In questo articolo ci occuperemo di spiegare le differenze principali tra amplificatori in classe A, B, AB e D, fornendo una piccola guida.
Ci capita di ricevere domande sugli amplificatori audio utilizzati nei laboratori e nelle catene Hi-Fi domestiche. In particolare, oltre al “wattaggio”, ovvero alla quantità di corrente trasformata in musica, ci viene chiesta la differenza che intercorre tra le diverse configurazioni elettroniche (classi) utiizzate da un amplificatore: quale sia più appropriata, quale “suoni meglio”, quale “suoni più forte” e così via.
Vediamo di seguito come affrontare l’argomento, trattando le classi più utili all’audiofilo e trascurando quelle (C, E, F, G…) riservate ad applicazioni diverse.
Per iniziare suggeriamo di rileggere il nostro articolo sulla polarizzazione del transistor, ed il relativo video tutorial.
L’amplificatore funziona assorbendo energia elettrica da una fonte separata e quindi utilizza tale potenza per incrementare l’ampiezza della tensione o della corrente di un segnale.
La classe di lavoro definisce in qualche modo il range di funzionamento del transistor (o della valvola) durante l’amplificazione.
Nota: LA Classe di funzionamento di un amplificatore non ha nulla a che vedere con la sua classe energetica! Anzi, in genere gli amplificatori in Classe A sono i più esosi in fatto di consumi…
Classe A
Un amplificatore di classe A è un amplificatore ad alto guadagno con elevata linearità. E’ caratterizzato da un suono puro e a bassissima distorsione, ottenuti però a carico di un elevato consumo di corrente (e quindi una elevata dispersione di calore). In altri termini, gli amplificatori in Classe A scaldano moltissimo, ed hanno una resa in genere inferiore al 25%: significa che per avere 25W di potenza in uscita occorre consumarne dalla rete almeno 100. In realtà anche di più, considerando i componenti passivi, le perdite, l’effetto Joule e così via. Inoltre la gestione di correnti e temperature elevate porta gli amplificatori in Classe A ad essere delicati, pesanti e ingombranti, per via degli imponenti trasformatori di corrente e delle alette di raffreddamento.
Ciò è dovuto al fatto che i transistor in Classe A lavorano al massimo della potenza anche in assenza di segnale, e in genere amplificano l’intera onda acustica. In tal modo evitano distorsioni di crossover (ne parleremo più avanti), ed hanno tutta la potenza necessaria (ad esempio pe i transienti, i suoni “impulsivi) sempre a portata di mano.
Nota: Amplificatori in classe A noti per la purezza del suono sono spesso “valvolari”, lavorano cioè con valvole anziché transistor o MOSFET di potenza, evitando in tal modo di introdurre distorsione di terza armonica.
Classe B
Gli amplificatori in Classe B sono in genere caratterizzati da una efficienza decisamente superiore a quelli in Classe A (arrivano anche al 70-75%). In genere il circuito elettrico è diviso in una sezione positiva ed una negativa rispetto ad un riferimento di massa: quindi ciascuna delle sezioni potrà occupaprsi di amplificare la semionda positiva o negativa, “riposandosi” quando è l’altra parte del circuito ad amplificare.
Se da un lato tale sistema consente di ottenere potenze maggiori a parità di consumo, riscaldando di meno, dall’altro il sistema è meno “robusto”: rimane più suscettibile a diffusori con carico difficile, e subisce la distorsione da crossover. In altre parole, quando il segnale passa da positivo a negativo, esisterà un tempo non nullo tra la disattivazione della prima sezione (positiva) e l’attivazione della seconda (negativa). In tal modo, l’onda riprodotta non sarà perfetta, ma presenterà uno “scalino” che, per quanto limitato, modificherà il segnale originale distorcendolo.
Classe AB
Un modo per ovviare tali problemi di distorsione è rappresentato dalla corcuitazione in Classe AB: banalmente, l’amplificatore lavora in Classe A sino ad un certo livello di energia (volume, Watt erogati), superato il quale si trasforma in un Classe B. Tale circuitazione consente di sfruttare i benefici della purezza di suono di un Classe A a bassi volumi, e la flessibilità e la potenza erogabile da un Classe B a volumi più elevati (quando cioè alla distorsione di crossoover si aggiungono altre distorsioni (crosstalk terza armonica, clipping) di diversi ordini maggiori.
Per amplificare l’intera onda sinusoidale (360°), si ricorre a due amplificatori in classe B che lavorano rispettivamente uno per la semionda positiva e l’altro per la semionda negativa. I 2 transistori sono mantenuti sulla soglia della conduzione da un circuito specifico di polarizzazione sulle basi.
Notare che, in questo caso, una certa porzione del segnale viene amplificata da entrambi i dispositivi attivi: in questo modo si riduce enormemente la distorsione che si ha nella regione di commutazione di questi. Questa distorsione è anche nota con il nome “distorsione di incrocio” (o crossover). Il valore dell’efficienza teorica è compreso fra il 50% e il 78.5% (Classe B)
La Classe AB consuma meno della Classe A, ma più della relativa Classe B, rappresentando di solito un ottimo compromesso circuitale anche per sistemi Hi-Fi di un certo livello.
Classe D
Noti anche come Classe S o Classe T (nel caso specifico del famoso T-Amp), sono detti amplificatori a commutazione. Mentre le classi precedenti rappresentano modelli di circuitazione elettrica stabili e datati (quasi un secolo di perfezionamenti), gli amplificatori in classe D hanno iniziato a vedere la luce all’inizio dell’era digitale (anche se la D ha un significato diverso da Digitale).L’ingresso viene pilotato da un segnale PWM (Pulse Width Modulation). In questo modo, al variare dell’ampiezza del segnale di ingresso varia il duty cycle del segnale di uscita che porta l’alimentazione ai finali, un funzionamento che garantisce una bassa dissipazione di potenza.
Sono caratterizzati da un elevatissimo guadagno (95-96%): con un’alimentaziione a 220V e 3 Ampere di corrente è possibile superare facilmente i 600W di segnale amplificato. Se il circuito è correttamente disegnato, il suono di un amplificatore in Classe D è potente e sufficientemente definito, ma all’orecchio di un audiofilo risulta poco profondo e dettagliato, specie nella riproduzione spaziale della scena sonora. DI contro, un amplificatore in Classe D completo tende a costare decisamente meno degli altri, e viene inserito nei sistemi AV di basso e medio livello per garantire una potenza di ascolto elevata.
Tiriamo le somme
In ciascuno dei casi elencati abbiamo una serie di pro e contro, che espliciteremo nella tabella seguente.
| Pro | Contro | Costo | Suono | |
|---|---|---|---|---|
| Classe A | Elevata qualità audio | Bassa efficienza | Elevato | Suono puro e pulito |
| Classe B | Elevata efficienza | Qualità audio non eccelsa | Medio-basso | Suono mediamente potente ma poco definito |
| Classe AB | Ottimo rapporto qualità/efficienza | Efficienza inferiore rispetto alla Classe B | Medio-alto | Suono ottimale a basso volume |
| Classe D (S, T) | Elevatissima efficienza | Qualità audio non perfetta | Basso | Suono molto potente ma poco dettagliato |
Quale conviene acquistare? Se la nostra esigenza consiste nellavere un buon amplificatore da laboratorio, un Classe D fa al caso nostro. Ad esempio questo, da 30 W.
Un amplificatore per AV, Home ed ascolto liquido da 600 W potrebbe soddisfare l’orecchio non abituato all’Hi-Fi esoterico.
Qui abbiamo un ottimo amplificatore Hi-Fi in classe AB utilizzabile tanto per la musica liquida quanto per audio ad elevata definizione.
Per finire, un finalino 10+10W in classe A a valvole e un finale più potente, sempre a valvole e in Classe A da 35+35W.
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Link utili
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Luigi_Morelli
Definire ciò che si è non risulta mai semplice o intuitivo, in specie quando nella vita si cerca costantemente di migliorarsi, di crescere tanto professionalmente quanto emotivamente. Lavoro per contribuire al mutamento dei settori cardine della computer science e per offrire sintesi ragionate e consulenza ad aziende e pubblicazioni ICT, ma anche perche’ ciò che riesco a portare a termine mi dà soddisfazione, piacere. Così come mi piace suonare (sax, tastiere, chitarra), cantare, scrivere (ho pubblicato 350 articoli scientfici e 3 libri sinora, ma non ho concluso ciò che ho da dire), leggere, Adoro la matematica, la logica, la filosofia, la scienza e la tecnologia, ed inseguo quel concetto di homo novus rinascimentale, cercando di completare quelle sezioni della mia vita che ancora appaiono poco ricche.