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

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

Se hai seguito la tecnologia degli amplificatori 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 di funzionamento dell'uscita sezione. La maggior parte degli stadi di uscita dell'amplificatore di potenza funziona 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 teoricamente devono funzionare solo quando il segnale si allontana da terra, in direzione positiva o negativa. Se i transistor sono completamente spenti a uscita zero e iniziano a condurre solo quando il segnale è presente, questo è definito come funzionamento di Classe B. Questo è un modo efficiente di utilizzare l'uscita e l'amplificatore si raffredda in assenza di segnale, ma presenta uno svantaggio; I dispositivi di uscita hanno sempre un certo ritardo nel loro funzionamento, e quindi appare una piccola ma potenzialmente fastidiosa zona morta, chiamata "distorsione crossover", al punto zero. Sebbene questa non linearità di crossover non aggiunga necessariamente grandi quantità ai numeri di distorsione (lo 0,05% è probabilmente tipico), è facile sentire.

Classe AB

Fortunatamente, la distorsione del crossover può essere ridotta a proporzioni trascurabili con il semplice espediente di far funzionare i transistor di uscita "leggermente" polarizzati "su" al minimo, in modo che inizino a condurre prima che l'uscita oscilli attraverso il punto zero. Quando un amplificatore esegue questo meccanismo di uscita polarizzato, viene indicato come "Classe AB". Sono sufficienti quantità moderate di bias e poiché produce solo un po 'di calore, questo tipo di amplificatore è ancora ragionevolmente efficiente. La distorsione crossover ha diversi modi per far apparire la sua brutta testolina, tuttavia, anche se è presente una discreta quantità di bias, quindi l'ingegneria di questo tipo di amplificatore deve essere molto precisa 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 una 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 così tanto da condurre continuamente più della corrente a pieno carico , anche al minimo. Pertanto, non si accendono o si spengono mai, in teoria ovviando alla distorsione crossover.

Sfortunatamente, questo sistema operativo presenta alcuni svantaggi evidenti (e altri meno evidenti). L'esecuzione di così tanta corrente genera un'enorme quantità di calore, quindi l'amplificatore non è solo inefficiente, ma è anche grande e costoso, a causa degli enormi meccanismi di dissipazione del calore richiesti. Questo di conseguenza riscalda l'intera stanza come effetto collaterale. (Bello in inverno, ma ricorda che il riscaldamento elettrico è il tipo più costoso che ci sia).

Uno svantaggio non così ovvio con i progetti di classe A è che questa alta corrente al minimo ha conseguenze sui livelli di distorsione ben oltre l'eliminazione teorica degli artefatti di crossover, (che anche di per sé è discutibile). I transistor hanno numerosi tipi di meccanismi di distorsione, tra cui deviazioni dalla linearità in condizioni di alta tensione e alta corrente simultanee. Questi sono, ovviamente, i parametri esatti necessari per il funzionamento in classe A e un tipico amplificatore di classe A esegue livelli di distorsione almeno 10 volte, e spesso oltre 100 volte, alti come un amplificatore di classe AB di potenza simile, o circa lo 0,1% . Un'attenta ispezione dello spettro di distorsione rivela anche che tutte le armoniche sono aumentate, comprese quelle rappresentate dalla distorsione di crossover a cui era mirata in primo luogo l'operazione di classe A!

Classe D

Andando nella direzione opposta, la Classe D offre un'elevata efficienza attraverso un approccio molto diverso al funzionamento dell'uscita. La Classe D, spesso erroneamente concepita come "amplificazione digitale", è in realtà un sistema analogico che varia l'ampiezza del duty-cycle dall'alto verso il basso di una frequenza portante a onda quadra. L'amplificatore passa ancora da tensioni negative a positive e viceversa, ma lo fa continuamente, ad una frequenza elevata di circa 500 kHz. Il tempo che trascorre a un estremo o all'altro è proporzionale al luogo, o alla relazione esatta tensione-tempo, del segnale desiderato in quel momento.

Poiché i dispositivi di uscita trascorrono quasi tutto il loro tempo sia a pieno regime che a pieno regime (aree di dissipazione minima assoluta), l'efficienza è molto elevata, dall'80 al 90%. Pertanto, questi amplificatori producono pochissimo calore e non devono essere pesanti o grandi come i tipici amplificatori di classe AB (per non parlare dei mostri di classe A)! Naturalmente ci sono anche degli svantaggi. 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 ad aumentare il costo, quindi questa non è una tecnologia poco costosa. La distorsione complessiva è solitamente alla pari con l'amplificazione di Classe A; buono ma non eccezionale, intorno allo 0,1% circa. Se l'efficienza è la tua esigenza, però, questa è la strada da percorrere.