Definizione semplice di un amplificatore in Classe D

Un amplificatore in Classe D è un circuito elettronico ad alta efficienza progettato per aumentare la potenza dei segnali in entrata. Il suo principio operativo è diverso dalle altre classi di amplificatori, commutando bruscamente i suoi transistor di uscita o completamente accesi o spenti. Fino a poco tempo fa, questo comportamento rendeva gli amplificatori Classe D troppo rumorosi per audio e musica, ma miglioramenti al circuito ne hanno fatto una parte comune dei moderni sistemi home theater.

Classi di amplificatori

Gli ingegneri hanno organizzato i design degli amplificatori in diverse classi, ciascuna designata con una lettera. Man mano che le lettere salgono nell'alfabeto, l'efficienza energetica dell'amplificatore aumenta, ma anche la sua distorsione. Un amplificatore Classe A, per esempio, ha bassa distorsione ma scarsa efficienza. La distorsione di un amplificatore Classe AB non è molto peggiore di quella di una Classe A ma ha efficienza molto migliore. Tradizionalmente, queste due classi sono state la base dell'audio consumer. Classe B e C sono più efficienti ma hanno troppa distorsione per un ascolto piacevole. Un megafono, pilotato da un amplificatore Classe B o C, produce efficientemente un suono forte, anche se è buono solo per parlato semplice, non musica. I primi amplificatori Classe D erano adatti per applicazioni scientifiche e industriali ma distorcevano il suono al punto da renderlo irriconoscibile.

Efficienza dell'amplificatore

Determini l'efficienza di un amplificatore audio confrontando la potenza elettrica che consuma con la potenza che fornisce all'altoparlante. Un amplificatore ideale invia all'altoparlante tanto quanto ne usa, ma gli amplificatori reali vanno dal 15 al 95 percento di efficienza. Un amplificatore Classe A, essendo all'estremo basso della scala di efficienza, può erogare 1-2 watt a un altoparlante mentre ne consuma 10.

Caratteristiche della Classe D

I segnali audio sono onde continue come increspature in uno stagno. Un amplificatore Classe A segue le curve crescenti e decrescenti dei segnali in entrata e produce un'uscita che rispecchia l'ingresso ma con un grande aumento di potenza. Una Classe D, al contrario, commuta la sua uscita completamente accesa quando il segnale di ingresso aumenta oltre una soglia di tensione e scende a zero quando l'ingresso diminuisce sotto il valore soglia. Il segnale di uscita, mentre più potente dell'ingresso e con la stessa frequenza, è molto aspro.

Classe D ad alta frequenza

Gli amplificatori audio Classe D aggirano i limiti del design aggiungendo alcune caratteristiche complesse. L'amplificatore usa un mix di due segnali: un ingresso audio e un generatore di segnale con una frequenza fissa di 200 kHz o superiore. Il circuito amplifica entrambi i segnali e filtra l'alta frequenza dall'uscita. Il risultato finale è un potente segnale musicale con bassa distorsione. La chiave del successo dell'amplificatore Classe D ad alta frequenza è l'uso di circuiti integrati (o IC) per il generatore di segnale e altri componenti chiave. Gli IC rendono il design affidabile e accessibile nonostante la sua complessità.