étant donné que les périphériques de sortie passent presque tout leur temps à allumer ou à éteindre complètement (zones de dissipation minimale absolue), le rendement est très élevé, de 80 à 90%. Ainsi, ces amplificateurs produisent très peu de chaleur, et n'ont pas besoin d'être aussi lourds ou aussi gros que les amplificateurs classiques de classe AB (sans parler des monstres de classe A)! Il y a naturellement aussi des inconvénients. La classe D, par définition, utilise de très gros signaux RF et doit être blindée et bien filtrée pour éviter les interférences et les sorties endommageant les haut-parleurs. Cela nuit à son tour à la linéarité globale, tout en augmentant le coût, ce n'est donc pas une technologie peu coûteuse. La distorsion globale est généralement comparable à l'amplification de classe A; bon mais pas génial, à environ 0,1% environ. Si l'efficacité est votre exigence, c'est la voie à suivre.