Les amplificateurs de puissance sont classés en fonction de leur mode de fonctionnement, notamment en fonction du segment et de la durée de conduction du cycle d'entrée. Les amplificateurs de puissance sont classés en classes A, AB, C, D et E. Cet article fournira une analyse complète des amplificateurs de classe A.
Amplificateur de classe A
L'amplificateur de puissance de classe A conduit le courant en continu tout au long du cycle du signal d'entrée. En raison de son faible rendement, cette classe d'amplificateurs est moins souvent utilisée dans les étages de puissance plus élevée.
Principe de fonctionnement de l'amplificateur de classe A
L'objectif principal des amplificateurs de classe A est de minimiser la présence de bruit en garantissant que la forme d'onde du signal reste dans la région non linéaire de la caractéristique d'entrée du transistor, à savoir entre 0 V et 0,6 V. La disposition de base d’un amplificateur de classe A est donnée ci-dessous :
Dans les amplificateurs de classe A, une partie importante de la puissance générée par l’amplificateur est dissipée sous forme de chaleur, entraînant un gaspillage. La principale raison du faible rendement des amplificateurs de classe A est la polarisation continue des transistors, qui entraîne un faible flux de courant même en l'absence de signal d'entrée.
Les amplificateurs de classe A peuvent également être directement couplés. Un amplificateur de classe A à couplage direct connecte la charge à la sortie du transistor à l'aide d'un transformateur. Un transformateur de couplage facilite une adaptation d'impédance efficace entre la charge et la sortie, contribuant ainsi largement à une efficacité accrue.
Le circuit comprend des résistances diviseuses de tension R1 et R2, ainsi qu'une résistance de polarisation et un émetteur Re, qui servent à stabiliser le circuit. Un condensateur de dérivation CE et la résistance Re sont connectés en parallèle au niveau de l'émetteur pour réduire les effets transitoires. Le condensateur d'entrée, également appelé condensateur de couplage (Cin), sert à coupler la tension alternative du signal d'entrée à la base du transistor tout en empêchant le courant continu de l'étage précédent de passer.
En principe, le courant circule à travers la charge résistive du collecteur, ce qui entraîne une dissipation du courant continu dans celui-ci. Par conséquent, la puissance en courant continu (CC) est transformée en énergie thermique à l’intérieur de la charge sans générer de puissance en courant alternatif (CA). Cependant, il n'est pas recommandé de transférer directement le courant électrique via le périphérique de sortie. Par conséquent, pour atteindre cet objectif, une configuration spécifique est appliquée en utilisant un transformateur approprié pour établir une connexion entre la charge et l'amplificateur, comme le montre le schéma mentionné ci-dessus.
Adaptation d'impédance
Le processus d'adaptation d'impédance implique de modifier l'impédance de sortie de l'amplificateur de manière à correspondre à son impédance d'entrée.
L'adaptation d'impédance peut être obtenue en sélectionnant soigneusement le nombre de tours dans l'enroulement principal pour garantir que son impédance totale correspond à celle de l'impédance de sortie du transistor. De même, le nombre de tours dans l'enroulement secondaire doit être choisi pour créer une impédance nette qui correspond également à l'impédance d'entrée.
Caractéristiques de sortie
Sur la base du diagramme ci-dessous, il est évident que le point Q est précisément positionné au milieu de la ligne de charge CA et que le transistor reste conducteur tout au long de la forme d'onde d'entrée. Le rendement maximum est de 50 % dans les amplificateurs de classe A.
Dans les applications pratiques, l'efficacité du système peut être considérablement réduite, potentiellement jusqu'à 25 %, en raison de facteurs tels que le couplage capacitif et la présence de charges inductives telles que des haut-parleurs. En d’autres termes, près de 75 % de l’énergie est gaspillée dans l’amplificateur. Une partie importante de la dissipation de puissance se produit sous forme de chaleur à l’intérieur des composants actifs, en particulier les transistors.
Conclusion
Les amplificateurs de classe A amplifient et conduisent le signal d'entrée complet en sortie. Ils fonctionnent sans aucune interruption et ont une configuration très simple. Cependant, en raison d'un fonctionnement continu, ils sont sujets à des pertes de puissance et nécessitent des dissipateurs thermiques pour atténuer les effets de chaleur.