Définition simple d'un amplificateur de classe D

Un amplificateur de classe D est un circuit électronique à haut rendement conçu pour augmenter la puissance des signaux entrants. Son principe de fonctionnement diffère des autres classes : il commute brutalement ses transistors de sortie soit complètement « allumés » soit complètement « éteints ». Jusqu'à récemment, ce comportement rendait les amplis de classe D trop bruyants pour l'audio et la musique, mais les améliorations apportées au circuit en ont fait un élément courant des systèmes home-cinéma modernes.

Classes d'amplificateurs

Les ingénieurs ont classé les conceptions d'amplificateurs en plusieurs classes, chacune désignée par une lettre. Plus la lettre avance dans l'alphabet, plus le rendement énergétique augmente, mais plus la distorsion augmente aussi. Un amplificateur de classe A a par exemple une faible distorsion mais un mauvais rendement. Un amplificateur de classe AB a une distorsion pas beaucoup pire que la classe A mais un bien meilleur rendement. Traditionnellement, ces deux classes sont la base de l'audio grand public. Les classes B et C sont plus efficaces mais trop distordues pour une écoute agréable. Un porte-voix, piloté par un amplificateur de classe B ou C, produit efficacement un son fort, mais seulement bon pour la parole simple, pas la musique. Les premiers amplificateurs de classe D convenaient aux applications scientifiques et industrielles mais distordaient le son au point de le rendre méconnaissable.

Rendement des amplificateurs

On détermine le rendement d'un amplificateur audio en comparant la puissance électrique qu'il consomme à celle qu'il délivre au haut-parleur. Un amplificateur idéal enverrait au haut-parleur autant qu'il en consomme, mais les amplis réels varient entre 15 et 95 % de rendement. Un amplificateur de classe A, au bas de l'échelle, peut ne délivrer que 1 à 2 watts au haut-parleur pour 10 watts consommés.

Caractéristiques de la classe D

Les signaux audio sont des ondes continues comme des vagues dans un étang. Un amplificateur de classe A suit les courbes montantes et descendantes du signal entrant et produit une sortie qui miroite l'entrée avec une grande augmentation de puissance. Un amplificateur de classe D, par contraste, commute sa sortie complètement « allumée » quand le signal entrant dépasse un seuil de tension, et la fait tomber à zéro quand le signal descend sous ce seuil. Le signal de sortie, bien que plus puissant que l'entrée et de même fréquence, est très abrupt.

Classe D à haute fréquence

Les amplificateurs audio de classe D contournent les limites de la conception en ajoutant des fonctionnalités complexes. L'amplificateur utilise un mélange de deux signaux : une entrée audio et un générateur de signal à fréquence fixe de 200 kHz ou plus. Le circuit amplifie les deux signaux et filtre la haute fréquence à la sortie. Le résultat final est un signal musical puissant avec faible distorsion. La clé du succès de l'amplificateur de classe D à haute fréquence est l'utilisation de circuits intégrés (CI) pour le générateur de signal et autres composants clés. Les CI rendent la conception fiable et abordable malgré sa complexité.