Cours d'amplificateurs audio

Beaucoup ont sûrement entendu dire que les amplificateurs modernes peuvent appartenir à différentes classes. Cependant, les personnes qui sont loin des systèmes acoustiques et des caractéristiques techniques des équipements de sonorisation peuvent difficilement imaginer ce qui se cache derrière les désignations de lettres.

Dans notre revue, nous parlerons plus en détail des classes d'amplificateurs, de ce qu'elles sont et de la manière de choisir le modèle optimal.

La classe de l'amplificateur est la valeur du signal de sortie à laquelle il est entraîné par le signal d'entrée sinusoïdal dans le circuit fonctionnel pendant un cycle de fonctionnement et change en raison de cette influence. La classification des amplificateurs en classes dépend des paramètres de linéarité du mode utilisé pour amplifier les signaux entrants des catégories avec une précision accrue avec une efficacité plutôt réduite à complètement non linéaire. Dans ce cas, la précision de la reproduction sonore du signal n'est pas si grande, mais l'efficacité est assez élevée. Toutes les autres classes d'amplificateurs sont une sorte de modèles intermédiaires entre ces deux groupes.

Toutes les classes d'amplificateurs peuvent être conditionnellement divisées en deux sous-groupes. Le premier comprend les modèles contrôlés classiques des classes A, B, ainsi que AB et C. Leur catégorie est déterminée par le paramètre de leur conductivité dans une certaine section du signal de sortie. Ainsi, le fonctionnement du transistor intégré à la sortie est situé au milieu entre "off" et "on".

La deuxième catégorie d'appareils comprend des modèles plus modernes, qui sont considérés comme les classes dites de commutation - ce sont les modèles D, E, F, ainsi que G, S, H et T.

Ces amplificateurs utilisent la modulation de largeur d'impulsion ainsi que des circuits numériques pour convertir en continu le signal entre complètement désactivé et complètement activé. En conséquence, il y a une sortie puissante dans la région de saturation.

Nous parlerons plus en détail des différentes classes d'amplificateurs.

Les modèles de classe A sont les plus largement utilisés en raison de leur simplicité de conception. Cela est dû à plusieurs paramètres de distorsion du signal d'entrée et, par conséquent, à la qualité sonore élevée par rapport à toutes les autres catégories d'amplificateurs. Les modèles de cette catégorie se caractérisent par une linéarité élevée par rapport aux autres.

En règle générale, les amplificateurs de classe A utilisent une seule version de transistors dans leur travail. Il est connecté à la configuration d'émetteur de base pour les deux moitiés du signal de sorte que le transistor au germanium le traversera invariablement même s'il n'y a pas de signal de phase. Cela signifie qu'à la sortie, l'étage ne passera pas complètement dans la région de coupure et de saturation du signal. Il a son propre point de décalage approximativement au centre de la ligne de charge. Cette structure conduit au fait que le transistor ne s'active tout simplement pas - ceci est considéré comme l'un de ses inconvénients fondamentaux.

Étant donné que les appareils de classe A sont asymétriques et fonctionnent dans la zone linéaire de toutes les courbes spécifiées, un appareil de sortie passe par 360 degrés, auquel cas l'appareil de catégorie A correspond entièrement à la source de courant.

Comme les amplificateurs de cette catégorie fonctionnent, comme nous l'avons déjà dit, dans la région ultra-linéaire, la polarisation CC doit être réglée correctement. - cela garantira un bon fonctionnement et donnera un flux sonore d'une puissance de 24 watts. Cependant, du fait que le dispositif de sortie est toujours à l'état bloqué, il conduit en permanence du courant, ce qui crée des conditions pour une perte de puissance constante dans toute la structure. Cette caractéristique conduit à la libération d'une grande quantité de chaleur, alors que leur efficacité est plutôt faible - moins de 40%, ce qui les rend peu pratiques lorsqu'il s'agit de certains types de systèmes acoustiques puissants. Outre, en raison de l'augmentation du courant à vide de l'installation, l'alimentation doit avoir les dimensions appropriées et être filtrée autant que possible, sinon le son de l'amplificateur et le bourdonnement des tiers ne peuvent être évités. Ce sont ces lacunes qui ont conduit les fabricants à continuer à travailler sur des amplificateurs dans une catégorie plus efficace.

Les amplificateurs de classe B ont été conçus par les fabricants pour résoudre les problèmes de faible efficacité et de surchauffe associés à la catégorie précédente. Dans leur travail, les modèles de catégorie B utilisent une paire de transistors supplémentaires, généralement bipolaires. Leur différence est que pour les deux moitiés du signal, le front de sortie est construit selon un circuit push-pull, de sorte que chaque dispositif à transistor n'amplifie que la moitié du signal de sortie.

Il n'y a pas de courant de polarisation de niveau CC de base dans les amplificateurs de cette classe, car son courant de repos est nul, donc les paramètres de puissance CC sont généralement petits. En conséquence, son efficacité est bien supérieure à celle des appareils A. En même temps lorsque le signal est positif, le transistor à polarisation positive le pilote, tandis que le négatif reste bloqué. De même, au moment où le signal d'entrée devient négatif, le positif est bloqué et le transistor polarisé négativement, au contraire, est activé et fournit la moitié négative du signal. De ce fait, le transistor, lors de son fonctionnement, ne passe 1/2 cycle que dans l'alternance positive ou négative du signal entrant.

Cette conception push-pull est environ 45 à 60 % plus efficace que les amplificateurs de classe A. Les problèmes avec les modèles de ce type sont qu'ils donnent une distorsion importante au moment du passage du signal audio due à la "zone morte" des transistors dans le couloir des tensions d'entrée avec des valeurs de -0,7 V à +0,7 V .

Comme tout le monde le sait depuis le cours de physique, l'émetteur de base doit fournir une tension d'environ 0,7 V pour que le transistor bipolaire puisse commencer le câblage complet. Tant que cette tension ne dépasse pas ce repère, le transistor de sortie ne passera pas en position passante. Cela signifie que la moitié du signal qui entre dans le couloir de 0,7 V commencera à être reproduit de manière imprécise. Par conséquent, cela rend les appareils de catégorie B pratiquement inadaptés à une utilisation dans des installations acoustiques de précision.

Pour pour surmonter ces distorsions, des dispositifs de compromis dits de classe AB ont été créés.

Ce modèle est une sorte de conception en tandem de la catégorie A et de la catégorie B. Aujourd'hui, les amplificateurs de type AB sont considérés comme l'une des options de conception les plus courantes. Par le principe de leur fonctionnement, ils ressemblent un peu aux produits de catégorie B, à la seule exception que les deux dispositifs à transistors peuvent conduire un signal en même temps près du point d'intersection des oscillogrammes. Cela élimine complètement tous les problèmes de distorsion du signal de l'ancien amplificateur du groupe B.La différence est qu'une paire de transistors a une tension de polarisation assez faible, typiquement 5 à 10 % du courant de repos. Dans ce cas, le dispositif conducteur reste allumé plus longtemps que le temps d'un demi-cycle, mais en même temps il est bien inférieur au cycle complet du signal d'entrée.

Il est sûr de dire que le dispositif de type AB est considéré comme un excellent compromis entre les modèles de classe A et de classe B en termes d'efficacité et de linéarité.et, tandis que l'efficacité de conversion du signal audio est d'environ 50 %.

La conception des unités de classe C a une efficacité maximale, mais en même temps une linéarité plutôt faible par rapport à toutes les autres catégories. L'amplificateur de classe C est assez sensiblement polarisé, de sorte que le courant d'entrée passe à zéro et reste à ce niveau pendant plus d'un demi-cycle du signal entrant. A ce moment, le transistor est en mode veille pour l'éteindre.

Ces caractéristiques de conception rendent impossible l'utilisation d'amplificateurs dans des systèmes de haut-parleurs. En règle générale, ces modèles ont trouvé leur domaine d'utilisation dans les générateurs haute fréquence, ainsi que dans certaines versions d'amplificateurs radiofréquence, où les impulsions de courant émises à la sortie sont converties en ondes sinusoïdales d'une fréquence donnée.

L'amplificateur de catégorie D fait référence aux modèles d'impulsions non linéaires à deux canaux, ils sont également appelés amplificateurs PWM.

Dans la grande majorité des systèmes audio, les étages de sortie fonctionnent en classe A ou AB. Dans les amplificateurs intégrés du groupe D, la dissipation de puissance des entrées ligne est importante même dans le cas de leur réalisation maximale complète, presque idéale. Cela donne aux modèles de classe D un avantage significatif dans la plupart des domaines d'application en raison de la génération de chaleur minimale, du poids et des dimensions réduits de l'appareil et, par conséquent, du coût réduit des produits, tandis que la durée de vie de la batterie dans ces modèles est augmentée par rapport aux modèles de d'autres conceptions.

Amplificateur de classe F. Ces modèles offrent une efficacité accrue, leur efficacité est d'environ 90%.

Amplificateur de classe G. Cet amplificateur est, en fait, une conception avancée à haute linéarité de l'unité de base TDA de classe AB. Les modèles de cette catégorie peuvent basculer automatiquement entre différentes lignes électriques en cas de modification des paramètres du signal entrant. Une telle commutation réduit considérablement la consommation d'énergie et, par conséquent, réduit la consommation d'énergie causée par la perte de chaleur.

Amplificateur de classe I. Ces modèles ont quelques ensembles de périphériques de sortie supplémentaires. Avant la mise sous tension, ils sont placés dans une configuration push-pull. Le premier appareil commute la partie positive du signal, et le second est responsable de la commutation de la partie négative, similaire aux amplificateurs de catégorie B. S'il n'y a pas de signal audio à l'entrée, ou si le signal atteint le point de passage par zéro, le mécanisme de commutation s'allume et s'éteint en même temps que le cycle principal.

Amplificateur de classe S. Cette classe d'amplificateurs est classée comme un mécanisme de commutation non linéaire. En termes de mécanisme de fonctionnement, ils sont quelque peu similaires aux amplificateurs de catégorie D. Un tel amplificateur convertit les signaux d'entrée analogiques en signaux numériques, les amplifiant plusieurs fois. Ainsi, afin d'augmenter la puissance de sortie, le signal numérique du dispositif de commutation est généralement soit complètement activé, soit complètement désactivé, de sorte que l'efficacité de tels dispositifs peut être de 100%.

Amplificateur de classe T. Une autre option pour un amplificateur numérique. Aujourd'hui, ces modèles gagnent de plus en plus en popularité en raison de la présence de microcircuits permettant le traitement numérique du signal entrant, ainsi que d'amplificateurs de son 3D multicanaux intégrés. Cet effet est fourni par une conception qui permet de convertir les signaux analogiques en sons PWM numériques plus élevés. La conception des appareils de classe C combine les caractéristiques d'un signal à faible distorsion similaire à la catégorie AV, tout en maintenant une efficacité au niveau des modèles de classe D.

Pour commencer, attardons-nous sur le fonctionnement de principe de l'amplificateur. Vous serez sûrement surpris, mais en fait l'amplificateur d'usine n'amplifie rien. En réalité, le mécanisme de son fonctionnement ressemble au fonctionnement de la grue la plus simple: vous tournez la poignée et l'eau de l'alimentation en eau commence à couler, plus ou moins fort, et si vous la tournez, le débit sera bloqué. Dans les amplificateurs, tous les processus se déroulent de la même manière. Depuis le puissant module d'alimentation, le courant circule dans le haut-parleur connecté à l'appareil. Dans ce cas, la fonction de la prise est assurée par des transistors - à la sortie, le degré de leur fermeture et de leur ouverture est contrôlé par le signal qui passe à l'amplificateur. À partir du fonctionnement exact de cette grue, c'est-à-dire du fonctionnement des transistors de sortie, et de la classe d'amplificateurs est déterminée.

Si nous parlons de dispositifs AB, les transistors qu'ils contiennent peuvent avoir la propriété désagréable de s'ouvrir et de se fermer de manière disproportionnée par rapport aux signaux qui leur parviennent. Ainsi, leur travail devient inchangé. Pour en revenir à l'analogie avec le robinet - vous pouvez tourner la poignée du robinet, mais l'eau coulera d'abord faiblement, puis soudain, le débit augmentera soudainement.

Pour cette raison les transistors de catégorie AB doivent être maintenus ouverts même s'il n'y a pas de signal. Cela est nécessaire pour qu'ils commencent à fonctionner immédiatement et n'attendent pas que le signal atteigne un certain niveau - ce n'est que dans ce cas que l'amplificateur pourra reproduire le son avec une distorsion minimale. En pratique, cela signifie qu'une partie de l'énergie utile est gaspillée. Imaginez simplement que vous ouvrez tous les robinets d'eau de l'appartement et qu'un petit filet d'eau en coule en continu. En conséquence, l'efficacité de tels modèles ne dépasse pas 50-70%, c'est la faible efficacité qui est le principal inconvénient des amplificateurs de classe AV.

Si nous parlons d'appareils de classe D, le principe de fonctionnement est absolument le même: ils ont leurs propres transistors de sortie qui peuvent s'allumer et s'éteindre. Ainsi, le passage du courant à travers les haut-parleurs qui leur sont connectés est régulé, mais le signal contrôle déjà leur ouverture, qui par sa configuration est très éloignée de celle entrante.

C'est ainsi que le signal est envoyé aux transistors de sortie des appareils de classe D. Dans ce cas, ils fonctionneront complètement différemment : soit fermer complètement, soit s'ouvrir sans aucune valeur intermédiaire. Cela signifie que l'efficacité de tels modèles peut être proche de 100 %.

Bien sûr, il est trop tôt pour envoyer de tels signaux aux systèmes audio, il faudrait d'abord revenir à la configuration standard. Cela peut être fait au moyen d'une inductance de sortie, ainsi que d'un condensateur - après les avoir traités, un signal amplifié est formé à la sortie, qui dans sa forme répète complètement le signal d'entrée. C'est lui qui est transmis aux locuteurs.

Le principal avantage des appareils de classe D est leur efficacité accrue. et, par conséquent, une consommation d'énergie plus douce

Pendant longtemps, on a cru que pour connecter des systèmes de haut-parleurs de haute qualité, les amplificateurs AB seront la solution optimale... Les modèles de la catégorie D ont converti le signal entrant en un signal pulsé avec une fréquence réduite, par conséquent, il n'a donné un bon son qu'en mode subwoofer.De nos jours, la technologie a fait un grand pas en avant, et aujourd'hui, il existe déjà des transistors à grande vitesse qui peuvent s'ouvrir et se fermer presque instantanément, il y a beaucoup d'appareils à large bande de classe D dans les magasins.

Ces modèles sont destinés à être utilisés non seulement avec des subwoofers, mais également avec des systèmes de haut-parleurs modernes de tous types. Pour les options où une puissance élevée n'est pas requise, il est judicieux d'acheter un amplificateur assez compact.

Ainsi, si vous disposez de suffisamment d'espace pour connecter le haut-parleur, vous pouvez très bien choisir un modèle de classe AV. Depuis plusieurs décennies d'existence, les circuits de ces modèles ont été bien développés, ils donnent une assez bonne qualité sonore, et en cas de panne, vous pouvez facilement les réparer dans le centre de service le plus proche.

Si la zone d'installation sonore est limitée, vous devriez examiner de plus près les modèles à large bande du groupe D. Avec les mêmes paramètres de puissance que les produits de classe AV, ils sont beaucoup plus petits et plus légers, de plus, ils chauffent moins, et certains modèles permettent même de les installer secrètement avec le moins d'interférences.

Pour connecter des subwoofers, la classe D définit l'avantage maximum, étant donné que le bloc de basses est la gamme de fréquences la plus énergivore - dans ce cas, l'efficacité du produit est d'une importance fondamentale, et en cela, il n'y a tout simplement pas de concurrents aux produits de classe D.

Dans cette vidéo, vous pouvez vous familiariser plus clairement avec les classes d'amplificateurs de son.