Efficienza, distorsione, dissipazione del calore. Parametri importanti di cui tenere conto quando si deve scegliere un nuovo amplificatore e che dipendono dalla classe di amplificazione
Le classi di amplificatori rappresentano l’identità delle prestazioni e delle caratteristiche di un amplificatore dal momento che diversi tipi di amplificatori danno risposte diverse quando la corrente vi passa attraverso. In base alle loro specifiche, agli amplificatori vengono assegnate lettere che rappresentano le loro classi. Esistono diverse classi di amplificatori a partire da A, B, C, AB, D, E, F fino a T, anche se oggi quelle più comunemente utilizzate in ambito hi-fi sono A, B e AB (la classe C non è utilizzata in ambito hi-fi, in quanto introduce troppa distorsione nel segnale audio).
Altre classi, come quella D (anch’essa molto utilizzata oggi ma meno “audiofila” delle altre), indicano amplificatori moderni che utilizzare le topologie di commutazione e la tecnica PWM (Pulse Width Modulation) per pilotare il carico in uscita. A volte, alla versione migliorata delle classi tradizionali viene assegnata una lettera per classificarle come una diversa classe di amplificatore come nel caso della classe G, che indica un’amplificazione modificata della classe B o AB.
Le classi rappresentano la proporzione del ciclo di ingresso quando la corrente passa attraverso l’amplificatore. Il ciclo di ingresso è l’angolo di conduzione che deriva dalla conduzione dell’onda sinusoidale nell’ingresso dell’amplificatore. Se l’amplificatore è sempre acceso durante un ciclo, l’angolo di conduzione sarà di 360 gradi. Quindi, se un amplificatore fornisce un angolo di conduzione di 360 gradi, ha utilizzato il segnale di ingresso completo e l’elemento attivo ha un ciclo sinusoidale completo. Concetti forse un po’ astrusi ai neofiti, ma che sono importanti per capire le differenze tra le diversi classi di amplificazione.
Amplificatore di classe A
Un amplificatore di classe A è un amplificatore ad alto guadagno con elevata linearità. In caso di amplificatore di classe A, l’angolo di conduzione è di 360 gradi e ciò significa che il dispositivo amplificatore rimane attivo per tutto il tempo e utilizza il segnale di ingresso completo.
Grazie a questa funzione di attivazione continua, l’amplificatore di classe A offre una migliore stabilità dell’alta frequenza e del circuito di feedback. Oltre a questi vantaggi, l’amplificatore di classe A è facile da costruire, richiedendo pochi componenti. Di contro, a causa della natura conduttiva continua, l’amplificatore di classe A introduce un’elevata perdita di potenza. Inoltre, a causa dell’elevata linearità, soffre di distorsioni e rumori. L’alimentatore e la struttura del bias richiedono quindi un’attenta selezione dei componenti per evitare rumori indesiderati e ridurre al minimo la distorsione.
A causa dell’elevata perdita di potenza, un amplificatore di Classe A emette inoltre molto calore e richiede di conseguenza uno spazio maggiore per la sua dissipazione. L’efficienza è infatti molto scarsa negli amplificatori in Classe A e varia dal 25 al 30%. L’efficienza può però essere migliorata con alcune particolari configurazioni, ma non si supera mai il 45-50% e quindi è adatta solo per un’amplificazione a basso segnale o a basso livello di potenza.
Amplificatore di classe B
L’amplificatore di Classe B è un po’ diverso da quello di Classe A. Viene creato utilizzando due dispositivi attivi che conducono metà del ciclo effettivo, cioè 180 gradi. Questi due dispositivi attivi vengono polarizzati uno per uno durante il semiciclo positivo e negativo dell’onda sinusoidale e, come risultato, otteniamo un ciclo completo.
Ogni dispositivo si è acceso o è diventato attivo per metà del ciclo e grazie a questo l’efficienza viene migliorata rispetto a quella del 25-30% dell’amplificatore in Classe A, arrivando teoricamente a oltre il 60%. La dissipazione del calore è quindi ridotta al minimo in questa classe e non vi è necessità di uno spazio particolarmente ampio per dissipare il calore.
Il limite principale di questa classe è la cosiddetta distorsione di crossover. Poiché due dispositivi forniscono ciascuna metà delle onde sinusoidali che sono combinate e unite attraverso l’uscita, c’è una discrepanza (crossover) nella regione dove le due metà sono combinate. Questo perché quando un dispositivo completa il mezzo ciclo, l’altro deve fornire la stessa potenza quasi nello stesso momento in cui l’altro termina il lavoro. Questo limite influisce negativamente su applicazioni che richiedono amplificatori audio di precisione.
Amplificatore di classe AB
Un approccio alternativo per superare la distorsione di crossover consiste nell’utilizzare un amplificatore di classe AB, che sfrutta l’angolo di conduzione intermedio di entrambe le classi A e B. Come la classe B, anche quella AB ha la configurazione con due dispositivi attivi, ma ogni dispositivo è polarizzato in modo diverso per far sì che non si spenga completamente quando non è utilizzato. Grazie a questa tecnica di polarizzazione, la distorsione di crossover viene drasticamente ridotta.
Ma in questa configurazione l’efficienza è ridotta in quanto la linearità dei dispositivi è compromessa. L’efficienza rimane superiore all’efficienza del tipico amplificatore di Classe A, ma è inferiore al sistema di amplificazione di Classe B.
Amplificatore di classe D
L’amplificatore di classe D è un amplificatore a commutazione che utilizza la Pulse Width Modulation o PWM. L’angolo di conduzione non conta in tal caso poiché il segnale di ingresso diretto viene modificato con una larghezza di impulso variabile. In questo sistema di amplificazione il guadagno lineare non è accettato, in quanto il sistema funziona proprio come un tipico interruttore che ha solo due operazioni, ON o OFF.
Prima di elaborare il segnale di ingresso, il segnale analogico viene convertito in un flusso di impulsi mediante varie tecniche di modulazione e quindi applicato al sistema di amplificazione. Poiché la durata degli impulsi è correlata al segnale analogico, viene nuovamente ricostruita utilizzando un filtro passa basso attraverso l’uscita.
L’amplificatore di classe D è il più efficiente dal punto di vista energetico e ha una minore dissipazione del calore (richiede quindi un piccolo dissipatore), ma non offre una qualità prettamente “audiofila” (la distorsione è infatti più alta di un classe A/B). L’efficienza teorica è del 100%, ma nella pratica questo valore si riduce al 94%, che rimane un valore comunque eccellente.
Determinare dopo queste spiegazioni quale classe sia la migliore dipende interamente dalle vostre esigenze. Se state cercando la massima fedeltà del suono, gli amplificatori di classe A sono i migliori, ma sono i meno efficienti. Gli amplificatori di classe B sono un passo avanti in termini di efficienza, ma il loro principale svantaggio è la distorsione. La classe AB raggiunge un ottimo equilibrio tra efficienza e qualità, tuttavia questi amplificatori sono un po’ costosi. Se cercate invece la massima efficienza possibile, vi consigliamo di optare per un amplificatore di classe D, sebbene (come già detto) l’alta fedeltà non sia uno dei punti forti di questa classe.
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