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Qual è la differenza tra Classe A, Classe B e Classe D?

Qual è la differenza tra Classe A, Classe B e Classe D?
Aggiornare il Tempo:2019-09-07
Qual è la differenza tra Classe A, Classe B e Classe D?
Se hai seguito la tecnologia dell'amplificatore di potenza per un certo periodo di tempo, avrai notato la menzione di "classe", come Classe A, Classe AB, ecc. Questi termini non si riferiscono alla qualità, ma al parametro operativo dell'uscita sezione. La maggior parte degli stadi di uscita dell'amplificatore di potenza funzionano in una configurazione push-pull, in cui l'alimentazione viene fornita da due alimentatori su entrambi i lati del terreno o zero volt. (Ce ne sono alcuni che non lo fanno, ma sono relativamente non lineari e non devono essere considerati qui).
Classe B
Operando in push-pull, i transistor di uscita condividono il carico e sono teoricamente tenuti a lavorare solo quando il segnale oscilla da terra, in direzione positiva o negativa. Se i transistor sono completamente spenti all'uscita zero e iniziano a condurre solo quando è presente il segnale, questo è definito come funzionamento di Classe B. Questo è un modo efficiente di far funzionare l'uscita, e l'amplificatore funziona freddo senza alcun segnale, ma c'è uno svantaggio; I dispositivi di uscita hanno sempre un certo ritardo nel loro funzionamento e quindi appare una zona morta piccola ma potenzialmente fastidiosa, chiamata "distorsione crossover", nel punto zero. Sebbene questa non linearità crossover non aggiunga necessariamente grandi quantità ai numeri di distorsione, (probabilmente lo 0,05% è tipico), è facile ascoltare.
Classe AB
Fortunatamente, la distorsione crossover può essere ridotta a proporzioni trascurabili dal semplice espediente di far funzionare i transistor di uscita "polarizzati" leggermente "su" al minimo, in modo che inizino a condurre prima che l'output oscilli attraverso il punto zero. Quando un amplificatore esegue questo meccanismo di uscita distorto, viene chiamato "Classe AB". Sono necessarie quantità moderate di distorsione e poiché produce solo un po 'di calore, questo tipo di amplificatore è ancora ragionevolmente efficiente. La distorsione crossover ha un numero di modi per far apparire la sua brutta testolina, tuttavia, anche se è presente una buona dose di bias, quindi l'ingegnerizzazione di questo tipo di amplificatore deve essere molto esigente e precisa per dare la distorsione più bassa a tutte le frequenze . Se eseguito correttamente, tuttavia, non è disponibile un tipo di amplificatore più preciso o con distorsione inferiore; Lo 0,01% è tipico e lo 0,001% è raggiungibile.
Classe A
Alcuni ingegneri preferiscono non avere a che fare con la possibilità di distorsione crossover nei loro progetti e scelgono un altro sistema di polarizzazione, chiamato "Classe A", in cui i transistor di uscita sono polarizzati su così tanto da condurre continuamente più della corrente a pieno carico , anche al minimo. Pertanto, non accendono mai "on" o "off", teoricamente ovviando alla distorsione crossover.
Sfortunatamente, questo sistema operativo presenta alcuni ovvi (e alcuni non così ovvi) svantaggi. Far funzionare tanta corrente genera un'enorme quantità di calore, quindi l'amplificatore non è solo inefficiente, è grande e costoso, a causa degli enormi meccanismi di dissipazione del calore richiesti. Ciò di conseguenza riscalda l'intera stanza come effetto collaterale. (Bello in inverno, ma ricorda che il calore elettrico è il tipo più costoso che ci sia).

Uno svantaggio non così evidente con i progetti di classe A è che questa alta corrente al minimo ha conseguenze sui livelli di distorsione ben oltre l'eliminazione teorica di artefatti crossover (che anche di per sé è discutibile). I transistor hanno numerosi tipi di meccanismi di distorsione, tra cui le deviazioni dalla linearità in condizioni di alta tensione e corrente elevate simultanee. Questi sono, ovviamente, i parametri esatti necessari per il funzionamento di classe A e un tipico amplificatore di classe A esegue livelli di distorsione almeno 10 volte, e spesso oltre 100 volte, alti quanto un amplificatore di classe AB di potenza simile, o circa 0,1% . Un'attenta ispezione dello spettro di distorsione rivela anche che tutte le armoniche sono aumentate, comprese quelle rappresentate dalla distorsione crossover a cui l'operazione di classe A era diretta in primo luogo!
Classe D
Andando nella direzione opposta, la Classe D offre alta efficienza attraverso un approccio molto diverso al funzionamento dell'uscita. La classe D, spesso erroneamente definita come "amplificazione digitale", è in realtà un sistema analogico che varia l'ampiezza del ciclo di lavoro dall'alto verso il basso di una frequenza portante ad onda quadra. L'amplificatore attraversa ancora da tensioni negative a positive e viceversa, ma lo fa continuamente, ad un'alta frequenza di forse 500 kHz. Il tempo che trascorre in un estremo o nell'altro è proporzionale al locus, o esatta relazione tensione-tempo, del segnale desiderato in quel momento.

Poiché i dispositivi di output trascorrono quasi tutto il loro tempo in modalità full-on o full-off (aree con dissipazione minima assoluta), l'efficienza è molto elevata, dall'80 al 90%. Pertanto, questi amplificatori producono pochissimo calore e non devono essere così pesanti o grandi come i tipici amplificatori di classe AB (per non parlare dei mostri di classe A)! Ci sono anche degli svantaggi naturali. La classe D, per definizione, utilizza segnali RF molto grandi e deve essere schermata e ben filtrata per evitare interferenze e uscite dannose per gli altoparlanti. Ciò a sua volta danneggia la linearità complessiva, oltre a un aumento dei costi, pertanto questa non è una tecnologia economica. La distorsione generale è di solito alla pari con l'amplificazione di classe A; buono ma non eccezionale, circa allo 0,1% circa. Se l'efficienza è il tuo requisito, tuttavia, questa è la strada da percorrere.