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Classe des amplificateurs

- On a coutume de répartir les amplificateurs de sortie en différentes classes selon la structure de l'étage final. Elle détermine pour une bonne part l'efficacité et la qualité, parce que c'est là que se déroule vraiment l'amplification en puissance. Chaque organisation d' amplification se désigne par une lettre de l'alphabet qui n'a aucune relation avec la méthode de fonctionnement. Cela démarre par la classe A
La classe A :
- Nous commençons donc avec la plus simple, mais aussi une des meilleures configurations pour une reproduction de qualité, l'étage final en classe A. Dans sa version de base, nous pourrions y mettre en oeuvre un simple émetteur suiveur (figure 1). Le courant de repos du transistor est égal au maximum du courant alternatif de sortie, le transistor se situe alors au milieu de sa plage de fonctionnement et se contente de conduire plus ou moins selon la tension alternative appliquée. Son rendement est bas, 25 % au maximum, lorsque le signal est maximum, encore moins dans les autres cas. Dans un montage symétrique à deux transistors, le rendement s' améliore, mais il ne dépassera jamais les 50 %.
Amplificateur_la_classe_A
Amplificateur_la_classe_B
La classe B :
- La configuration en classe B fait appel à deux transistors qui conduisent exactement pendant la moitié de la période. Au repos, aucun courant ne circule dans les transistors. Le rendement d'un étage final polarisé en classe s'élève à environ 78 %, mais son principal inconvénient réside dans la distorsion de transition qui survient au moment où la conduction doit passer d'un transistor à l' autre.
La cassure nette au pied de la courbe caractéristique empêche les deux alternances du signal de se raccorder exactement, il s'ensuit de la distorsion de croisement bien connue, une altération très audible de la forme du signal. Pour résoudre ce problème, on a combiné les classes A et B pour donner la classe AB. Il s'agit d'une classe B dans laquelle un petit courant circule au repos, ce qui fait qu'en régime de petits signaux, l'étage final travaille en classe A. La plupart des amplificateurs de puissance actuels utilisent encore cette méthode, avec de nombreuses variantes. Le rendement reste voisin de celui de la classe B.
Amplificateur_la_classe_G
Les classes G et H :
- Hé là ! On a sauté des classes! Oui, mais c'est à dessein. Les classes C, E et F existent aussi, mais ne conviennent guère que pour des applications à haute fréquence, elles sortent quelque peu du cadre de l'audio. Et le concept de la classe D s 'écarte tellement de A et B que nous le traiterons séparément plus loin. Intéressons-nous d'abord aux classes G et H qui ont un point commun important. Sur les deux, la tension d'alimentation s 'adapte à l' amplitude du signal de commande. En classe G (figure 3), la tension d'alimentation se règle continuellement sur la grandeur du signal de sortie désiré.
Depuis l'avènement des alimentations modernes à découpage, il est assez simple de forcer la sortie à calquer une tension d'entraÎnement, à condition évidemment d'aménager la régulation pour que l'alimentation réagisse suffisamment vite au signal de commande de l'étage final. En classe H (figure 4), c' est le même processus qui est utilisé, sauf qu' ici l'alimentation ne varie pas en permanence, mais on commute entre différentes tensions, souvent deux. De cette façon, il est possible de réduire considérablement la dissipation à forte puissance dans l'étage de sortie.
Amplificateur_la_classe_H
Amplificateur_la_classe_D
Classe D :
- Le « D » n'a rien à voir avec « digital », c'est pure coïncidence. Pourtant, l'amplificateur, dans cette technologie, va commuter au rythme d'une modulation en largeur d'impulsion (figure 5). Un comparateur évalue l'écart entre le signal d'entrée et une onde triangulaire, en fonction de quoi il commute 
l' étage final entre le positif et le négatif de la tension d'alimentation. La fréquence de récurrence est très élevée, souvent 10 fois, voire davantage, que la largeur de bande, donc à 200 kHz ou plus. La largeur des impulsions varie ainsi en relation avec le signal d'entrée.
Si nous intercalons un filtre passe-bas derrière l'étage de sortie, il intégrera les impulsions du signal et donnera un signal analogique conforme à celui d'entrée, mais fortement amplifié. Comme le seul travail de l' étage final se résume à une commutation, le rendement est très élevé. Mais cette méthode pèche par certains défauts. Il n'est pas simple de préserver de toute distorsion la forme du signal, il faut absolument un solide filtre de sortie et des mesures drastiques pour assourdir les signaux parasites. Obtenir un faible taux de distorsion exige dans tous les cas l'emploi d'une rétroaction, analogique ou numérique.
Amplificateur_la_classe_S
Amplificateur_la_classe_S
Les classes 5 et T :
- Bien que le principe de l'amplificateur en classe D totalise déjà quelques décennies d'ancienneté, il ne s'est jamais vraiment imposé en Hi-Fi. En cause surtout, le manque de bons semi-conducteurs (FET de puissance rapides) et l'excès de distorsion. Entre-temps, plusieurs constructeurs y sont allés de leurs variations sur le thème, tout en les accompagnant de leurs propres dénominations. Ainsi Crown a imaginé la classe l, Sony a développé sa technologie S-master et Tripath a conçu ses amplificateurs de classe T. Et le bel ordre alphabétique s'est évanoui dans les abréviations choisies par les fabricants. 
Dans la technique S-master, Sony a combiné plusieurs méthodes pour rendre la classe D apte à figurer dans la chaîne Hi-Fi de salon. La conversion en un train d'impulsions dont la largeur reflète la forme du signal incident s'appelle ici C-PLM, modulation de largeur d'impulsion complémentaire. Elle accorde un maximum d' attention à l' affaiblissement de l' instabilité temporelle, par l'emploi d'un signal d'horloge extrêmement précis et d'un circuit (clean data cycle) qui corrige, si nécessaire, la position des impulsions de sortie (cf. figure 6). Une particularité de l'approche Sony, c'est certainement le réglage de volume. En classe D normale, on retrouve la totalité de l'onde carrée en sortie sous une amplitude de 50 à 100 V (Pic à pic). Mais en signaux faibles, il devient très difficile d'éliminer par filtrage les résidus d'impulsions.
- Dans le système Sony, le volume se règle par adaptation de la tension d'alimentation de l'étage final, la variation peut atteindre 50 dB. De cette façon, il n'y a aucune perte d' information à craindre à bas niveau. La firme Tripath a développé une technologie qui, selon ses dires, combine la qualité des classes A et AB tout en affichant un haut rendement de 80 à 90 %. Elle associe des circuits analogiques et numériques ainsi que des algorithmes numériques pour moduler le signal incident par des salves modélisées à haute fréquence. Les algorithmes que Tripath a façonnés dérivent de ceux déjà utilisés en télécommunication, adaptatifs et prédictifs. Sur l'amplificateur Tripath, la majeure partie de l'électronique numérique et analogique est embarquée dans une seule puce, entourée ou non de transistors de sortie, selon la puissance demandée.
La figure 7 en reproduit le bloc-diagramme. Le signal incident est d'abord tamponné par l'étage d'entrée. Il est ensuite appliqué au bloc Digital Power Processing qui contient le processeur de signal adaptatif, un convertisseur numérique, le circuit de silencieux, la protection contre les surcharges et la détection d'erreur. L'étage final de puissance est commandé par la logique de qualification et le haut-parleur y est connecté à travers un filtre de sortie. Grâce à ses algorithmes spéciaux, le processeur de l'amplificateur en classe T est en mesure de tenir compte des caractéristiques spécifiques des transistors de puissance employés: les imperfections de commutation, le défaut de symétrie des transistors complémentaires de sortie, la déformation due aux temps morts et les résidus de commutation dans la bande audio. La fréquence de commutation en classe T s'adapte sans arrêt à la grandeur du signal d' entrée. Aux faibles niveaux, elle est relativement élevée, de l'ordre de 1,2 MHz. C'est tout profit pour la qualité du signal. Lorsque le niveau d'entrée s'élève, la fréquence baisse pour améliorer le rendement. À pleine puissance, la commutation s'opère aux alentours de 200 kHz. Il y a aussi une sorte de réduction de bruit sur les sommets du signal de sortie pour en améliorer la forme. Toutes ces dispositions concourent à donner à l'audiophile la sensation que son amplificateur en classe T reproduit le son comme les modèles analogiques.
Harry Baggen pour Elektor
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