Gli amplificatori di potenza sono classificati in base al modo in cui funzionano, in particolare in base al segmento e alla durata della conduzione del ciclo di ingresso. Gli amplificatori di potenza sono classificati in Classe A, AB, C, D ed E. Questo articolo fornirà un'analisi completa degli amplificatori di Classe A.
Amplificatore di classe A
L'amplificatore di potenza di Classe A conduce corrente continuamente durante l'intero ciclo del segnale di ingresso. A causa della sua bassa efficienza, questa classe di amplificatori viene utilizzata meno spesso negli stadi di potenza più elevati.
Principio di funzionamento dell'amplificatore di classe A
Lo scopo principale degli amplificatori di classe A è ridurre al minimo la presenza di rumore garantendo che la forma d'onda del segnale rimanga all'interno della regione non lineare della caratteristica di ingresso del transistor, ovvero tra 0 V e 0,6 V. La disposizione di base dell'amplificatore di classe A è la seguente:
Negli amplificatori di classe A, una parte significativa della potenza generata dall'amplificatore viene dissipata sotto forma di calore, con conseguente spreco. La ragione principale della bassa efficienza degli amplificatori di classe A è la continua polarizzazione dei transistor, che provoca un piccolo flusso di corrente anche in assenza di segnale di ingresso.
Gli amplificatori di classe A possono anche essere accoppiati direttamente. Un amplificatore di classe A ad accoppiamento diretto collega il carico all'uscita del transistor utilizzando un trasformatore. Un trasformatore di accoppiamento facilita l'adattamento efficace dell'impedenza tra carico e uscita, contribuendo così in modo determinante ad aumentare l'efficienza.
Il circuito comprende resistori divisori di tensione R1 e R2, nonché un resistore di polarizzazione e un emettitore Re, che servono a stabilizzare il circuito. Un condensatore di bypass CE e il resistore Re sono collegati in parallelo all'emettitore per ridurre gli effetti transitori. Il condensatore di ingresso, noto anche come condensatore di accoppiamento (Cin), serve ad accoppiare la tensione CA del segnale di ingresso alla base del transistor impedendo al contempo il passaggio della corrente CC proveniente dallo stadio precedente.
In linea di principio, il flusso di corrente avviene attraverso il carico resistivo del collettore, con conseguente dissipazione di corrente continua in esso. Pertanto, la potenza in corrente continua (CC) viene trasformata in energia termica all'interno del carico senza generare potenza in corrente alternata (CA). Tuttavia, non è consigliabile trasferire direttamente la corrente elettrica attraverso il dispositivo di uscita. Pertanto, per raggiungere questo obiettivo, viene applicata una configurazione specifica utilizzando un opportuno trasformatore per stabilire un collegamento tra il carico e l'amplificatore, come mostrato nello schema sopra menzionato.
Corrispondenza di impedenza
Il processo per ottenere l'adattamento dell'impedenza comporta la modifica dell'impedenza di uscita dell'amplificatore in modo tale da corrispondere alla sua impedenza di ingresso.
L'adattamento dell'impedenza può essere ottenuto selezionando attentamente il numero di spire nell'avvolgimento principale per garantire che la sua impedenza totale corrisponda a quella dell'impedenza di uscita del transistor. Allo stesso modo, il numero di spire nell'avvolgimento secondario deve essere scelto per creare un'impedenza di rete che corrisponda anche all'impedenza di ingresso.
Caratteristiche di uscita
In base al diagramma seguente, è evidente che il punto Q è posizionato precisamente nel punto medio della linea di carico CA e il transistor rimane conduttivo lungo tutta la forma d'onda di ingresso. L'efficienza massima è del 50% negli amplificatori di classe A.
Nelle applicazioni pratiche, l'efficienza del sistema può essere significativamente ridotta, potenzialmente fino al 25%, a causa di fattori quali l'accoppiamento capacitivo e la presenza di carichi induttivi come gli altoparlanti. In altre parole, quasi il 75% della potenza viene sprecata all'interno dell'amplificatore. Una parte significativa della dissipazione di potenza avviene sotto forma di calore all'interno dei componenti attivi, in particolare nei transistor.
Conclusione
Gli amplificatori di Classe A amplificano e conducono l'intero segnale di ingresso in uscita. Funzionano senza interruzioni e hanno una configurazione molto semplice. Tuttavia, a causa del funzionamento continuo, sono soggetti a perdite di potenza e richiedono dissipatori di calore per mitigare gli effetti del riscaldamento.