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Il Gazebo Audiofilo

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    zanzara
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    Post  zanzara on Wed Jan 06, 2010 2:41 pm

    Ma quante classi ci sono negli ampli
    Parliamo un po' delle classi degli amplificatori. Se ne sente parlare senza avere idea di cosa siano. E spesso, grazie ad internet, si leggono sovente strafalcioni, sui quali è bene fare un po' di chiarezza, in modo che l'utente non sia ingannato da parametri non chiari e sopratutto: da giudizi volutamente depistanti, grazie all'intervento di marketing di molte case costrutttrici, ergo: volontaria disinformazione. La spiegazione che seguirà è fatta di proposito all'acqua di rose, per facilitare la comprensione a chi, di elettronica, non ha dimestichezza ma desidera in ogni caso avere un'idea di quello che si sta dicendo. Gli amplificatori hanno un'unica funzione teorica: amplificare un segnale posto al loro ingresso. L'amplificazione consiste nell'incremento di un parametro del segnale: l'ampiezza.
    Un'amplificatore ideale, quindi, moltiplica il segnale di ingresso per un determinato fattore ( Guadagno ) in modo da riproporlo in uscita amplificato.

    In pratica tutto questo accade, ma l'amplificatore introduce qualche lievissima distorsione. È così lieve, che possiamo trascurarla e pensare un amplificatore come fosse ideale. Ma come fa un amplificatore ad amplificare ? Il principio è equivalente a quello di una leva ( in meccanica ), ove si applica la forza in punto di essa, la forza è moltiplicata per il braccio della leva ( distanza dal punto di applicazione della forza dal fulcro ), e dall'altra parte, sul braccio più corto, si ha l'ottenimento di una forza maggiore, talmente grande, da poter sollevare un peso ben maggiore di quello che la forza applicata alla leva, potrebbe sollevare se applicata invece direttamente alla massa da sollevare senza la leva stessa.La leva è quindi un amplificatore.
    "Datemi una leva che vi solleverò il mondo" In elettronica, per i segnali, si usa un circuito. Questo circuito prende la tensione/corrente di alimentazione posta ai suoi capi, e la fa variare su un carico ( altoparlante, per esempio ), in base alla tensione/corrente del segnale debole, applicata al suo ingresso. Qui si nota che la tensione di alimentazione, pertanto, non puo' e non deve essere considerata una cosa secondaria e non importante. Bensì l'opposto.

    Per realizzare questa "leva elettronica", è necessario un circuito. Sia esso composto da valvole o transistors ( BJT/FET ). Ed il modo, l'architettura usata, con cui si applica questo principio, varia in funzione:


    • Rendimento da ottenere
    • Destinazione d'uso


    Il rendimeno è la percentuale di energia fornita dallo stadio finale, che l'amplificatore riesce a tradurre in segnale utile. Per cui un amplificatore con un rendimento dell'80% è sicuramente più valido di un amplificatore con rendimento del 10%. Meno rendimento ha, maggiore è la corrente che paghiamo all'ENEL e che non viene sfruttata per il segnale audio, ma viene buttata via in dissipazione di calore. Più rendimento ha, meno corrente buttata si ha. Vediamo ora le caratteristiche delle classi di costruzione degli amplificatori.


    CLASSE A


    L'amplificatore più semplice da costruire è in clase A. Il segnale di uscita è la replica perfetta di quello in ingersso. Ma i dispositivi ( valvole o transistors ) sono polarizzati in modo tale, che essi conducono sempre anche in assenza di segnale in ingresso. Conduzione = Consumo = dissipazione di calore = pagamento dell'ENEL. Il rendimento di un classe A è infatti teoricamente attorno al 20-25%. In pratica scende ben al di sotto di questo valore per via delle tolleranze. Quando è richiesta molta potenza, da questo amplificatore, la dissipazione diventa importante. Deve quindi essere raffreddato a dovere, con dissipatori e ventilatori. Non ha, come detto, difficoltà a riprodurre fedelmente un segnale, proprio per la sua semplicità di realizzazione. Ma è altamente antieconomico energeticamente parlando. La maggior parte dei circuiti preamplificatori, proprio per via della semplicità richeista, è tutta in classe A, in quanto non richiedendo potenza da fornire, non è significativo il consumo di corrente ( che in molti casi è ridotto a pochissimi milliampère se non a microampère in sistemi a basso rumore ). Ma negli amplificatori di potenza, questo dato è significativo.


    CLASSE B



    Onde evitare i problemi della classe A, è stata ideata la classe B. In pratica la differenza sta nel circuito dei finali. Si usa una configurazione che puo' essere in push-pull oppure a simmetria complementare. Sono solo configurazioni circuitali. Niente a che vedere con il segnale in sè. Nella classe B, uno dei finali amplifica una semionda del segnale applicato al suo ingresso, e l'altro finale, amplifica l'altra semionda. Questa configurazione ha un rendimento molto più elevato di un amplificatore in classe A. Si è infatti nell'ordine del 75-80%. Il che vuol dire che il 75-80% della bolletta che si paga all'ENEL, usando questo amplificatore, è covertito in energia audio. Il resto è dissipato sotto forma di calore. Mentre, come abbiamo visto, nel classe A, ad essere ottimisti, il rendimento è solo del 20-25% il classe B appare ottimale, ma ha un difetto: SE vi sono variazioni nelle correnti di polarizzazione dei finali, dovute a:




    • Tolleranze dei componenti
    • Cattiva progettazione



    si verifica una distorsione molto particolare ( moooolto ricca di odiose armoniche dispari ): la distorsione di crossover. Di che si tratta ? Semplice: come a

    Figura 1 - Distorsione di cross-over
    bbiamo visto uno dei finali amplifica la semionda positiva e l'altro quella negativa. Se la polarizzazione dei finali per qualsiasi motivo si altera, quando si passa dalla semionda positiva a quella negativa, può esserci un momento in cui nessuno dei due finali è in conduzione. In pratica l'onda risulta interrotta, spezzata, e non continua come quella in ingresso. Questa è la distorsione di Crossover ( vedesi figura ). È veramente fastidiosa a sentirsi ed altro che "zanzarosa" ... È falso dire che tutti gli ampli di classe B hanno questa distorsione ! Se l'amplificatore è progettato bene, con componenti di qualità, questa distorsione non esiste. Ma se anche un ottimo amplificatore in classe B viene fatto ad esempio surriscaldare perchè non ventilato correttamente, i componenti possono uscire dalle tolleranze e quindi questa distorsione si genera subito e rimane sintanto che l'amplificatore non torna a lavorare come dovrebbe.


    CLASSE AB


    Per ovviare all'inconveniente della distorsione di crossover cui la classe B puo' essere affetta, si è creata la classe AB che unisce i vantaggi della classe A per quanto riguarda la fedeltà di riproduzione, ed il rendimento della classe B.

    In pratica il finale interessato all'amplificazione di una semionda, è polarizzato in modo tale che la sua conduzione permane per un certo periodo anche per la semionda succesiva, lavorando contemporaneamente all'altro finale, che sta elaborando l'altra semionda.

    Questo modo di lavorare toglie l'inconveniente della distorsione di crossover definitivamente.
    Dalla classe AB, sono derivate poi le classi AB1 ed AB2, la cui differenza è esclusivamente sul modo di polarizzare i due finali per ottenere lo stesso effetto. In pratica si tratta di piccole migliorie nel modo di polarizzare i finali, che non influiscono sul segnale in modo assoluto. Ne compensano in parte la piccola perdita di efficienza dell'AB pura, dovuta alla conduzione prolungata di uno dei finali durante la semionda in cui l'altro finale deve lavorare. Ma il rendimento complessivo di AB1 e 2 è di poco inferiore ad AB standard.


    CLASSE C



    Il funzionamento in classe C non è lineare. Un segnale applicato all'ingresso di un amplificatore in classe C viene enormemente amplificato indipendentemente dalla distorsione raggiunta in questa fase. Anzi: è enormemente distorto. Il segnale di uscita è molto distorto, pressochè inutilizzabile in audio. Questo amplificatore ha una resa del 90% ed è usato in radio frequenza, per amplificare segnali che vanno poi trasmessi da un'antenna.


    CLASSE D o CLASSE S ( sono equivalenti )


    Questo amplificatore è molto semplice circuitalmente parlando, offre grande potenza in uscita per una contenuta dissipazione di calore, ed ha un rendimento prossimo al 98%.
    Il circuito in classe D è totalmente differente dallo schema Williamson cui sono facenti parti i sistemi in classe B ed AB. Il segnale di ingresso, va a modulare la larghezza degli impulsi ad onda quadra di un generatore. La frequenza di questi impulsi ad onda quadra, è tipicamente 10-20 volte la massima frequenza applicata in ingresso.
    Un filtro passivo posto in uscita, riconverte questi impulsi nel segnale che interessa applicato all'altoparlante. Ha inoltre il vantaggio di poter essere controllato sia da circuiti analogici in ingresso, che digitali. Insomma è altamente versatile, leggero, rende tanto, e consuma il giusto. Il 98% della corrente che paghiamo all'ENEL è usata per avere l'audio sul nostro altoparlante.
    In passato però questo tipo di amplificatore aveva un valore di distorsione piuttosto elevato rispetto alle classi A, B, ed AB ( 1 e 2 ) pertanto non ha fatto presa sul pubblico normale nè tantomeno quello esoterico.
    Ma l'evolversi della tecnologia e della tecnica, ha permesso costruzioni notevoli di questi amplificatori, come ad esempio la Bang & Olufsen, che ha realizzato il sistema ICEPower, che è in classe D, ed è montato nella gamma PDX dell'Alpine, in qualche sistema diversi sistemi della Pioneer come la serie PRS ed altre.
    Oggi è largamente usato per esempio nei sistemi mobili ( autoradio ), ed anche in qualche sistema Hi-Fi.
    L'aspetto negativo della calsse D è il fattore di smorzamento quando viene usato per pilotare dei subwoofers. Questo fattore che è migliore più è alto, nei sistemi in classe D on risulta così elevato, per la presenza del filtro passa basso in uscita. Una parte negativa tutto sommato estremamente accettabile se si pensa che, normalmente, i soobwoofers sono spesso usati in automobili laddove cioè, a fedeltà di riproduzioen puo' subire degradi in percentuale più elevata che non in sistemi casalinghi. Per uno in banda audio normale, il classe D è quello che considero un sistema davvero interessante, specie nell'uso della sua variante, la:


    CLASSE T



    In essa la frequenza degli impulsi ad onda quadra, è variabile in funzione della potenza richiesta in uscita.
    Questo ne migliora, rispetto alla classe D, notevolmente la fedeltà in tutto lo spettro audio.


    CLASSE E/F



    È un amplificatore switching ad alta efficienza per impieghi in radio frequenza. Un transistor viene fatto funzionare come interruttore con un'induttanza all'alimentazione ed una rete RLC verso il carico. Un condensatore evita che la RF vada sull'alimentazione. Ha un'efficienza maggiore dell'amplificatore in classe C per cui dissipa di meno. Il contenuto armonico è pari a quello di un classe B alla frequenza di lavoro, per cui facilmente filtrabile la generazione di armoniche superiori e spurie. Le differenze tra classe E e classe F sono minimali e grosso modo consistono per lo più nel modo in cui il transistor commutatore lavora con la rete RLC.


    CLASSE G


    La classe G è una variante della classe AB. Nella classe G, quando il segnale amplificato è vicino al clipping, la tensione di alimentazione dei finali è aumentata in modo da allontanare il clipping ed incrementare l'headroom dinamica.
    La commutazione avviene tra due livelli di tensione di alimentazione dei finali. Nel funzionamento normale, la tensione rimane ad un valore costante. Quando si raggiunge una certa tensione di


    Figura 2 - Comparazione classe G e H
    soglia, da parte del segnale amplificato, questa tensione viene commutata ad un secondo valore che è più alto del primo. In questo modo il clipping si allontana a tutto guadagno della dinamica.
    Il rendimento teorico di un amplificaotre in classe G è dell'85.9%. Il che significa che l'85.9% di quello che si paga all'ENEL per ascoltare la musica, viene effettivamente convertito in musica ... il resto viene disperso in calore.



    CLASSE H


    La classe H è una variante della classe G. In pratica nella classe H la tensione di alimentazione sui finali rimane costante sino ad un valore di soglia determinato dal segnale amplificato. Sin qui è come la classe G. Ma non appena il segnale supera questo valore di soglia, invece di commutare la tensione di alimentazione dei finali ad un secondo valore fisso come nella classe G, il sistema in classe H fa incrementare poco alla volta la tensione di alimentazione dei finali, seguendo quella del segnale amplificato. Proprio per questo minore spreco di energia, il rendimento di un amplificatore in classe H è maggiore di quello di un classe G ma minore del 100%
    La figura accanto mostra le differenze tra un amplificatore in classe G ed uno in classe H


    CLASSE Z



    La classe Z è un amplificatore con rete di controreazione digitale. Il sistema è brevettato ed è proprietario della Zetex Company.
    Un processore inserito nella catena di retroazione ( detto anche DDFA: Direct Digital Feedback Amplifier ) unisce i pregi della Classe D con i pregi della classe A, offrendo un sistema con una distorsione armonica ( THD N ) pari allo 0.004% ed un range dinamico di 120dB ! Quindi molto meglio anche della classe T.


    COMPONENTI USATI



    Si possono usare valvole, transistors bipolari ( BJT ) o transistors FET. Quanto detto non cambia affatto eccetto che per i rendimenti.
    L'uso dei FET ( nelle famiglie dei MOS FET troviamo appunto gli EXFET ad esempio ) e degli IGBT ( transistors bigiunzione ma con terminale di base funzionante come il gate di mosfet ), si hanno dissipazioni minori e rendimenti maggiori, che non l'uso di normali BJT.
    In ogni caso, non importa di quale specifica famiglia di transistors si stia parlando, questi rendono di più delle valvole termoioniche ( tubi a vuoto ) perchè non hanno il problema del riscaldamento del catodo, che "butta via" diversa potenza al solo scopo di mantenere in funzione il tubo.


    FATTORE DI SMORZAMENTO



    È un valore adimensionale che più alto è: migliore è l'amplificatore. È dato da un rapporto ( divisione ): impedenza altoparlante/impedenza interna dell'amplificatore.
    Tutti gli amplificatori a stato solido ( transistors, FET, IGBT ) hanno un fattore di smorzamento assai più elevato che non quello degli amplificatori valvolari. E questo dato è uno dei costituenti del tallone di achille dei valvolari ( insieme ad efficienza e distorsione nonchè estrema sensibilità al tipo di trasformatore di uscita. Quest'ultimo in alcuni schemi è stato tolto e le valvole si accoppiano direttamente al carico. Sono soluzioni che non ho ancora visto in amplificatori per chitarra, ma in ogni caso non migliora il fattore di smorzamento in modo tale da essere paragonabile a quello di un amplificatore a transistors ).
    Ma tradotto in termini pratici: di che si tratta ?
    Si tratta di questo: è la capacità di un amplificatore a contrastare movimenti residui della membrana dell'altoparlante ( in termini più tecnici: dell'equipaggio mobile del trasduttore ), allorquando il segnale applicato in ingresso dell'amplificatore cessa. Questo movimento è più consistente alle frequenze per cui il sistema dell'altoparlante entra in risonanza
    In parole molto povere: se mettiamo un segnale in ingresso e poi questo segnale finisce, a causa di inerzia, la membrana dell'altoparlante tende a continuare e vibrare per un po', generando un segnale "falso", un segnale che non esiste.
    La capacità di un amplificatore si smorzare questi movimenti parassiti è appunto detta: fattore di smorzamento ( Damping Factor ) e non è identico a tutte le frequenze, appunto perchè il sistema del diffusore, cambia la propria risposta in funzione della frequenza.


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    Re: Classi e classine

    Post  matley on Thu Jan 07, 2010 12:45 pm

    boh....Io sò ripetente...


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    Re: Classi e classine

    Post  Geronimo on Sun May 27, 2012 12:09 pm

    Un ripassino non fa mai male sunny


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    Re: Classi e classine

    Post  Massimo on Sun May 27, 2012 12:35 pm

    Grazie Pippolorosso ci hai fatto fare un ripassino sempre utile ed hai fornito notizie a chi non conosce bene le varie classi degli ampli ed il loro funzionamento. cheers cheers


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    Re: Classi e classine

    Post  marco59 on Sun May 27, 2012 1:45 pm

    Chapeau!!! applausi


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    Re: Classi e classine

    Post  Ospite on Sun May 27, 2012 7:38 pm

    Argomentazione molto esaustiva, una cosa non capisco però,il problema quale è ,il consumo di corrente ,o avere una riproduzione più fedele possibile del segnale applicato all ingresso dell amplificatore??

      Current date/time is Sat Dec 03, 2016 5:40 am