Qual é a diferença entre Classe A, Classe B e Classe D?

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Qual é a diferença entre Classe A, Classe B e Classe D?

Se você seguiu a tecnologia de amplificador de potência por algum tempo, deve ter notado a menção de "classe", como Classe A, Classe AB, etc.,. Esses termos não se referem à qualidade, mas ao parâmetro operacional da saída seção. A maioria dos estágios de saída do amplificador de potência opera em uma configuração push-pull, onde a energia é fornecida por duas fontes de alimentação em cada lado do terra, ou zero volts. (Há alguns que não, mas são relativamente não lineares e não precisam ser considerados aqui).

Classe B

Operando em push-pull, os transistores de saída compartilham a carga e, teoricamente, são obrigados a trabalhar apenas quando o sinal oscila para longe do solo, na direção positiva ou negativa. Se os transistores forem completamente desligados na saída zero e só começarem a conduzir quando houver sinal, isso é definido como operação de Classe B. Esta é uma maneira eficiente de operar a saída, e o amplificador funciona frio sem sinal, mas há uma desvantagem; Os dispositivos de saída sempre possuem algum tempo de retardo em sua operação, e assim surge uma pequena mas potencialmente irritante zona morta, chamada de "distorção cruzada", no ponto zero. Embora esta não linearidade de crossover não acrescente necessariamente grandes quantidades aos números de distorção (0,05% é provavelmente típico), é fácil ouvir.

Classe AB

Felizmente, a distorção cruzada pode ser reduzida a proporções desprezíveis pelo simples expediente de operar os transistores de saída "polarizados" levemente "ligados" na marcha lenta, de modo que comecem a conduzir antes que a saída passe do ponto zero. Quando um amplificador executa esse mecanismo de saída polarizado, ele é referido como "Classe AB". Quantidades moderadas de polarização são tudo o que é necessário e, como produz apenas um pouco de calor, esse tipo de amplificador ainda é razoavelmente eficiente. A distorção cruzada tem várias maneiras de mostrar sua pequena cabeça feia, no entanto, mesmo se houver uma boa quantidade de polarização presente, então a engenharia deste tipo de amplificador deve ser muito exata e precisa para fornecer a distorção mais baixa em todas as frequências . Se feito corretamente, no entanto, não há nenhum tipo de amplificador mais preciso ou com menor distorção disponível; 0,01% é típico e 0,001% é atingível.

Classe A

Alguns engenheiros preferem não ter que lidar com a possibilidade de distorção cruzada em seus projetos e escolhem outro sistema de polarização, denominado "Classe A", onde os transistores de saída são polarizados tanto que conduzem continuamente mais do que a corrente de carga total , mesmo em modo inativo. Portanto, eles nunca são "ligados" ou "desligados", teoricamente evitando a distorção de crossover.

Infelizmente, este sistema operacional tem algumas desvantagens óbvias (e algumas não tão óbvias). Operar tanta corrente gera uma quantidade enorme de calor, então o amplificador não é apenas ineficiente, é grande e caro, devido aos enormes mecanismos de dissipação de calor necessários. Consequentemente, isso aquece toda a sala como um efeito colateral. (Bom no inverno, mas lembre-se de que o aquecimento elétrico é o tipo mais caro que existe).

Uma desvantagem não tão óbvia com projetos de classe A é que essa alta corrente ociosa tem consequências para os níveis de distorção muito além da eliminação teórica de artefatos de crossover (o que mesmo em si é discutível). Os transistores possuem vários tipos de mecanismos de distorção, entre os quais os desvios da linearidade sob condições de alta tensão e alta corrente simultâneas. Esses são, é claro, os parâmetros exatos necessários para a operação de classe A, e um amplificador de classe A típico executa níveis de distorção pelo menos 10 vezes, e muitas vezes mais de 100 vezes, tão alto quanto um amplificador de classe AB de potência semelhante, ou cerca de 0,1% . Uma inspeção cuidadosa do espectro de distorção também revela que todos os harmônicos são aumentados, incluindo aqueles representados pela distorção cruzada para a qual a operação de classe A foi direcionada em primeiro lugar!

Classe D

Indo na outra direção, a Classe D oferece alta eficiência por meio de uma abordagem muito diferente para a operação de saída. Classe D, muitas vezes erroneamente considerada como "amplificação digital", é na verdade um sistema analógico que varia a largura do ciclo de trabalho superior versus inferior de uma frequência portadora de onda quadrada. O amplificador ainda passa de tensões negativas para positivas e vice-versa, mas o faz continuamente, em uma alta frequência de talvez 500 kHz. O tempo que ele passa em um extremo ou outro é proporcional ao lugar geométrico, ou relação exata tensão-tempo, do sinal desejado naquele momento.

Uma vez que os dispositivos de saída passam quase todo o seu tempo em full-on ou full-off (áreas de dissipação mínima absoluta), a eficiência é muito alta, de 80 a 90%. Portanto, esses amplificadores produzem muito pouco calor e não precisam ser tão pesados ou grandes quanto os amplificadores de classe AB típicos (para não falar dos monstros de classe A)! Existem desvantagens naturais também. A classe D, por definição, usa sinais de RF muito grandes e deve ser blindada e bem filtrada para evitar interferência e saídas que danificam os alto-falantes. Isso, por sua vez, prejudica a linearidade geral, além de aumentar o custo, portanto, essa não é uma tecnologia barata. A distorção geral está geralmente no mesmo nível da amplificação Classe A; bom, mas não ótimo, em torno de 0,1% ou mais. Se a eficiência é o seu requisito, porém, este é o caminho a seguir.