Tutoriel amplificateur de classe D

Les conceptions d'amplificateurs électroniques se classent en catégories générales : classe A, AB, B, etc. Un amplificateur de classe D basique a un meilleur rendement énergétique que la classe AB courante en hi-fi, mais une distorsion sévère. Les récentes améliorations du circuit de classe D ont contourné le problème de distorsion, créant un amplificateur à haut rendement et bonne fidélité.

Circuit de classe D

Un circuit de classe D a une entrée pour accepter un signal, une sortie pour piloter un haut-parleur ou autre charge, et une paire de MOSFET ou autres transistors. Contrairement aux circuits de classe A et AB, qui utilisent un courant de polarisation (bias) pour maintenir les transistors conducteurs pendant le cycle du signal, une conception de classe D n'utilise pas de courant de polarisation. Pendant la demi-période positive du cycle du signal d'entrée, un transistor conduit et l'autre est bloqué. Pendant la demi-période négative, les rôles s'inversent. La sortie de l'amplificateur est une onde de pulsation à la fréquence du signal d'entrée. Seul, le classe D convient à l'amplification d'impulsions mais pas à la musique ou autre matériel audio — la distorsion rend la musique méconnaissable.

Amplification non-linéaire et rendement

Contrairement aux autres classes, les transistors d'un amplificateur de classe D sont soit complètement allumés, soit complètement éteints — le signal de sortie n'est pas une image miroir de l'entrée. La classe D est donc un exemple d'amplification non-linéaire, la sortie n'étant pas proportionnelle à l'entrée. Théoriquement, la classe D permet un rendement de 100 %, délivrant toute sa puissance aux enceintes. En pratique, les transistors dissipent 10 % ou plus de la puissance d'entrée, donnant des rendements de 78 à 90 %. Les classes A et AB gèrent environ 20 % et 50 % respectivement.

Oscillateur haute fréquence

Surprenamment, on trouve des amplificateurs de classe D dans de nombreux systèmes home-cinéma et auto. Une conception innovante utilise le signal d'entrée pour moduler la fréquence d'un oscillateur dont la fréquence nominale est de 200 kHz ou plus. Le circuit de classe D amplifie ce signal mélangé, puis élimine la composante haute fréquence par un filtre passe-bas. Bien fait, la fidélité audio de l'amplificateur rivalise avec celle des conceptions de classe AB.

Complexité et coût

Avec l'ajout de l'oscillateur, du filtre et d'autres circuits, l'amplificateur de classe D devient bien plus complexe qu'un classe A ou AB, qui n'utilisent qu'une poignée de composants. Implémenter une classe D avec composants discrets donnerait un amplificateur cher et compliqué. Heureusement, les circuits intégrés réduisent la complexité à quelques composants plus une paire de transistors de puissance, et l'amplificateur n'a pas à être plus cher qu'une conception plus conventionnelle.