Amplificatore: classi di funzionamento

26 novembre 2016

 

 

Amplificatore in Classe A:

Si tratta di un amplificatore dove i dispositivi di uscita sono attraversati da tutta la corrente disponibile anche quando lo stimolo è nullo. La distorsione di passaggio per lo zero è assente. L’efficienza massima teorica è pari al 50%.

Possono essere realizzati con valvole o dispositivi allo stato solido. Con o senza retroazione. A causa dell’elevato consumo energetico e della forte produzione di calore sono in genere limitati a potenze inferiori a 100 Watt di potenza

 

Amplificatore in Classe A dinamica (brevetto Unison Research):

nella classe AB convenzionale, quando il segnale raggiunge una certa ampiezza, i dispositivi finali di un ramo (positivo o negativo secondo il caso) si spengono (interdizione) e l'amplificatore passa al funzionamento in classe B. Questo implica una continua commutazione accenso_spento dei dispositivi finali. Nella classe A i dispositivi finali sono sempre accesi e non ci sono commutazioni ma questo costa in termini di efficienza e di riscaldamento termico. Nella classe A dinamica i finali funzionano analogamente alla classe AB ma non vengono mai spenti (non ci sono commutazioni) ottenendo un funzionamento prossimo alla classe A ma con l'efficienza ed il riscaldamento prossimi alla classe AB. In sostanza i finali passano da uno stato di conduzione "piena" ad uno stato di conduzione "minima" restando comunque in conduzione (sempre accesi). Un opportuno circuito di controllo (brevettato) regola la polarizzazione in questo senso. La classe A dinamica è una classe AB senza commutazioni di conseguenza viene a mancare una delle cause della distorsione degli stadi in classe AB (non c'è discontinuità della caratteristica statica di trasferimento).

 

Amplificatore in Classe AB:

Si tratta di un amplificatore con stadio di uscita in push-pull polarizzato in modo che, per piccoli segnali, funziona in classe A e per grandi segnali in classe B.  È più efficiente di una classe A pura. In genere richiede retroazione per linearizzare la caratteristica di trasferimento (perché c’è comunque una commutazione).

 

Amplificatore in Classe AB1:

Amplificatori a valvole in classe AB per indicare che non c'è passaggio di corrente di griglia.

 

Amplificatore in Classe AB2:

Amplificatori a valvole in classe AB per indicare il passaggio di corrente di griglia, cioè la griglia lavora anche per tensioni positive (rispetto al catodo).

 

Amplificatore in Classe B:

Si tratta di un amplificatore con stadio di uscita in push-pull polarizzato in modo che, per segnali di ampiezza prossima a zero, i dispositivi di uscita sono interdetti.   Questo però avviene solo con carico resistivo puro. Con carico reattivo il punto di commutazione si sposta su valori di tensione diversi.

Le misure elettroniche si basano su questo assunto: un sistema, con caratteristica di trasferimento lineare nell’intorno dello zero, eccitato da stimoli abbastanza piccoli si comporta in modo lineare (per piccoli segnali). In sostanza, per piccoli segnali, la distorsione è trascurabile.

Gli amplificatori in classe B presentano tassi di distorsione particolarmente elevati proprio per piccoli segnali.

Ne segue che, a rigore, non solo un amplificatore in classe B non è un dispositivo lineare ma che non può essere valutato con i normali criteri applicabili ai sistemi lineari per piccoli segnali su carichi resistivi.

Ergo: prima si annulla la distorsione di incrocio. Eliminare la distorsione di incrocio è un pre-requisito per poter classificare un dispositivo lineare per piccoli segnali. Gli amplificatori in classe B sono il contrario di quello che serve in HiFi. Si può credere di eliminare la distorsione di incrocio applicando un elevato tasso di retroazione negativa. Il tentativo è lecito ma potrebbe comportare una produzione eccessiva di distorsione di intermodulazione dinamica. 

 

Amplificatore di classe C

Amplifica una semionda del segnale, l'angolo di conduzione è minore di 180°. Con questa tecnica si realizzano amplificatori destinati all'uso in alta frequenza. Adatto per amplificare singoli toni sinusoidali (es. sinusoide fornita da un oscillatore). L'efficienza teorica rasenta il 100%, anche se i valori effettivi sono compresi tra il 70% e il 90%.

 

Amplificatore in Classe D (in commutazione):  Si tratta di dispositivi a commutazione caratterizzati da elevata efficienza (fino a 94%). Alcuni sono di buona qualità e possono essere impiegati anche per l’HiFi .  Quasi tutti gli amplificatori in classe D presentano una forte dipendenza della risposta in frequenza rispetto alla variazione dell’impedenza del carico (con variazione di parecchi dB già a partire da 2kHz). Tali dispositivi si comportano come amplificatori di tensione soltanto a bassa frequenza e sono particolarmente adatti per amplificare i sub-woofer.

L’impiego dell’amplificatore in classe D costringe ad una ulteriore conversione A/D e D/A. Sarebbe auspicabile una catena di riproduzione completamente digitale con un unico convertitore D/A nell’ultimo stadio di amplificazione. In teoria le trasformazioni digitali (numeriche) non introducono distorsione se non per sovramodulazione. Ciò no significa che la conversione sia esente da difetti.

Amplificatore in Classe E (in commutazione): 

Amplificatore switching ad alta efficienza per radio frequenza, brevettato nel 1976..

 

Amplificatore in Classe G: L’alimentazione degli stadi finali viene comandata dal segnale di ingresso (bassa con segnali “piccoli” alta con segnali “grandi”=. L’efficienza teorica  è dell’85.9%. Anche in questo caso c’è il problema delle commutazioni.

 

Amplificatore in Classe S:

 equivalente di Classe D

 

Amplificatore in Classe H: La classe H nasce con lo scopo di ridurre la dissipazione di potenza sui transistor finali rispetto ad uno stadio in classe AB.  Uno stadio in classe H è costituito da un amplificatore in classe aB e due amplificatori in classe C per aumentare la tensione di alimentazione tra due livelli (alto e basso). La tensione alta viene attivata in presenza dei picci di segnale. Passato il picco, lo stadio torna ad operare con la tensione VL.

Il vantaggio è evidente con programmi musicali caratterizzati da fattori di cresta elevati  (15÷20 dB). Pertanto, a pari potenza di picco, uno stadio in classe H si troverà a lavorare per la maggior parte del tempo con una tensione molto più bassa rispetto ad uno stadio equivalente in classe AB. La potenza dissipata da uno stadio in classe H è inferiore rispetto alla classe AB. Durante la commutazione tra le due tensioni d’alimentazione si genera distorsione (maggiore rispetto la classe AB).

 

Amplificatore in Classe T

Marchio registrato da TriPath Company. È un amplificatore in classe D che si distingue per il modulatore PWM, che utilizza un algoritmo proprietario che riduce la distorsione. Un esempio è il T-Amp.

 

 

Amplificatore in Classe Z

Marchio registrato da Zetex Company. È un amplificatore digitale con un circuito di controreazione digitale.