Amplificateurs classe A vs AB vs D : les principales différences
La classe d’un amplificateur décrit la façon dont les transistors de sortie fonctionnent. La classe A fait circuler du courant dans le transistor pendant toute la période du signal : la distorsion est minimale, mais l’amplificateur consomme de la puissance même sans signal et son rendement n’est, même en théorie, que de 25 % ou 50 %. La classe AB reprend la classe B, où deux transistors se partagent les demi-périodes positive et négative, en y ajoutant un faible courant de repos pour limiter la distorsion de croisement ; son rendement approche le maximum théorique de la classe B, environ 78,5 %. La classe D commute les transistors en tout ou rien et reconstitue le signal d’origine à partir d’impulsions, par exemple PWM, à l’aide d’un filtre, ce qui donne un rendement élevé d’environ 90 % à forte puissance.
| Critère | Classe A | Classe AB | Classe D |
|---|---|---|---|
| Principe | Un courant circule en permanence dans le transistor (zone linéaire) et varie en fonction du signal | Deux transistors en push-pull se partagent les demi-périodes positive et négative. Un faible courant de repos circule | Les transistors fonctionnent en interrupteurs ; le signal est converti en impulsions (PWM, etc.), amplifié, puis reconstitué par un filtre passe-bas LC |
| Angle de conduction (durée pendant laquelle un transistor conduit) | 360° (toute la période) | Supérieur à 180° et inférieur à 360° (classe B : 180°) | Fonctionnement en tout ou rien, donc pas de classement par angle de conduction |
| Rendement maximal théorique | 25 % (charge résistive en série). 50 % avec un couplage par transformateur ou par self | Un peu inférieur aux environ 78,5 % (π/4) de la classe B | 100 % avec des interrupteurs idéaux. En pratique, environ 90 % à forte puissance |
| Rendement à faible puissance | Très faible. Consomme la même puissance même sans signal | Diminue avec la puissance de sortie, mais reste bien meilleur qu’en classe A | Reste facilement élevé (à très faible puissance, la part des pertes de commutation augmente) |
| Distorsion | La plus faible. Pas de distorsion de croisement | Faible. Le courant de repos et la contre-réaction limitent la distorsion de croisement | Distorsion due au temps mort, aux imperfections de commutation et aux variations de l’alimentation. Réductible, notamment par contre-réaction |
| Échauffement | Le plus élevé. Maximal en l’absence de signal | Moyen. Un dissipateur est souvent nécessaire | Faible. Le dissipateur peut être réduit, voire supprimé |
| Bruit et CEM | Pas de bruit de commutation | Pas de bruit de commutation | Perturbations électromagnétiques dues à la commutation de quelques centaines de kHz à quelques MHz. Attention au filtre de sortie et au câblage |
| Circuit et composants | Simple. Réalisable avec un seul transistor | Paire de transistors de sortie et circuit de polarisation | Modulateur d’impulsions, circuit de commande de grille et filtre de sortie (bobine et condensateur) |
| Usages typiques | Amplification de petits signaux, préamplificateurs, étages pilotes attaquant l’étage suivant, certains équipements audio haut de gamme | Amplificateurs de puissance audio, amplificateurs pour casque, étages de sortie d’amplificateurs opérationnels | Haut-parleurs de smartphones et de téléviseurs, autoradios, enceintes portables, amplificateurs de forte puissance |
Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.