Amplificateur

Amplificateur électronique est un dispositif pour augmenter la puissance et / ou l'amplitude d'un signaux. Elle le fait en prenant le pouvoir à partir d'un l'alimentation électrique et commande de la sortie pour correspondre à la forme du signal d'entrée, mais avec une plus grande amplitude. En ce sens, un amplificateur peut être considérée comme la modulation de la sortie de l'alimentation électrique.

Un tube à vide amplificateur Salut-Fi.

Tension, courant, et l'amplification de puissance

Amplificateurs peuvent être spécifiées en fonction de leurs propriétés d'entrée et de sortie. Ils ont une sorte de gain, ce est à dire un facteur entre le signal de sortie et d'entrée. Le gain peut être spécifié comme "tension de sortie tension / d'entrée", "la tension de sortie / puissance d'entrée» ou toute autre combinaison de courant, la tension et la puissance.

Dans la plupart des cas, un amplificateur doit être linéaire, ce est le gain doit être constante pour toute combinaison d'entrée et le signal de sortie. Si le gain ne est pas linéaire, par exemple par clipsage du signal de sortie à la limite de ses capacités, le signal de sortie est déformée.

Classification des stades et des systèmes amplificateurs

Il existe de nombreux autres classifications qui traitent différents aspects de conceptions d'amplificateurs, et ils expriment tous un certain point de vue particulier concernant les paramètres de conception aux objectifs du circuit. la conception de l'amplificateur est toujours un compromis de nombreux facteurs, tels que le coût, la consommation d'énergie, des imperfections de l'appareil dans le monde réel, et une multitude de spécifications de performance. Voici plusieurs approches différentes pour la classification:

Les variables d'entrée et de sortie

Les quatre types de sources à charge; variable de contrôle sur la gauche, variable de sortie à droite

Amplificateurs électroniques utilisent deux variables: courant et tension. Soit peut être utilisé comme entrée, et soit en sortie menant à quatre types d'amplificateur. Dans une forme idéalisée, ils sont représentés par chacun des quatre types de sources utilisées dans l'analyse dépend linéaire, comme représenté sur la figure, à savoir:

Chaque type d'amplificateur dans sa forme idéale possède une entrée idéale et la résistance de sortie qui est la même que celle de la source dépendant correspondant:

En pratique, les impédances idéales ne sont estimés. Pour tout circuit particulier, une analyse petit signal est souvent utilisé pour trouver l'impédance effectivement atteint. Un faible signal de courant d'essai AC I _x est appliquée au noeud d'entrée ou de sortie, toutes les sources externes sont mises à zéro et le V _x de tension alternative correspondant à travers la source de courant de test détermine l'impédance vue à ce noeud en tant que R = V _x / I _x.

Amplificateurs conçus pour se brancher à un Ligne de transmission à l'entrée et / ou sortie, en particulier amplificateurs RF, ne rentrent pas dans cette approche de classification. Plutôt que de traiter de tension ou de courant individuellement, ils idéalement couple avec une entrée et / ou de l'impédance de sortie adaptée à l'impédance de ligne de transmission, ce est-à rapports de tension à courant de correspondance. De nombreux amplificateurs RF réelle se rapprochent de cet idéal. Bien que, pour une source appropriée donné et impédance de charge, amplificateurs RF peuvent être caractérisées comme amplifier tension ou de courant, ils fondamentalement amplifient pouvoir.

Borne commune

Un ensemble de classifications des amplificateurs qui sont basées sur le dispositif terminal est commun à la fois à l'entrée et le circuit de sortie. Dans le cas de des transistors bipolaires à jonction, les trois classes sont émetteur commun, base commune, et collecteur commun. Pour des transistors à effet de champ, les configurations correspondantes sont source commune, grille commune, et drain commun; pour les appareils à vide triode, cathode commune, grille commune, et de la plaque commune.

Unilatérale ou bilatérale

Lorsque l'amplificateur a une sortie qui ne présente pas de rétroaction à son côté d'entrée, il est appelé unilatérale. Une conséquence est l'amplificateur a une impédance d'entrée qui est indépendante de la charge fixée à l'amplificateur, et une impédance de sortie qui est indépendante de la source de signal de commande de l'amplificateur.

Le cas inverse est l'amplificateur bilatéral, où la rétroaction relie la sortie au côté entrée de l'amplificateur. Cette rétroaction est souvent délibérée, par exemple rétroaction négative est souvent utilisé pour adapter le comportement de l'amplificateur. Cependant, au moins aussi souvent, la rétroaction est à la fois souhaitable et inévitable; présenter, par exemple, par des éléments parasites tels que des capacités inhérentes, indésirables dans les transistors de ce couple d'entrée à la sortie. Dans tous les cas, un amplificateur bilatéral a une impédance d'entrée qui dépend de la charge fixée à l'amplificateur, et une impédance de sortie qui dépend de la source d'entraînement de l'amplificateur.

Amplificateurs unilatérales et bilatérales linéaires peuvent être représentés par biportes. La plupart des amplificateurs sont bilatérale à un certain degré, mais ils peuvent souvent être modélisés comme unilatérale, sous certaines conditions d'exploitation afin de simplifier l'analyse (voir le article de la base commune pour un exemple).

Inverseur ou non inverseur

Une autre manière de classer ampères est la relation de phase du signal d'entrée au signal de sortie. Un amplificateur inverseur produit une sortie 180 degrés hors de phase avec le signal d'entrée (ce est une image miroir d'inversion ou de l'entrée comme on le voit sur une oscilloscope). Un amplificateur non inverseur maintient la phase de la forme d'onde de signal d'entrée. Une émetteur-suiveur est un type d'amplificateur non-inverseur, ce qui indique que le signal à l'émetteur d'un transistor ne suit (ce est, correspondant à un gain unitaire, mais peut-être un décalage), le signal d'entrée.

Cette description peut se appliquer à un seul étage d'un amplificateur, ou à un système d'amplificateur complet.

Fonction

D'autres amplificateurs peuvent être classés selon leurs caractéristiques de fonction ou de sortie. Ces descriptions fonctionnelles se appliquent habituellement à compléter les systèmes d'amplification ou sous-systèmes et rarement à des étapes individuelles.

• Un amplificateur d'asservissement indique une intégré la boucle de retour pour contrôler activement la sortie à un niveau désiré. Un DC servo indique une utilisation à des fréquences à des niveaux DC, où les fluctuations rapides d'un signal audio ou RF ne se produisent pas. Ceux-ci sont souvent utilisés dans les actionneurs mécaniques ou des dispositifs tels que Moteurs à courant continu qui doivent maintenir une vitesse constante ou couple. Un ampli de servo AC peut le faire pour certains moteurs à courant alternatif.

• Amplificateur linéaire répond à différentes composantes de fréquence de façon indépendante, et ne génère pas de distorsion harmonique ou la distorsion d'intermodulation. Un amplificateur non linéaire génère des distorsions.

• Amplificateur à large bande a un facteur d'amplification précis sur une large plage de fréquences, et est souvent utilisée pour renforcer des signaux de relais dans des systèmes de communication. Un ampli à bande étroite est fait pour amplifier seulement une gamme étroite de fréquences spécifique, à l'exclusion d'autres fréquences.

• Un amplificateur radiofréquence se réfère à un amplificateur conçu pour une utilisation dans la fréquence radio de la gamme spectre électromagnétique, et est souvent utilisé pour augmenter la sensibilité d'un la puissance de sortie d'un récepteur ou émetteur.

• Un amplificateur audio est conçu pour une utilisation dans la reproduction les fréquences audio. Cette catégorie se subdivise en petite amplification du signal, et les amplificateurs de puissance qui sont optimisés pour une conduite haut-parleurs, parfois avec plusieurs ampères regroupés comme des canaux séparés ou pontables pour accueillir différentes exigences en matière de reproduction audio.

• Un type spécial de l'amplificateur est largement utilisé dans les instruments et le traitement du signal, parmi beaucoup d'autres utilisations variées. Ils sont connus comme amplificateurs opérationnels, (ou op-ampères). Ce est parce que ce type d'amplificateur est utilisé dans les circuits qui remplissent des fonctions mathématiques ou algorithmiques "opérations" sur les signaux d'entrée pour obtenir des types spécifiques de signaux de sortie. Un amplificateur opérationnel typique a des entrées différentielles (une "d'inversion", une "non-inverseuse" par rapport à la sortie) et une sortie. Un amplificateur opérationnel idéalisée présente les caractéristiques suivantes:
  • Impédance d'entrée infinie (afin de ne pas charger un circuit d'échantillonnage comme il est une entrée de commande)
  • Impédance de sortie zéro
  • Infini de gain
  • Zéro délai de propagation

La performance d'un ampli-op avec ces caractéristiques serait entièrement définie par les (généralement passive) composants formant une boucle de rétroaction négative autour d'elle, à savoir l'amplificateur lui-même n'a pas d'effet sur la sortie.

Aujourd'hui, op-ampères sont généralement fournis sous forme de circuits intégrés, plutôt que construits à partir de composants discrets. Tous le monde réel op-ampères en deçà de la spécification idéalisé ci-dessus - mais certains composants modernes ont des performances remarquables et se approcher à certains égards.

Méthode de couplage Interstage

Les amplificateurs sont parfois classés par le procédé de couplage du signal à l'entrée, de sortie, ou entre les étapes. Différents types de ces derniers incluent:

• RC couplé amplificateur, en utilisant un réseau de résistances et condensateurs. De par sa conception de ces amplificateurs ne peuvent pas amplifier les signaux DC que les condensateurs bloquent la composante continue du signal d'entrée. Amplificateurs RC couplés ont été utilisés très souvent dans les circuits avec tubes à vide ou transistors discrets. Dans les jours du circuit intégré un peu plus de transistors sur une puce sont beaucoup moins cher et plus petit qu'un condensateur.
• LC couplé amplificateur, en utilisant un réseau d'inductances et de condensateurs. Ce type de l'amplificateur est le plus souvent utilisé dans les circuits de radiofréquence sélectives.
• Transformer couplé amplificateur, en utilisant un transformateur pour correspondre impédances ou de découpler parties des circuits. Très souvent, LC-couplés et amplificateurs de transformateur couplé ne peuvent être distingués comme un transformateur est une sorte de self.
• Amplificateur couplé direct, en utilisant aucun impédance et les préjugés composants correspondant. Cette classe de l'amplificateur était très rare dans les jours de tubes à vide lorsque l'anode (sortie) tension était à quelques 100 V plus et la grille (entrée) à une tension moins quelques tensions. Donc, ils ne ont été utilisés que si le gain a été spécifié jusqu'à DC, par exemple dans un oscilloscope. Ces jours développeurs ont du mal à utiliser des amplificateurs direcly couplés chaque fois que possible.

Voir aussi: Amplificateurs à plusieurs étages.

Gamme de fréquences

En fonction de la gamme de fréquences et d'autres propriétés des amplificateurs sont conçus selon des principes différents.

• Les gammes de fréquences jusqu'à DC ne sont utilisés que lorsque cette propriété est nécessaire. DC amplification conduit à des complications spécifiques qui sont évités si possible.
• Selon la plage de fréquence spécifiée différents principes de conception doit être utilisé. Jusqu'à la plage MHz seulement propriétés "discrets" doivent être considérées, par exemple un terminal a une impédance d'entrée.
• Dès que toute connexion dans le circuit obtient plus de peut-être 1% de la longueur d'onde de la fréquence la plus élevée spécifiée (par exemple 3 m à 100 MHz) propriétés de conception radicalement changer. Par exemple, une longueur déterminée et une largeur de Trace PCB peut être utilisé comme une entité ou sélectif d'adaptation d'impédance.
• Au-dessus de quelques 100 MHz, il devient difficile d'utiliser des éléments discrets, en particulier les inducteurs. Dans la plupart des cas, des traces de PCB de formes très près definded sont utilisés à la place.

Type de charge

• Untuned - (a) audio (b) vidéo
• Tuned (Ampère RF) - utilisées pour amplifier une fréquence radio unique ou de la bande de fréquences

Exécution

Amplificateurs sont mis en œuvre en utilisant des éléments actifs de différents types:

• Les premiers éléments actifs sont des relais. Ils étaient par exemple utilisé dans les lignes télégraphiques trans-continentales: un faible courant a été utilisé pour commuter la tension d'une batterie à la ligne sortante.
• Jusque dans les années 1960, la plupart des amplificateurs utilisés tubes à vide ("soupapes" au Royaume-Uni). Aujourd'hui tubes ne sont généralement utilisés pour de très haute énergie, des amplificateurs de haute fréquence pour les applications audio spécialisés, dans quel domaine ils ont récemment obtenu une nouvelle popularité. De nombreux émetteurs de radiodiffusion utilisent encore des tubes à vide. En outre, leur imperméabilité aux dommages flash électromagnétique peut avoir mené à leur rétention dans certains contextes de la défense.
• Dans les années 1960, le transistor a repris, permettant par exemple la radio de transistor. Ces jours transistors "discrets" sont encore utilisés dans les amplificateurs de haute puissance et périphériques audio spécialisés.
• Dès les années 1970 transistors de plus en plus ont été connectés sur une seule puce créant ainsi le circuit intégré . Presque tous les amplificateurs disponibles dans le commerce aujourd'hui sont basées sur des circuits intégrés.

Aux fins exotiques autres éléments actifs ont été utilisés. Par exemple, dans les premiers jours du satellite de communication amplificateurs paramétriques "ont été utilisés. Le circuit de base était une diode dont la capacité a été modifié par un signal RF créé localement. Sous certaines conditions, cette RF signal fourni l'énergie qui a été modulé par le signal satellite extrêmement faible reçu à la station terrienne. Le principe de fonctionnement de un amplificateur paramétrique est un peu similaire au principe selon lequel les enfants gardent leurs balançoires en mouvement: Tant que le swing se déplace il vous suffit de modifier un "paramètre" de l'entité oscillant, par exemple, vous devez déplacer votre centre de gravité haut et en bas. Dans notre cas, la capacité de la diode est changée périodiquement.

classes d'amplificateurs de puissance

Angle de l'angle de flux ou de la conduction

circuits amplificateurs de puissance (stades de sortie) sont classées A, B, AB et C pour conceptions analogiques et des classes D et E pour commuter conceptions basées sur l'angle de conduction ou «angle de flux» Θ du signal d'entrée par l'intermédiaire du dispositif d'amplification, ce est la partie du cycle du signal d'entrée au cours de laquelle le dispositif d'amplification conduit. L'image de l'angle de conduction est dérivé d'amplification d'un signal sinodial. (Si l'appareil est toujours activé, Θ = 360 °). L'angle de conduction est étroitement liée à l'amplificateur l'efficacité de l'alimentation. Les différentes classes sont introduites ci-dessous, suivi d'une discussion plus détaillée dans les rubriques individuelles plus tard.

Catégorie A

100% du signal d'entrée est utilisé (angle de conduction Θ = 360 ° ou 2π, ce est à dire l'élément actif fonctionne dans sa gamme linéaire tout le temps). Lorsque l'efficacité ne est pas une considération, la plupart des amplificateurs de petits signaux linéaires sont réalisés sous forme de classe A , ce qui signifie que les dispositifs de sortie sont toujours dans la zone de conduction. Amplificateurs de classe A sont généralement plus linéaire et moins complexe que les autres types, mais sont très inefficaces. Ce type d'amplificateur est le plus couramment utilisé dans les stades petits signaux ou pour des applications de faible puissance (tels que des casques de conduire).

Classe B

50% du signal d'entrée est utilisé (Θ = 180 ° ou π, ce est à dire l'élément actif fonctionne dans sa moitié linéaire de gamme de l'époque et est plus ou moins éteint pour l'autre moitié). Dans la plupart de catégorie B , il ya deux périphériques de sortie (ou ensembles de dispositifs de sortie), dont chacun effectue en alternance (push-pull) pendant exactement 180 degrés (ou demi-cycle) du signal d'entrée; amplificateurs RF sélectifs peuvent aussi être mises en œuvre en utilisant un seul élément actif.

Ces amplificateurs sont soumis à la distorsion de croisement si le transfert d'un élément actif à l'autre ne est pas parfait, comme lorsque deux transistors gratuits (ce est à dire une PNP, une NPN) sont connectés comme deux émetteurs-suiveurs avec leurs base et d'émetteur terminaux en commun, exigeant la tension de base à tua dans la région où les deux appareils sont hors tension.

Classe AB

Voici les deux éléments actifs effectuent plus de la moitié du temps comme un moyen de réduire les distorsions de croisement des amplificateurs de classe B. Dans l'exemple des émetteurs suiveurs complémentaires d'un réseau de polarisation permet plus ou moins de courant de repos fournissant ainsi un point de fonctionnement quelque part entre classe A et classe B. Parfois, un chiffre est ajouté, par exemple AB1 ou AB2, avec des chiffres plus élevés impliquant un courant plus élevé de repos et donc plusieurs des propriétés de la classe A.

Classe D

Ce utilisation de commutation pour atteindre une efficacité de puissance très élevée (plus de 90% dans les designs modernes). En permettant à chaque dispositif de sortie pour être soit entièrement sous ou hors tension, les pertes sont minimisées. La sortie analogique est créée par modulation de largeur d'impulsion, ce est à dire l'élément actif est activé pour des intervalles plus courts ou plus au lieu de modifier sa résistance. Il existe des régimes de commutation plus complexes comme sigma-delta modulation, pour améliorer certains aspects de la performance comme des distorsions inférieurs ou une meilleure efficacité.

D'autres classes

Il existe plusieurs autres classes d'amplificateurs, bien qu'ils soient essentiellement des variations des classes précédentes. Par exemple, la classe B et de la classe G des amplificateurs sont marqués par variation des rails d'alimentation (en pas discrets ou de façon continue, respectivement) qui suit le signal d'entrée. Chaleur perdue sur les périphériques de sortie peut être réduite que l'excès de tension est maintenue à un minimum. L'amplificateur qui est alimentée avec ces rails lui-même peut être de ne importe quelle catégorie. Ces types d'amplificateurs sont plus complexes, et sont principalement utilisés pour des applications spécialisées, telles que mêmes unités de forte puissance. Aussi, Classe E et Classe F amplificateurs sont généralement décrits dans la littérature pour les applications de radiofréquences où l'efficacité des classes traditionnelles diverge sensiblement de leurs valeurs idéales. Ces classes utilisent tuning harmonique de leurs réseaux de sortie pour atteindre une plus grande efficacité et peuvent être considérés comme un sous-ensemble de la classe C en raison de leurs caractéristiques d'angle de conduction.

Plus de détails sur les différentes classes est fourni ci-dessous.

Catégorie A

Dispositifs amplificateurs de classe A fonctionnent sur l'ensemble du cycle d'entrée de telle sorte que le signal de sortie est une réplique exacte mise à l'échelle en place de l'entrée sans écrêtage. Amplificateurs de classe A sont les moyens habituels de la mise en œuvre des amplificateurs petits signaux. Ils ne sont pas très efficaces; un maximum théorique de 50% peut être obtenu avec un couplage inductif de sortie et seulement 25% avec couplage capacitif.

Dans un circuit de classe A, l'élément d'amplification est polarisé de sorte que le dispositif est toujours conduit dans une certaine mesure, et est utilisé sur la partie la plus linéaire de sa courbe caractéristique (connu sous son transférer caractéristique ou courbe de transconductance). Comme le dispositif est toujours conducteur, même se il n'y a pas d'entrée du tout, le pouvoir est établi pour l'alimentation. Ce est la principale raison de son inefficacité.

Amplificateur de classe A

Si de fortes puissances de sortie sont nécessaires à partir d'un circuit de Classe A, les déchets de puissance (et la chaleur d'accompagnement) ne seront sensibles. Pour chaque watt livré au charge, l'amplificateur lui-même, au mieux, une autre dissiper watts. Pour les grandes puissances. cela signifie très grandes et coûteuses alimentations et dissipation thermique. Conceptions de classe A ont été largement remplacée par audio amplificateurs de puissance, même si certains audiophiles estiment que la classe A offre la meilleure qualité de son, parce qu'elle est exploitée de manière aussi linéaire que possible, ce qui fournit un petit marché pour coûteux haute fidélité Ampère classe A. En outre, certains amateurs préfèrent Tube électronique (ou «tube») conçoit la place de transistors, pour plusieurs raisons réclamés:

Tubes sont plus communément utilisés dans les conceptions de classe A, qui ont une asymétrique fonction de transfert. Cela signifie que la distorsion d'un onde sinusoïdale crée à la fois impaire et paire numérotée harmoniques. La réclamation est que cela sonne plus "musical" que le niveau plus élevé de harmoniques impaires produites par un amplificateur push-pull symétrique. Bien que la bonne conception de l'amplificateur peut réduire les motifs de distorsion harmonique à presque rien, la distorsion est essentiel pour le son de amplificateurs de guitare électrique, par exemple, et sont détenus par l'enregistrement des ingénieurs pour offrir microphones plus flatteuses et d'améliorer la technologie numérique "clinique de résonance".

Vannes utilisent beaucoup plus les électrons à la fois d'un transistor, et les effets afin statistiques conduisent à un rapprochement "lisse" de la vraie forme d'onde - voir tir bruit pour plus de détails. transistors à effet de champ de jonction (JFET) ont des caractéristiques similaires à vannes, donc on les trouve le plus souvent dans les amplificateurs de haute qualité que des transistors bipolaires. Historiquement, les amplificateurs de soupape souvent utilisés de classe A amplificateur de puissance tout simplement parce que les vannes sont grandes et coûteuses; de nombreux modèles de classe A ne utiliser qu'un seul appareil.

Transistors sont beaucoup moins cher, et ainsi de plus élaboré des modèles qui donnent une plus grande efficacité, mais utilisent plusieurs parties sont encore rentable. Une application classique pour une paire de dispositifs de classe A est la paire à longue queue, qui est exceptionnellement linéaire, et constitue la base de beaucoup de circuits plus complexes, y compris de nombreux amplificateurs audio et presque tous op-ampères. Des amplificateurs de classe A sont souvent utilisés dans les étages de sortie de op-ampères; ils sont parfois utilisés comme de moyenne puissance, à faible efficacité, et les amplificateurs audio à coût élevé. La consommation d'énergie est sans rapport avec la puissance de sortie. Au ralenti (pas d'entrée), la consommation d'énergie est essentiellement le même au niveau de sortie élevé. Il en résulte une faible efficacité et une dissipation de la chaleur.

Classe B et AB

Amplificateurs de classe B ne amplifient moitié du cycle d'onde d'entrée. Comme tels, ils créent une grande quantité de distorsion, mais leur efficacité est grandement améliorée et est beaucoup mieux que la classe A. Classe B a un rendement théorique maximum de 78,5% (ce est à dire, π / 4). Ce est parce que l'élément d'amplification est commuté éteint complètement la moitié du temps, et donc ne peut pas dissiper la puissance. Un élément de la classe unique de B est rarement trouvé dans la pratique, mais il peut être utilisé dans Amplificateur de puissance RF où les niveaux de distorsion sont moins importants. Cependant Classe C est plus couramment utilisé pour cela.

Classe B Amplificateur

Un circuit pratique en utilisant des éléments de catégorie B est la paire complémentaire ou arrangement "push-pull". Ici, les dispositifs complémentaires ou quasi-complémentaire sont utilisés pour amplifier chacun des moitiés opposées du signal d'entrée, qui est ensuite recombinée en sortie. Cette disposition donne un excellent rendement, mais peut souffrir de l'inconvénient qu'il existe un mésappariement à la petite "joint" entre les deux moitiés du signal. Cela se appelle Distorsion de croisement. Une amélioration est de polariser les dispositifs de sorte qu'ils ne sont pas complètement éteint quand ils ne sont pas en cours d'utilisation. Cette approche est appelée fonctionnement en classe AB.

En fonctionnement en classe AB, chaque dispositif fonctionne de la même manière que dans la classe B sur la moitié de la forme d'onde, mais effectue également une petite quantité de l'autre moitié. En conséquence, la région où les deux appareils sont presque simultanément hors tension (la "zone morte") est réduite. Le résultat est que, lorsque les signaux provenant des deux dispositifs sont combinés, la liaison est grandement minimisé ou éliminé complètement.

Classe AB sacrifie une certaine efficacité sur la classe B en faveur de la linéarité, de sorte sera toujours moins efficace (ci-dessous 78,5%). Elle est typiquement beaucoup plus efficace que la classe A.

Classe B amplificateur push-pull

Classe B ou AB circuits push-pull sont type de construction le plus répandu dans les amplificateurs de puissance audio. Classe AB est largement considéré comme un bon compromis pour les amplificateurs audio, puisque la plupart du temps la musique est assez calme que le signal reste dans la région "classe A", où il est amplifié avec une bonne fidélité, et par définition se passer de cette région, est assez grand pour que les produits de distorsion typiques de la classe B sont relativement faibles. La distorsion de croisement peut être encore réduit en utilisant la rétroaction négative. Classe B et AB amplificateurs sont parfois utilisés pour RF amplificateurs linéaires ainsi. Amplificateurs de classe B sont également favorisés dans les dispositifs fonctionnant sur batterie, tels que radios à transistors.

Numérique de classe B

Un limitée puissance amplificateur de classe B avec un rail d'alimentation unipolaire de 10% de 5V.

Classe C

Effectuer des amplificateurs de classe C de moins de 50% du signal d'entrée et la distorsion à la sortie est élevée, mais des rendements élevés (jusqu'à 90%) sont possibles. Certaines applications (par exemple, mégaphones) peut tolérer la distorsion. Une application beaucoup plus commun pour amplificateurs de Classe C est en RF émetteurs, où la déformation peut être considérablement réduite en utilisant des charges d'écoute sur l'étage amplificateur. Le signal d'entrée est utilisé pour basculer plus ou moins le dispositif d'amplification et désactiver, ce qui provoque des impulsions de courant à travers un circuit accordé.

L'ampli Classe C dispose de 2 modes de fonctionnement: à l'écoute, et non accordés. Le schéma ci-dessous montre une forme d'onde d'un circuit simple de classe C sans la charge à l'écoute. Cette opération est appelée non accordé, et l'analyse des formes d'onde montre la distorsion massive qui apparaît dans le signal. Lorsque la charge appropriée (par exemple, un filtre LC pur) est utilisé, deux choses se produisent. La première est que le niveau de polarisation de la sortie est "bloqué", de sorte que la variation de sortie est centrée à la moitié de la tension d'alimentation. Ce est pourquoi l'opération Tuned est parfois appelé un "serrage". Cette action d'élévation de niveau de polarisation permet à la forme d'onde à être restauré à sa forme adéquate, permettant une forme d'onde complète pour être rétablie en dépit d'avoir seulement un approvisionnement d'un polarité. Ce est directement liée à la deuxième phénomène: la forme d'onde de la fréquence centrale devient beaucoup moins déformé. La distorsion qui est présent dépend de la bande passante de la charge à l'écoute, à la fréquence centrale car très peu de distorsion, mais une plus grande atténuation la plus éloignée de la fréquence d'accord qui reçoit le signal.

Le circuit accordé ne résonner à des fréquences particulières, et donc les fréquences indésirables sont considérablement supprimé, et le signal pleine voulu (sinusoïdal) sera extrait par la charge à l'écoute ( par exemple, une cloche de haute qualité va sonner à une fréquence particulière quand elle est frappée périodiquement avec un marteau). Pourvu que le transmetteur ne est pas nécessaire pour faire fonctionner sur une très large bande de fréquences, ce dispositif fonctionne très bien. Autres harmoniques résiduelles peuvent être éliminées à l'aide d'un filtre.

Classe C amplificateur

Classe D

Les amplificateurs de classe D sont beaucoup plus efficaces que les amplificateurs de puissance de classe AB. En tant que tel, amplificateurs de classe D ne ont pas besoin de grands transformateurs et radiateurs lourds, ce qui signifie qu'ils sont plus petits et plus légers que d'un amplificateur de classe AB équivalent. Tous les appareils électriques dans un amplificateur de classe D sont exploités en mode on / off. Les étages de sortie tels que ceux utilisés dans générateurs d'impulsions sont des exemples de amplificateurs de classe D. Le terme se applique généralement à des dispositifs destinés à reproduire des signaux avec une largeur de bande nettement inférieure à la fréquence de commutation.

Ces amplificateurs utilisent Pulse Width Modulation, modulation de densité d'impulsions (parfois appelée fréquence de modulation par impulsions codées) ou forme plus avancée de modulation tels que Modulation delta-sigma (par exemple, dans le Analog Devices AD1990 classe D amplificateur de puissance audio).

Le signal d'entrée est converti en une séquence d'impulsions dont la valeur moyenne est directement proportionnelle à l'amplitude instantanée du signal. La fréquence des impulsions est typiquement dix fois ou plus la fréquence la plus élevée d'intérêt dans le signal d'entrée. La sortie d'un tel amplificateur contient des composantes spectrales indésirables (ce est-à la fréquence d'impulsion et son harmoniques) qui doit être éliminée par un passive filtre. Le signal résultant est filtré puis une réplique amplifiée de l'entrée.

Le principal avantage d'un amplificateur de classe D est l'efficacité de l'alimentation. Du fait que les impulsions de sortie ont une amplitude fixe, les éléments de commutation (habituellement MOSFETs, mais vannes et transistors bipolaires étaient autrefois utilisés) sont commutés soit allumé ou éteint, plutôt que de fonctionner en mode linéaire. Cela signifie que très peu d'énergie est dissipée par les transistors, sauf pendant le très court laps de temps entre la marche et en arrêt états. La perte d'énergie est faible parce que la puissance instantanée dissipée dans le transistor est le produit de la tension et du courant, et l'un ou l'autre est presque toujours proche de zéro. Les pertes plus faibles autorisent l'utilisation d'un plus petit dissipateur de chaleur tandis que le exigences d'alimentation sont atténués aussi.

Amplificateurs de classe D peut être contrôlée soit par analogique ou des circuits numériques. La commande numérique supplémentaire introduit une distorsion appelée erreur de quantification provoquée par sa conversion du signal d'entrée en une valeur numérique.

Amplificateurs de classe D ont été largement utilisés pour commander moteurs, et presque exclusivement pour les petits moteurs à courant continu, mais ils sont maintenant également utilisés comme amplificateurs audio, avec certains circuits supplémentaires pour permettre analogique à convertir en un signal modulé beaucoup plus élevé de largeur d'impulsion de fréquence. La relative difficulté de parvenir à une bonne qualité audio signifie que presque tous sont utilisés dans des applications où la qualité ne est pas un facteur, comme à prix modique systèmes bibliothèque audio et «DVD-récepteurs" à la mi-prix des systèmes de cinéma maison.

Amplificateurs audio de classe D de haute qualité sont maintenant, cependant, commencent à apparaître sur le marché:

• Tripath ont appelé leur classe révisé D conçoit classe T.
• Le système de classe D ICEPower de Bang et Olufsen a été utilisé dans la gamme Alpine PDX et la gamme de PRS de Pioneer et certains pour l'équipement d'autres fabricants.

Ces dessins ont été révisés dit rivaliser bons amplificateurs traditionnels AB en termes de qualité.

Avant ces conceptions de qualité supérieure existait une utilisation plus précoce des amplificateurs de classe D et de la zone prolifique de demande a été forte puissance, amplificateurs de subwoofer dans les voitures. Parce caissons sont généralement limités à une largeur de bande ne dépassant pas 150 Hz, la vitesse de commutation de l'amplificateur n'a pas besoin d'être aussi élevée que pour un amplificateur large bande. L'inconvénient avec des conceptions de classe D étant utilisé pour subwoofers de puissance, ce est que leurs filtres de sortie (typiquement des inductances qui convertissent le signal de largeur d'impulsion de nouveau dans une forme d'onde analogique) abaissent le facteur d'amortissement de l'amplificateur.

Cela signifie que l'amplificateur ne peut pas empêcher la nature réactive du subwoofer de réduire l'impact des sons graves (comme expliqué dans la partie de rétroaction de la section de classe AB). Amplificateurs de classe D pour conduire subwoofers sont relativement peu coûteux, en comparaison à des amplificateurs de classe AB. A 1000 watts de classe D amplificateur subwoofer qui peut fonctionner à environ 80% à 95% d'efficacité coûte environ $ 250 USD, beaucoup moins que un amplificateur de classe AB de ce pouvoir, ce qui coûterait plusieurs milliers de dollars.

La lettre D utilisé pour désigner cette classe de l'amplificateur est tout simplement la prochaine lettre après C, et ne représente pas numérique. Classe D et Classe E amplificateurs sont parfois à tort décrits comme «numérique» parce que la forme d'onde de sortie ressemble superficiellement à un train d'impulsions de symboles numériques, mais un amplificateur de classe D convertit simplement une forme d'onde d'entrée en une permanence largeur d'impulsion modulée (carré ondes) signal analogique. (Une forme d'onde numérique serait modulation par impulsions codées.)

classes de spécialités

Classe E

La classe E / F amplificateur est un amplificateur de puissance de commutation est performant, généralement utilisé à des fréquences aussi élevées que le temps de commutation est comparable au temps de garde. Comme indiqué dans l'amplificateur de classe D du transistor est relié par l'intermédiaire d'un convertisseur série LC-circuit de la charge, et relié par l'intermédiaire d'un grand L (inductance) à la tension d'alimentation. La tension d'alimentation est connectée à la masse par un grand condensateur pour empêcher toute fuite de signaux RF dans l'alimentation. L'amplificateur de classe E ajoute un C entre le transistor et la masse et utilise une L ₁ défini pour la connexion à la tension d'alimentation.

Classe E Amplificateur

La description qui suit ne tient pas compte courant continu, qui peut être ajouté par la suite facilement. Le C (C1 sur la figure) et L mentionné ci-dessus sont en effet un circuit LC parallèle à la terre. Lorsque le transistor est allumé, il pousse à travers le circuit LC série à la charge et un certain courant commence à se écouler vers le circuit LC parallèle à la masse. Puis le circuit LC série oscille et compense le courant dans le circuit LC parallèle. A ce stade, le courant traversant le transistor est égale à zéro et il est éteint. Les deux circuits LC sont maintenant remplis d'énergie dans le C et le L _0. L'ensemble du circuit une oscillation atténuée.L'amortissement de la charge a été réglée de manière que, quelque temps plus tard, l'énergie de la Ls a disparu dans la charge, mais l'énergie dans les deux C₀pics à la valeur d'origine, à son tour, à rétablir la tension d'origine, de sorte que la tension aux bornes de la transistor est égale à zéro à nouveau et il peut être mis sous tension.

Avec la charge, la fréquence, et le rapport cyclique (0,5) en tant que paramètres donnés et la contrainte que la tension est non seulement restaurée, mais des pics à la tension d'origine, les quatre paramètres (L, L ₀ , C, C ₀ ) sont déterminés. La classe F-amplificateur prend le fini sur la résistance en compte et tente de faire toucher le fond courant à zéro. Cela signifie que la tension et le courant au transistor sont symétriques par rapport au temps. Le transformée de Fourier permet une formulation élégant pour générer les LC-réseaux complexes. Il dit que la première harmonique est passé dans la charge, toutes les harmoniques paires sont court-circuitées et toutes les harmoniques impaires supérieur sont ouverts.

De catégorie F et les harmoniques pairs

Dans push-pull et amplificateurs dans le CMOS les harmoniques paires de deux transistors tout annuler. Expérience dit que une onde carrée peut être généré par ces amplificateurs et les mathématiques dit que des ondes carrées ne sont constitués d'harmoniques impaires seulement. Dans un amplificateur de classe D les blocs filtrants de sortie tous les harmoniques, ce qui signifie les harmoniques voient une charge ouverte. Ainsi, même dans les petits courants harmoniques suffisent pour générer une onde carrée de tension. Le courant est en phase avec la tension appliquée au filtre, mais la tension aux bornes des transistors est en opposition de phase. Par conséquent, il existe un chevauchement minimal entre le courant traversant les transistors et la tension aux bornes des transistors. La plus nette des bords plus le chevauchement.

Alors que la classe D voit les transistors et la charge que deux modules distincts de la classe F admet imperfections comme les parasites du transistor et tente d'optimiser le système mondial d'avoir une impédance élevée aux harmoniques. Bien sûr, il doit y avoir une tension finie à travers le transistor de pousser le courant à travers le sur la résistance de l'Etat. Parce que le courant combiné à travers les deux transistors est surtout dans la première harmonique il ressemble à un sinus. Cela signifie que dans le milieu de la place le maximum de courant doit circuler, donc il peut être judicieux d'avoir un plongeon dans la place ou en d'autres termes pour permettre à certains cours oscillation de la tension onde carrée. Un réseau de charge de classe F, par définition, doit transmettre en dessous d'une fréquence de coupure et pour tenir compte ci-dessus.

Ne importe quelle fréquence située au-dessous du coupé et ayant son second harmonique au-dessus du large de coupe peut être amplifié, ce est une bande passante d'octave. D'autre part, un circuit série LC avec un grand L et C un paramètre ajustable peut être plus simple à mettre en oeuvre. En réduisant le rapport cyclique au-dessous de 0,5, l'amplitude de sortie peut être modulée. La forme d'onde carrée de tension va se dégrader, mais toute surchauffe est compensée par la puissance globale inférieure qui coule. Toute disparité de la charge derrière le filtre ne peut agir que sur la première onde de courant harmonique, clairement qu'une charge purement résistive est logique, alors le plus la résistance du courant le plus élevé.

Classe F peut être entraîné par sinus ou par une onde carrée, pour une condition sine l'entrée peut être réglé par un L pour augmenter le gain. Si la classe F est mis en œuvre avec un seul transistor le filtre est compliqué à court harmoniques pairs. Tous les modèles précédents utilisent des arêtes vives afin de minimiser le chevauchement. Classe E utilise une quantité importante de deuxième tension harmonique. La seconde harmonique peut être utilisé pour réduire le chevauchement avec des bords finis avec netteté. Pour que cela fonctionne énergie sur la seconde harmonique doit découler de la charge dans le transistor, et aucune source pour cela est visible sur le schéma de circuit. En réalité, l'impédance est surtout réactif et la seule raison pour cela est que la classe E est un amplificateur de classe F avec un réseau de charge très simplifiée et doit faire face aux imperfections ainsi.

Dans de nombreux amateurs de simulations de classe E amplificateurs bords tranchants actuels sont supposés détruire la motivation même de la classe E et les mesures à proximité de la fréquence de transit des transistors montrer des courbes très symétriques, qui ressemblent beaucoup semblable à des simulations de classe F. L'amplificateur de classe E a été inventé en 1972 par Nathan O. Sokal et Alan D. Sokal, et les détails ont d'abord été publié en 1975. Certains rapports antérieurs sur cette classe d'exploitation ont été publiés en russe.

Classe G et H

Démonstration de l'efficacité théorique de la classe G amplificateur part1

Démonstration de l'efficacité théorique de la classe G amplificateur part2

Il existe une variété de conceptions amplificateur ce couple un étage de sortie de classe AB avec d'autres techniques plus efficaces pour atteindre une plus grande efficacité et une faible distorsion. Ces dessins sont fréquents dans les grandes amplificateurs audio, par exemple, depuis les dissipateurs thermiques et transformateurs de puissance seraient prohibitifs grande (et coûteux) sans l'augmentation de l'efficacité. Les termes «classe G» et «classe H» sont utilisés indifféremment pour désigner des conceptions différentes, variant dans la définition d'un fabricant ou un papier à l'autre.

Classe G amplificateurs sont une version plus efficace de classe AB amplificateurs, qui utilisent "commutation de rail" pour diminuer la consommation d'énergie et augmenter l'efficacité. L'amplificateur comporte plusieurs rails d'alimentation à différentes tensions, et commute entre des rails comme le signal de sortie se rapproche de chacun. Ainsi l'amplificateur augmente l'efficacité en réduisant la puissance perdue dans les transistors de sortie.

Un amplificateur de classe H prend l'idée de classe G créer un peu plus loin un nombre infini de rails d'alimentation. Cela se fait en modulant les rails d'alimentation de sorte que les rails ne reste plus que quelques volts plus grand que le signal de sortie à un moment donné. L'étage de sortie fonctionne à son efficacité maximale tout le temps. Alimentations à découpage peuvent être utilisés pour créer les rails de suivi. Des gains d'efficacité significatifs peuvent être réalisés mais avec l'inconvénient de la conception de l'offre plus compliqué et les performances de THD réduite.

Efficacité classe H Les classes peuvent être plus facilement compris en utilisant les diagrammes dans chaque section ci-dessous. Par souci d'illustration, un transistor bipolaire est présenté comme le dispositif d'amplification, mais dans la pratique, cela pourrait être un dispositif de tube MOSFET ou sous vide. Dans un amplificateur analogique (le type le plus courant), le signal est appliqué à la borne de l'appareil (base, de grille ou grille) d'entrée, ce qui provoque un entraînement de sortie proportionnel au courant de circuler de la borne de sortie. Le courant d'attaque de sortie provient de l'alimentation électrique.

Le signal de tension est donc montré une version agrandie de l'entrée, mais il a été changé de signe (inversé) par l'amplification. D'autres arrangements de dispositif d'amplification sont possibles, mais que, compte tenu (qui est, émetteur commun, source commune ou cathode commune ) est le plus facile à comprendre et à utiliser dans la pratique. Si l'élément d'amplification est linéaire, alors la sortie sera copie fidèle de l'entrée, seulement plus grand et inversée. Dans la pratique, les transistors ne sont pas linéaires, et la sortie se rapproche de la seule entrée. non-linéarité de l'un des plusieurs sources est l'origine de la distorsion dans un amplificateur. Quelle classe de l'amplificateur (A, B, AB ou C) dépend de la façon dont le dispositif d'amplification est biaisé - dans les diagrammes les circuits de polarisation sont omis pour plus de clarté.

Toute véritable amplificateur est une réalisation imparfaite d'un amplificateur idéal. Une limitation importante d'un véritable amplificateur est que l'on peut générer la sortie est finalement limitée par la puissance disponible à partir de l'alimentation électrique. Un amplificateur va saturer et le clip de la sortie si le signal d'entrée devient trop grand pour l'amplificateur de reproduire ou si les limites opérationnelles d'un appareil sont dépassées.

Amplificateurs Doherty

Une configuration hybride recevoir une nouvelle attention est l'amplificateur Doherty, inventé en 1934 par William H. Doherty pour les Laboratoires Bell (dont la société sœur, la Western Electric, qui était alors un important fabricant d'émetteurs radio). L'amplificateur Doherty se compose d'un bâtiment principal de classe B (ou «transporteur») stade en parallèle avec un auxiliaire de classe C (ou "pic") stade. Le signal d'entrée est divisé de façon égale pour entraîner les deux amplificateurs, et un réseau de combinaison additionne les deux signaux de sortie et corrige les différences de phase entre les deux amplificateurs. Pendant les périodes de faible niveau de signal, l'amplificateur de classe B fonctionne de manière efficace sur le signal et l'amplificateur de classe C est inactif et ne consomme pas d'énergie. Pendant la haute signal de pics les sature amplificateur de classe B et les coups de pied de l'amplificateur classe-C. Le rendement des précédentes conceptions de l'émetteur AM était proportionnelle à la modulation, mais avec une modulation moyenne généralement de 20 pour cent, les émetteurs ont été limitée à moins de 50 pour cent d'efficacité. Dans la conception de Doherty, même avec une modulation de zéro un émetteur pourrait atteindre au moins 60 pour cent d'efficacité.

L'amplificateur Doherty reste en usage dans les émetteurs à très haute puissance AM, mais pour émetteurs AM inférieur de puissance, amplificateurs à tubes à vide en général ont été éclipsées dans les années 1980 par des réseaux d'amplificateurs à semi-conducteurs, qui pourraient être activés et désactivés avec beaucoup granularité plus fine en réponse aux exigences de l'audio d'entrée. Toutefois, l'intérêt pour la configuration Doherty a été relancé par téléphone cellulaire-et Wi-Fi Internet des applications où la somme de plusieurs utilisateurs à enveloppe constante crée un résultat global de AM. Le principal défi de l'amplificateur Doherty pour les modes de transmission numérique est en alignant les deux étapes et d'obtenir l'amplificateur de classe C à allumer et éteindre très rapidement.

D'autres classes

Plusieurs fabricants d'amplificateurs audio ont commencé à "inventer" de nouvelles classes comme un moyen de se différencier. Ces noms de classe habituellement ne reflètent pas toute technique d'amplification révolutionnaire, et sont utilisés principalement à des fins de marketing. Cela peut facilement être déterminée par le fait que le nom de classe est une marque déposée ou copyright. Par exemple, K de la Couronne et I-Tech Series ainsi que plusieurs autres modèles utilisent brevetée de classe I (ou BCA) la technologie de la Couronne. Lab.gruppen utilisent une forme de classe D amplificateur appelé TD de classe ou à chenilles Classe D qui suit la forme d'onde pour l'agrandir plus précisément sans les inconvénients des amplificateurs traditionnels de classe D.

" Classe T "est une marque déposée de la société TriPath, qui fabrique des circuits intégrés d'amplificateurs audio. Cette nouvelle classe" T "est une révision de l'amplificateur de classe D commune, mais avec des changements pour assurer la fidélité sur le spectre audio complet, à la différence des conceptions traditionnelles de classe D. Il fonctionne à des fréquences différentes en fonction de la puissance de sortie, avec des valeurs allant de aussi bas que 200 kHz à 1,2 MHz, en utilisant un modulateur propriétaire.

"Classe Z" est une marque deZetex semi-conducteurs et est une technologie numérique-rétroaction directe.

Circuit amplificateur

Aux fins d'illustration, ce circuit amplificateur pratique est décrite. Il pourrait être la base d'un amplificateur audio modérée puissance. Il dispose d'un (bien que sensiblement simplifié) conception typique que l'on trouve dans les amplificateurs modernes, avec une classe AB étage de sortie push-pull, et utilise une rétroaction négative globale. Transistors bipolaires sont présentés, mais cette conception serait également réalisable avec FET ou des vannes.

Circuit amplificateur pratique

Le signal d'entrée est couplée à travers le condensateur C1 à la base du transistor Q1. Le condensateur permet à l' AC signal de passer, mais bloque la tension continue de polarisation établie par des résistances R1 et R2 de sorte que tout circuit précédent ne soit pas affectée par celle-ci. Q1 et Q2 forment un amplificateur différentiel (un amplificateur qui multiplie la différence entre les deux entrées par une constante), dans un agencement connu en tant que paire différentielle. Cet agencement est utilisé pour permettre l'utilisation pratique de contre-réaction, qui est alimenté à partir de la sortie de Q2 par l'intermédiaire de R7 et R8.

La rétroaction négative dans l'amplificateur de l'amplificateur de différence permet de comparer l'entrée à la sortie réelle. Le signal amplifié à partir de Q1 est alimentée directement à la deuxième étape, Q3, qui est un étage émetteur commun qui prévoit en outre l'amplification du signal et de la polarisation continue pour la étages de sortie, Q4 et Q5. R6 fournit la charge pour Q3 (Une meilleure conception serait probablement utiliser une certaine forme de charge active ici, comme un évier courant constant). Jusqu'à présent, tous de l'amplificateur est fonctionnant en classe A. La paire de sorties sont disposées en Classe AB push-pull, également appelé une paire complémentaire. Ils fournissent la majorité de l'amplification de courant et d'entraînement directement la charge, relié par l'intermédiaire DC-blocage condensateur C2. Le diodes D1 et D2 constituent une petite quantité de polarisation à tension constante pour la paire de sorties, il suffit de les solliciter dans l'état conducteur de sorte que la distorsion de croisement est minimisée. Autrement dit, les diodes pousser l'étage de sortie en mode fermement classe AB (en supposant que la chute de base-émetteur des transistors de sortie est réduit de dissipation de la chaleur).

Cette conception est simple, mais une bonne base pour une conception pratique car il stabilise automatiquement son point de fonctionnement, depuis la rétroaction fonctionne en interne du continu à travers la gamme audio et au-delà. D'autres éléments de circuits seraient probablement trouvés dans un véritable design qui roulerait au large de la réponse en fréquence au-dessus de la gamme nécessaire pour éviter la possibilité d'indésirables oscillation. En outre, l'utilisation de polarisation de la diode fixe comme montré ici peut causer des problèmes si les diodes ne sont pas à la fois électrique et thermique adaptée aux transistors de sortie - si les transistors de sortie tournent trop, ils peuvent facilement surchauffer et détruire eux-mêmes, que la totalité du courant de l'alimentation ne se limite pas à ce stade.

Une solution commune pour aider à stabiliser les dispositifs de sortie est d'inclure quelques résistances d'émetteur, généralement un ohm ou plus. Le calcul des valeurs des résistances et des condensateurs du circuit se fait sur ​​la base des composants employés et de l'utilisation prévue de l'ampli.

Pour les bases d'amplificateurs de fréquence radio à l'aide de vannes, voiramplificateurs RF Valved.