LA CLASSE DES AMPLIS DE PUISSANCE HI-FI

Les éléments actifs d'un amplificateur de puissance( tubes ou transistors peuvent etre polarisés de différents façons.) On définit alors suivant le mode de fonctionnement ce qu'on apelle des ( classes de polarisation).Celles-ci se distinguent principalement par leur type d'utilisation,amplification basse fréquence ou haute fréquence,et par leur rendement,paramètre essentiel qui conditionne le poids,l encombrement,la dissipation d énergie,et par conséquent le prix.

LES DIFFERENTES CLASSES

Elles sont au nombre de sept: A,B,C,D,E,F,G,H,et se caractérisent par l angle de passage du signal sinusoidal appliqué à une entrée de cet élément actif considéré.

Classe A

Le signal est intégralement transmis:l angle de passage θ est égal à 2 Π ( figure 1).Une amplification est éffectuée par des éléments actifs qui traitent un ensemble du signal.Un ampli polarisé en classe A fonctionne donc toujours en régime linéaire, toutes les valeurs que prend le signal sont traitées de la même façon à condition de ne pas etre en régime de saturation.

Classe B

L angle de passage est égal à Π,le signal n est donc pas transmis intégralement,seule une alternance positive ou négative est transmise.( figure 2). Un simple étage utilisant un élément polarisé en classe B ne peut donc pas être linéaire,cependant il existe deux montages permettant d obtenir un fonctionnement linéaire.a)

Montage symétrique classe B

Amplificateur sélectif classe B

Classe C

L angle de passage θ est par définition inférieur à Π et dépend de l amplitude du signal d entrée ( figure 5).Un étage amplificateur polarisé en classe C ne permettra jamais un fonctionnement linéaire.La classe C est utilisée pour les étages hautes fréquences sélectifs de puissance pour son rendement ( supérieur à 80 %). La polarisation en classe C permet aussi d éffectuer des étages doubleurs ou tripleurs de fréquences en accordant le filtre sur 2 fois ou 3 fois la fréquence du signal d entrée.

Classe D et E

Il s agit en fait de modulation d impulsion en largeur.Ici les éléments actifs comme les transistors ne fonctionnent plus comme des générateurs de courant ( cas des étages en classe B et C ) mais comme des interrupteurs: -A L état saturé,ils se comportent idéalement comme un court-circuit connectant la charge directement aux bornes de la source d alimentation. -A L état bloqué, l interrupteur est ouvert: le transistor présente entre ses bornes de sortie une impédance électriquement infinie : aucun courant ne la traverse ( figure 6). Si l on suppose que le passage de l état ( 1 )à l état ( 0 ) s éffectue instantanément ( temps de commutation nul ),aucune puissance ne se trouve dissipée dans le transistor: Pd=U ce I c = 0 condition qui conduit à un rendement de 100% .Dans la pratique les temps de commutation ne sont pas nuls si faibles soient-ils. Il existe donc simultanément une tension U ce et un courant ic importants, d ou une puissance dissipée dont la valeur moyenne Pd augmente avec les temps de commutation.Un rendement de l ordre de 80% à 85% peut-être obtenu avec un amplificateur en classe D. Le signal de commutation des transistors est un signal dont la largeur de chaque impulsion est fonction de l amplitude du signal d entrée à un instant donné ( Pulse Width Modulation.PWM) ( figure 7).Après amplification la démodulation est éffectuée directement dans la charge redonnant le signal d'origine amplifié.

AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE CHAQUE CLASSE

Le principal paramètre qui entre en jeu dans la conception d'un amplificateur de puissance est son rendement.Comme nous l'avons vu les éléments actifs absorbent une partie de l énergie qu ils transforment en chaleur.( ce qui justifie l utilisation de radiateurs ou ventilateurs). Plus cette énergie est importante et plus l amplificateur consomme de puissance électrique ,d ou des alimentations surdimentionnées qui prennent de la place et du poids.Les amplis en classe A par exemple ,bien qu ils soient simples de conception ont un rendement qui ne peut dépasser les 50%. C est-à dire que la moitié de la puissance électrique consommée est transformée en chaleur.Le seul avantage de ces amplis est leur linéarité quasi pafaite due à l utilisation d'un seul ensemble d'éléments actifs.Les amplificateurs en classe B,les plus utilisés dans le domaine audio basse fréquence,bénéficient d un rendement meilleur pouvant aller jusqu à 78% maximum.De plus,la bande de fréquence transmise n est limitée que par les performances des éléments actifs et par les caractéristiques des circuits de liaison.La classe C bien qu'ayant un rendement supérieur à 80% n est utilisée en BF du fait de sa non linéarité. On retrouve ce type d amplificateur essentiellement en HF.L augmentation du cout de l'énergie est un des facteur qui justifient la recherche de procédés d amplification de puissance à haut rendement surtout en HF.L accroissement du rendement de 80% à 90% par exemple, réduit la dissipation de puissance de la moitié environ ce qui permet: -à dissipation égale,de doubler la puissance utile de sortie,ou encore; -de réduire le volume,le poids et le prix des refroidisseurs pour une puissance donnée. Les classes D et E permettent d'obtenir de tels rendements.Essentiellement utilisées en amplification HF on commence cependant à voir appliquer leurs principes au domaine BF,exemple l ampli POWER MACK 1. ( Texte de Bruno Bertand ,issu de la revue le Haut Parleur 1979 environ )