Classi amplificatore di potenza

Circuiti amplificatore di potenza (stadi di uscita) sono classificati come A, B, AB e C per disegni lineari—e classe D ed E per la commutazione disegni. Le classi si basano sulla proporzione di ciascun ciclo di ingresso (angolo di conduzione) durante il quale un dispositivo di amplificazione passa corrente. L’immagine dell’angolo di conduzione deriva dall’amplificazione di un segnale sinusoidale. Se il dispositivo è sempre acceso, l’angolo di conduzione è di 360°. Se è acceso solo per metà di ogni ciclo, l’angolo è di 180°. L’angolo di flusso è strettamente correlato all’efficienza di potenza dell’amplificatore.,

Nelle illustrazioni sotto, un transistor bipolare della giunzione è indicato come il dispositivo di amplificazione. Tuttavia gli stessi attributi si trovano con MOSFET o tubi a vuoto.

Classe AEdit

Amplificatore in classe A

In un amplificatore in classe A viene utilizzato il 100% del segnale di ingresso (angolo di conduzione Θ = 360°). L’elemento attivo rimane conduttore tutto il tempo.

I dispositivi di amplificazione che operano in classe A conducono sull’intero intervallo del ciclo di ingresso., Un amplificatore di classe A si distingue per i dispositivi dello stadio di uscita che sono prevenuti per il funzionamento in classe A. La sottoclasse A2 è talvolta usata per riferirsi agli stadi di classe A del tubo a vuoto che guidano la griglia leggermente positiva sui picchi del segnale per un po ‘ più di potenza rispetto alla normale classe A (A1; dove la griglia è sempre negativa). Questo, tuttavia, comporta una maggiore distorsione del segnale.,

Vantaggi degli amplificatori di classe Aedit

I progetti di classe A possono essere più semplici rispetto ad altre classi in quanto i progetti di classe AB e B richiedono due dispositivi collegati nel circuito (uscita push-pull), ciascuno per gestire metà della forma d’onda mentre la classe A può utilizzare un singolo dispositivo (single-ended).
L’elemento di amplificazione è polarizzato in modo che il dispositivo sia sempre conduttore, la corrente di collettore (a piccolo segnale) quiescente (per transistor; corrente di scarico per FET o corrente anodo/piastra per tubi a vuoto) è vicina alla porzione più lineare della sua curva di transconduttanza.,
Poiché il dispositivo non è mai “spento”, non vi è alcun tempo di “accensione”, nessun problema con l’archiviazione della carica e generalmente migliori prestazioni ad alta frequenza e stabilità del ciclo di feedback (e di solito meno armoniche di alto ordine).
Il punto in cui il dispositivo si avvicina di più ad essere “spento” non è a “segnale zero”, quindi vengono evitati i problemi di distorsione di crossover associati ai disegni di classe-AB e-B.
Migliore per bassi livelli di segnale di ricevitori radio a causa della bassa distorsione.

Svantaggio degli amplificatori di classe Aedit

Gli amplificatori di classe A sono inefficienti., Un’efficienza teorica massima del 25% è ottenibile utilizzando configurazioni usuali, ma il 50% è il massimo per una configurazione a trasformatore o ad accoppiamento induttivo. In un amplificatore di potenza, questo non solo spreca potenza e limita il funzionamento con le batterie,ma aumenta i costi operativi e richiede dispositivi di uscita più alti. L’inefficienza deriva dalla corrente permanente, che deve essere circa la metà della corrente di uscita massima, e gran parte della tensione di alimentazione è presente attraverso il dispositivo di uscita a bassi livelli di segnale., Se è necessaria un’elevata potenza di uscita da un circuito di classe A, l’alimentazione e il calore di accompagnamento diventano significativi. Per ogni watt consegnato al carico, l’amplificatore stesso, nella migliore delle ipotesi, utilizza un watt in più. Per gli amplificatori ad alta potenza questo significa alimentatori e dissipatori di calore molto grandi e costosi.
Poiché i dispositivi di uscita sono in pieno funzionamento in ogni momento (a differenza di un amplificatore di classe A / B), non avranno una vita così lunga a meno che l’amplificatore non sia specificamente progettato per tenerne conto, aumentando il costo di manutenzione o progettazione dell’amplificatore.,

I progetti di amplificatori di potenza in classe A sono stati in gran parte sostituiti da progetti più efficienti, anche se la loro semplicità li rende popolari con alcuni hobbisti. C’è un mercato per costosi amplificatori in classe A ad alta fedeltà considerati un “oggetto di culto” tra gli audiofili principalmente per la loro assenza di distorsione crossover e ridotta distorsione armonica dispari e di alto ordine. Gli amplificatori di potenza di classe A sono utilizzati anche in alcuni amplificatori per chitarra “boutique” per la loro qualità tonale unica e per la riproduzione di toni vintage.,

Single-ended e triodo in classe A amplifiersEdit

Alcuni appassionati che preferiscono di classe A, amplificatori, inoltre, preferiscono l’uso della valvola termoionica (tubo) progetta invece di transistor, per diversi motivi:

uscita Single-ended fasi hanno un asimmetrico funzione di trasferimento, il che significa che anche armoniche di ordine nel creato distorsione tendono a non annullare (come fanno in push–pull stadi di uscita). Per i tubi, o FET, la maggior parte delle distorsioni sono armoniche di secondo ordine, dalla caratteristica di trasferimento della legge quadrata, che ad alcuni produce un suono “più caldo” e più piacevole.,
Per coloro che preferiscono figure a bassa distorsione, l’uso di tubi con classe A (generando una piccola distorsione armonica dispari, come detto sopra) insieme a circuiti simmetrici (come stadi di uscita push-pull o stadi di basso livello bilanciati) porta alla cancellazione della maggior parte delle armoniche di distorsione pari, quindi alla rimozione della maggior parte della distorsione.
Storicamente, gli amplificatori a valvole sono stati spesso usati come amplificatori di potenza in classe A semplicemente perché le valvole sono grandi e costose; molti progetti in classe A utilizzano solo un singolo dispositivo.,

I transistor sono molto meno costosi dei tubi, quindi i progetti più elaborati che utilizzano più parti sono ancora meno costosi da produrre rispetto ai progetti di tubi. Un’applicazione classica per una coppia di dispositivi di classe A è la coppia a coda lunga, che è eccezionalmente lineare e costituisce la base di molti circuiti più complessi, inclusi molti amplificatori audio e quasi tutti gli op-amp.,

Gli amplificatori in classe A possono essere utilizzati negli stadi di uscita degli amplificatori operazionali (anche se la precisione del bias negli amplificatori operazionali a basso costo come il 741 può portare a prestazioni di classe A o classe AB o classe B, che variano da dispositivo a dispositivo o con temperatura). A volte sono usati come amplificatori di potenza audio di media potenza, a bassa efficienza e ad alto costo. Il consumo di energia non è correlato alla potenza di uscita. Al minimo (nessun ingresso), il consumo di energia è essenzialmente lo stesso come ad alto volume di uscita. Il risultato è bassa efficienza e alta dissipazione del calore.,

Classe BEdit

Ideale classe-B (push–pull) amplificatore. In pratica, la distorsione si verifica vicino al punto di crossover.

In un amplificatore in classe B, il dispositivo attivo conduce per 180 gradi del ciclo. Ciò causerebbe una distorsione intollerabile se ci fosse un solo dispositivo, quindi di solito vengono utilizzati due dispositivi, specialmente alle frequenze audio. Ciascuno conduce per metà (180°) del ciclo del segnale e le correnti del dispositivo sono combinate in modo che la corrente di carico sia continua.,

A radiofrequenza, se l’accoppiamento al carico avviene tramite un circuito sintonizzato, è possibile utilizzare un singolo dispositivo funzionante in classe B poiché l’energia immagazzinata nel circuito sintonizzato fornisce la metà “mancante” della forma d’onda. I dispositivi che operano in classe B sono utilizzati negli amplificatori lineari, così chiamati perché la potenza di uscita a radiofrequenza è proporzionale al quadrato della tensione di eccitazione in ingresso. Questa caratteristica impedisce la distorsione dei segnali modulati in ampiezza o modulati in frequenza che passano attraverso l’amplificatore. Tali amplificatori hanno un’efficienza intorno al 60%.,

Quando gli amplificatori di classe B amplificano il segnale con due dispositivi attivi, ciascuno opera per oltre la metà del ciclo. L’efficienza è molto migliorata rispetto agli amplificatori in classe A. Gli amplificatori di classe B sono anche favoriti nei dispositivi a batteria, come le radio a transistor. La classe B ha un’efficienza teorica massima di π / 4 (≈78,5%).

Un circuito pratico che utilizza elementi di classe B è lo stadio push-pull, come la disposizione delle coppie complementari molto semplificata mostrata a destra., I dispositivi complementari vengono utilizzati ciascuno per amplificare le metà opposte del segnale di ingresso, che viene poi ricombinato in uscita. Questa disposizione offre una buona efficienza, ma di solito soffre dello svantaggio che c’è una piccola discrepanza nella regione di cross-over – ai “join” tra le due metà del segnale, poiché un dispositivo di uscita deve assumere l’alimentazione esattamente come le altre finiture. Questo è chiamato distorsione crossover. Un miglioramento è quello di polarizzare i dispositivi in modo che non siano completamente spenti quando non sono in uso. Questo approccio è chiamato operazione di classe AB.,

Classe ABEdit

Ideale in classe AB amplificatore

In una classe-AB amplificatore, l’angolo di conduzione è intermedio tra la classe A e B; ciascuno dei due elementi attivi conduce più di metà del tempo.,La classe AB è ampiamente considerata un buon compromesso per gli amplificatori, poiché gran parte del tempo il segnale musicale è abbastanza silenzioso che il segnale rimane nella regione “classe A”, dove viene amplificato con buona fedeltà, e per definizione se passa fuori da questa regione, è abbastanza grande che i prodotti di distorsione tipici della classe B sono relativamente piccoli. La distorsione di crossover può essere ridotta ulteriormente utilizzando feedback negativo.

Nel funzionamento in classe AB, ogni dispositivo funziona allo stesso modo della classe B oltre la metà della forma d’onda, ma conduce anche una piccola quantità sull’altra metà., Di conseguenza, la regione in cui entrambi i dispositivi contemporaneamente sono quasi spenti (la “zona morta”) viene ridotta. Il risultato è che quando le forme d’onda dei due dispositivi sono combinate, il crossover è notevolmente ridotto al minimo o eliminato del tutto. La scelta esatta della corrente di riposo (la corrente permanente attraverso entrambi i dispositivi quando non c’è segnale) fa una grande differenza per il livello di distorsione (e per il rischio di fuga termica, che può danneggiare i dispositivi). Spesso, la tensione di polarizzazione applicata per impostare questa corrente di riposo deve essere regolata con la temperatura dei transistor di uscita., (Ad esempio, nel circuito mostrato a destra, i diodi sarebbero montati fisicamente vicino ai transistor di uscita e specificati per avere un coefficiente di temperatura abbinato.) Un altro approccio (spesso usato con tensioni di bias di tracciamento termico) è quello di includere resistori di piccolo valore in serie con gli emettitori.

La classe AB sacrifica una certa efficienza rispetto alla classe B a favore della linearità, quindi è meno efficiente (inferiore al 78,5% per le onde sinusoidali di ampiezza completa negli amplificatori a transistor, in genere; molto meno è comune negli amplificatori a valvole sottovuoto di classe AB). In genere è molto più efficiente della classe A.,

Numeri di suffisso per amplificatori a valvole a vuotomodifica

Un progetto di amplificatore a valvole a vuoto a volte ha un numero di suffisso aggiuntivo per la classe, ad esempio, classe B1. Un suffisso 1 indica che la corrente della griglia non scorre durante nessuna parte della forma d’onda di ingresso, dove un suffisso 2 indica i flussi di corrente della griglia per parte della forma d’onda di ingresso. Questa distinzione influisce sul design degli stadi del driver per l’amplificatore. I numeri di suffisso non vengono utilizzati per gli amplificatori a semiconduttore.,

Class CEdit

Amplificatore in classe C

In un amplificatore in classe C viene utilizzato meno del 50% del segnale di ingresso (angolo di conduzione Θ < 180°). La distorsione è alta e l’uso pratico richiede un circuito sintonizzato come carico. L’efficienza può raggiungere l ‘ 80% nelle applicazioni a radiofrequenza.

L’applicazione usuale per amplificatori in classe C è nei trasmettitori RF che operano a una singola frequenza portante fissa, dove la distorsione è controllata da un carico sintonizzato sull’amplificatore., Il segnale di ingresso viene utilizzato per commutare il dispositivo attivo, causando impulsi di corrente a fluire attraverso un circuito sintonizzato che fa parte del carico.

L’amplificatore in classe C ha due modalità di funzionamento: sintonizzato e non sintonizzato. Il diagramma mostra una forma d’onda da un semplice circuito di classe C senza il carico sintonizzato. Questa è chiamata operazione non sintonizzata e l’analisi delle forme d’onda mostra la massiccia distorsione che appare nel segnale. Quando viene utilizzato il carico corretto (ad esempio, un filtro induttivo-capacitivo più un resistore di carico), accadono due cose., Il primo è che il livello di polarizzazione dell’uscita è bloccato con la tensione di uscita media uguale alla tensione di alimentazione. Questo è il motivo per cui l’operazione sintonizzata è talvolta chiamata clamper. Ciò ripristina la forma d’onda alla sua forma corretta, nonostante l’amplificatore abbia solo un’alimentazione a una polarità. Questo è direttamente correlato al secondo fenomeno: la forma d’onda sulla frequenza centrale diventa meno distorta., La distorsione residua dipende dalla larghezza di banda del carico sintonizzato, con la frequenza centrale che vede pochissima distorsione, ma maggiore attenuazione più lontano dalla frequenza sintonizzata che il segnale ottiene.

Il circuito sintonizzato risuona ad una frequenza, la frequenza portante fissa e quindi le frequenze indesiderate vengono soppresse e il segnale completo desiderato (onda sinusoidale) viene estratto dal carico sintonizzato. La larghezza di banda del segnale dell’amplificatore è limitata dal fattore Q del circuito sintonizzato, ma questa non è una limitazione seria., Eventuali armoniche residue possono essere rimosse utilizzando un ulteriore filtro.

Nei pratici amplificatori in classe C viene invariabilmente utilizzato un carico sintonizzato. In una disposizione comune il resistore mostrato nel circuito sopra viene sostituito con un circuito sintonizzato in parallelo costituito da un induttore e un condensatore in parallelo, i cui componenti sono scelti per risuonare alla frequenza del segnale di ingresso. Il potere può essere accoppiato ad un carico dall’azione del trasformatore con una bobina secondaria ferita sull’induttore., La tensione media al collettore è quindi uguale alla tensione di alimentazione e la tensione del segnale che appare attraverso il circuito sintonizzato varia da vicino a zero a quasi il doppio della tensione di alimentazione durante il ciclo RF. Il circuito di ingresso è polarizzato in modo che l’elemento attivo (ad esempio, transistor) conduce solo per una frazione del ciclo RF, di solito un terzo (120 gradi) o meno.

L’elemento attivo conduce solo mentre la tensione del collettore sta passando attraverso il suo minimo. In questo modo, la dissipazione di potenza nel dispositivo attivo è ridotta al minimo e l’efficienza aumentata., Idealmente, l’elemento attivo passerebbe solo un impulso di corrente istantaneo mentre la tensione su di esso è zero: quindi non dissipa alcuna potenza e si ottiene un’efficienza del 100%. Tuttavia i dispositivi pratici hanno un limite alla corrente di picco che possono passare, e l’impulso deve quindi essere allargato, a circa 120 gradi, per ottenere una quantità ragionevole di potenza, e l’efficienza è quindi del 60-70%.

Classe DEdit

Articolo principale: Amplificatore in classe D

Schema a blocchi di un amplificatore di commutazione di base o PWM (classe D).,

Amplificatore mono Boss Audio in classe D con filtro passa-basso per l’alimentazione dei subwoofer

Gli amplificatori in classe D utilizzano una qualche forma di modulazione della larghezza di impulso per controllare i dispositivi di uscita. L’angolo di conduzione di ciascun dispositivo non è più correlato direttamente al segnale di ingresso, ma varia invece in larghezza di impulso.

Nell’amplificatore in classe D i dispositivi attivi (transistor) funzionano come interruttori elettronici invece di dispositivi a guadagno lineare; sono accesi o spenti., Il segnale analogico viene convertito in un flusso di impulsi che rappresenta il segnale mediante modulazione della larghezza di impulso, modulazione della densità di impulso, modulazione delta-sigma o una tecnica di modulazione correlata prima di essere applicato all’amplificatore. Il valore di potenza media del tempo degli impulsi è direttamente proporzionale al segnale analogico, quindi dopo l’amplificazione il segnale può essere riconvertito in un segnale analogico da un filtro passa-basso passivo.Lo scopo del filtro di uscita è quello di lisciare il flusso di impulsi a un segnale analogico, rimuovendo i componenti spettrali ad alta frequenza degli impulsi., La frequenza degli impulsi di uscita è in genere dieci o più volte la frequenza più alta nel segnale di ingresso da amplificare, in modo che il filtro possa ridurre adeguatamente le armoniche indesiderate e riprodurre accuratamente l’ingresso.

Il vantaggio principale di un amplificatore in classe D è l’efficienza energetica. Poiché gli impulsi di uscita hanno un’ampiezza fissa, gli elementi di commutazione (di solito MOSFET, ma tubi a vuoto, e un tempo transistor bipolari, sono stati utilizzati) sono commutati completamente acceso o completamente spento, piuttosto che operati in modalità lineare., Un MOSFET funziona con la resistenza più bassa quando è completamente acceso e quindi (escluso quando è completamente spento) ha la dissipazione di potenza più bassa quando è in quella condizione. Rispetto ad un dispositivo equivalente in classe AB, le minori perdite di un amplificatore in classe D consentono l’uso di un dissipatore di calore più piccolo per i MOSFET, riducendo al contempo la quantità di potenza in ingresso richiesta, consentendo un design di alimentazione di capacità inferiore. Pertanto, gli amplificatori in classe D sono in genere più piccoli di un amplificatore equivalente in classe AB.,

Un altro vantaggio dell’amplificatore in classe D è che può funzionare da una sorgente di segnale digitale senza richiedere un convertitore digitale-analogico (DAC) per convertire prima il segnale in forma analogica. Se la sorgente del segnale è in forma digitale, ad esempio in un lettore multimediale digitale o in una scheda audio del computer, il circuito digitale può convertire il segnale digitale binario direttamente in un segnale di modulazione della larghezza di impulso applicato all’amplificatore, semplificando notevolmente il circuito.,

Un amplificatore in classe D con moderata potenza di uscita può essere costruito utilizzando regolare CMOS processo logico, che lo rende adatto per l’integrazione con altri tipi di circuiti digitali. Così si trova comunemente in System-on-Chip con audio integrato quando l’amplificatore condivide un dado con il processore principale o DSP.

Gli amplificatori in classe D sono ampiamente utilizzati per controllare i motori, ma ora vengono utilizzati anche come amplificatori di potenza, con circuiti aggiuntivi che convertono l’analogico in un segnale modulato a larghezza di impulso di frequenza molto più elevata., Gli alimentatori switching sono stati persino modificati in amplificatori di classe D grezzi (anche se in genere questi riproducono solo le basse frequenze con una precisione accettabile).

Amplificatori di potenza audio di alta qualità in classe D sono ora apparsi sul mercato. Questi disegni sono stati detto di rivaleggiare con amplificatori AB tradizionali in termini di qualità. Un uso precoce di amplificatori in classe D era amplificatori subwoofer ad alta potenza in auto., Poiché i subwoofer sono generalmente limitati a una larghezza di banda non superiore a 150 Hz, la velocità di commutazione per l’amplificatore non deve essere elevata come per un amplificatore a gamma completa, consentendo disegni più semplici. Gli amplificatori in classe D per la guida di subwoofer sono relativamente economici rispetto agli amplificatori in classe AB.

La lettera D usata per designare questa classe di amplificatori è semplicemente la lettera successiva alla C e, sebbene occasionalmente usata come tale, non sta per digitale., Gli amplificatori di classe D e classe E sono talvolta erroneamente descritti come “digitali” perché la forma d’onda di uscita assomiglia superficialmente a un treno di impulsi di simboli digitali, ma un amplificatore di classe D converte semplicemente una forma d’onda di ingresso in un segnale analogico modulato in modo continuo. (Una forma d’onda digitale sarebbe modulato pulse-codice.)

Classi aggiuntivemodifica

Altre classi di amplificatori sono principalmente variazioni delle classi precedenti., Ad esempio, gli amplificatori di classe G e classe H sono contrassegnati dalla variazione delle guide di alimentazione (rispettivamente in passi discreti o in modo continuo) in seguito al segnale di ingresso. Lo spreco di calore sui dispositivi di uscita può essere ridotto in quanto la tensione in eccesso viene ridotta al minimo. L’amplificatore che viene alimentato con queste guide può essere di qualsiasi classe. Questi tipi di amplificatori sono più complessi e vengono utilizzati principalmente per applicazioni specializzate, come unità ad altissima potenza., Inoltre, gli amplificatori di classe E e classe F sono comunemente descritti in letteratura per applicazioni a radiofrequenza in cui l’efficienza delle classi tradizionali è importante, ma diversi aspetti si discostano sostanzialmente dai loro valori ideali. Queste classi utilizzano la sintonizzazione armonica delle loro reti di uscita per ottenere una maggiore efficienza e possono essere considerate un sottoinsieme della classe C a causa delle loro caratteristiche di angolo di conduzione.

Classe EEdit

L’amplificatore in classe E è un amplificatore di potenza switching sintonizzato ad alta efficienza utilizzato alle frequenze radio., Utilizza un elemento di commutazione unipolare e una rete reattiva sintonizzata tra l’interruttore e il carico. Il circuito ottiene un’elevata efficienza azionando l’elemento di commutazione solo nei punti di zero corrente (on to off switching) o zero tensione (off to on switching) che riduce al minimo la potenza persa nell’interruttore, anche quando il tempo di commutazione dei dispositivi è lungo rispetto alla frequenza di funzionamento.

L’amplificatore in classe E viene spesso citato per essere stato segnalato per la prima volta nel 1975. Tuttavia, una descrizione completa dell’operazione di classe E può essere trovata nella tesi di dottorato del 1964 di Gerald D. Ewing., È interessante notare che le equazioni di progettazione analitica sono diventate note solo di recente.

Classe FEdit

Negli amplificatori push–pull e in CMOS, le armoniche pari di entrambi i transistor si annullano. L’esperimento mostra che un’onda quadra può essere generata da quegli amplificatori. Teoricamente le onde quadrate consistono solo di armoniche dispari. In un amplificatore in classe D, il filtro di uscita blocca tutte le armoniche; cioè, le armoniche vedono un carico aperto. Quindi anche piccole correnti nelle armoniche sono sufficienti per generare un’onda quadra di tensione., La corrente è in fase con la tensione applicata al filtro, ma la tensione attraverso i transistor è fuori fase. Pertanto, vi è una sovrapposizione minima tra la corrente attraverso i transistor e la tensione attraverso i transistor. Più nitidi sono i bordi, minore è la sovrapposizione.

Mentre in classe D, i transistor e il carico esistono come due moduli separati, la classe F ammette imperfezioni come i parassiti del transistor e cerca di ottimizzare il sistema globale per avere un’alta impedenza alle armoniche., Naturalmente ci deve essere una tensione finita attraverso il transistor per spingere la corrente attraverso la resistenza sullo stato. Poiché la corrente combinata attraverso entrambi i transistor è principalmente nella prima armonica, sembra un seno. Ciò significa che nel mezzo del quadrato deve fluire il massimo della corrente, quindi potrebbe avere senso fare un tuffo nel quadrato o in altre parole consentire un eccesso di tensione dell’onda quadra. Una rete di carico di classe F per definizione deve trasmettere al di sotto di una frequenza di taglio e riflettere sopra.,

Qualsiasi frequenza che si trova sotto il cutoff e che ha la sua seconda armonica sopra il cutoff può essere amplificata, cioè una larghezza di banda di ottava. D’altra parte, un circuito di serie induttivo-capacitivo con una grande induttanza e una capacità sintonizzabile può essere più semplice da implementare. Riducendo il duty cycle inferiore a 0,5, l’ampiezza di uscita può essere modulata. La forma d’onda quadrata di tensione degrada, ma qualsiasi surriscaldamento è compensato dalla minore potenza complessiva che scorre., Qualsiasi disallineamento del carico dietro il filtro può agire solo sulla prima forma d’onda della corrente armonica, chiaramente solo un carico puramente resistivo ha senso, quindi minore è la resistenza, maggiore è la corrente.

La classe F può essere guidata da un seno o da un’onda quadra, per un seno l’ingresso può essere sintonizzato da un induttore per aumentare il guadagno. Se la classe F è implementata con un singolo transistor, il filtro è complicato per abbreviare le armoniche pari. Tutti i progetti precedenti utilizzano spigoli vivi per ridurre al minimo la sovrapposizione.

Classi G e HEdit

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Idealized class-G rail voltage modulation

Idealized class-H rail voltage modulation

Rail voltage modulation

Basic schematic of a class-H configuration

There are a variety of amplifier designs that enhance class-AB output stages with more efficient techniques to achieve greater efficiency with low distortion., Questi progetti sono comuni nei grandi amplificatori audio poiché i dissipatori e i trasformatori di potenza sarebbero proibitivamente grandi (e costosi) senza aumenti di efficienza. I termini “classe G” e “classe H” sono usati in modo intercambiabile per riferirsi a diversi disegni, che variano nella definizione da un produttore o carta a un altro.

Gli amplificatori in classe G (che utilizzano “rail switching” per ridurre il consumo energetico e aumentare l’efficienza) sono più efficienti degli amplificatori in classe AB., Questi amplificatori forniscono diverse rotaie di potenza a tensioni diverse e passare tra di loro come l’uscita del segnale si avvicina ogni livello. Pertanto, l’amplificatore aumenta l’efficienza riducendo la potenza sprecata ai transistor di uscita. Gli amplificatori di classe G sono più efficienti della classe AB ma meno efficienti rispetto alla classe D, tuttavia, non hanno gli effetti di interferenza elettromagnetica della classe D.

Gli amplificatori di classe H creano una guida di alimentazione (analogica) infinitamente variabile. A volte sono indicati come tracker ferroviari., Questo viene fatto modulando le rotaie di alimentazione in modo che le rotaie sono solo pochi volt più grande del segnale di uscita “tracking” in un dato momento. Lo stadio di uscita funziona sempre alla sua massima efficienza. Ciò è dovuto alla capacità del circuito di mantenere i transistor rail (T2 e T4) in cutoff fino a quando un picco di tensione musicale è di una grandezza sufficiente per richiedere la tensione aggiuntiva dalle alimentazioni + e – 80 V. Fare riferimento alla figura schematica. L’amplificatore in classe H può essere pensato come due amplificatori in serie., Nell’esempio schematico mostrato dalla figura, gli amplificatori rail + – 40 V possono produrre circa 100 Watt continui in un carico di 8 ohm. Se il segnale musicale vout funziona sotto i 40 volt, l’amplificatore ha solo le perdite associate a un amplificatore da 100 W. Questo perché i dispositivi superiori di Classe H T2 e T4 vengono utilizzati solo quando il segnale musicale è compreso tra 100 e 400 Watt di uscita. La chiave per capire questa efficienza senza sfornare i numeri reali è che abbiamo un amplificatore capace di 400 Watt ma con l’efficienza di un amplificatore da 100 Watt., Questo perché le forme d’onda della musica contengono lunghi periodi sotto i 100 Watt e contengono solo brevi raffiche fino a 400 Watt istantanei; in altre parole, le perdite a 400 Watt sono per brevi periodi di tempo. Se questo esempio fosse disegnato come una classe AB con solo le alimentazioni da 80 V al posto delle alimentazioni da 40 V, i transistor T1 e T3 dovrebbero essere in conduzione per tutto il segnale da 0 V a 80 V con le corrispondenti perdite VI per tutto il periodo dell’onda vout – non solo le brevi raffiche ad alta energia., Per ottenere questo controllo rail tracking, T2 e T4 agiscono come amplificatori di corrente, ciascuno in serie con le sue controparti a bassa tensione T1 e T3. Lo scopo di T2 e T3 è quello di consentire il back-biasing diodo D2 quando vout è a un picco positivo (sopra 39.3 V) e back biasing D4 quando vout è a picco negativo inferiore a -39.3 V. Durante i picchi musicali vout da 100 a 400 Watt, le forniture 40 V hanno zero Ampere tratte da loro come tutta la corrente proviene dalle rotaie 80 V. Questa cifra è troppo semplicistica, tuttavia, in quanto non controllerà affatto i transistor T2 T4., Questo perché i diodi D1 e D3 che sono destinati a fornire un percorso per il vout nei dispositivi superiori sono sempre invertiti. Sono disegnati all’indietro. Al posto di questi diodi, un amplificatore di tensione con guadagno che utilizza vout come suo ingresso sarebbe necessario in un disegno reale. C’è un altro motivo per questo requisito di guadagno tra vout e T2 base in un progetto di classe H reale e che è quello di assicurare che il segnale applicato al T2 è sempre “avanti” del segnale Vout in modo che non possa mai “recuperare” con il tracker ferroviario., L’amplificatore rail tracker potrebbe avere una velocità di rotazione di 50 V / µs mentre l’amplificatore AB potrebbe avere solo una velocità di rotazione di 30 V/µs per garantire questo.