Klasa pracy wzmacniacza

W tradycyjnej terminologii klasę pracy wzmacniacza ustalamy na podstawie tego jaką część sygnału sinusoidalnego przewodzi element wzmacniający (tranzystor, lampa). Jeden pełny okres fali sinusoidalnej ma 360 stopni. Tranzystor lub lampa może przewodzić cały okres równy 360 stopni lub mniejszą część. Inną metodą ustalania klasy wzmacniacza jest określenie spoczynkowego punktu pracy tranzystora lub lampy. Punkt pracy to stan w jakim tranzystor czy lampa znajduje się kiedy na wejście nie jest podany żaden sygnał.

Określenie klasy pracy danego stopnia wzmacniającego ma ogólne zastosowanie do wszelkich układów, ale najczęściej mówi się o tym zagadnieniu w odniesieniu do końcowych stopni mocy.

Na czerwono zaznaczony jest
zakres przewodzenia.

We wzmacniaczach klasy A punkt pracy znajduje się w środku liniowej części charakterystyk statycznych tranzystora lub lampy. Przez cały okres sinusoidy (360 stopni) lampa lub tranzystor przewodzi wzmacniany sygnał. Wzmacniacze te charakteryzują bardzo dobrą liniowością (niskie zniekształcenia) i to nawet przy prostej strukturze układu, ale mają małą sprawność. Niska sprawność powoduje, że wykonanie wzmacniacza klasy A o dużej mocy wiąże się z problemami technicznymi i dużym kosztem. Wzmacniacze wykonane w klasie A mogą zawierać jeden element (lampę, tranzystor), lub też więcej elementów połączonych równolegle (układ Single-Ended) czy też połączonych przeciwsobnie (układ Push-Pull).

Wzmacniacze klasy B mają punkt pracy na początku charakterystyki statycznej elementu wzmacniającego. Prąd płynie przez jeden półokres (180 stopni) napięcia sterującego. Aby wzmocnić cały okres sygnału sinusoidalnego potrzeba dwóch pracujących przeciwsobnie tranzystorów lub lamp. Wzmacniacze klasy B mają dobrą sprawność. Niestety charakteryzują się one dużymi zniekształceniami powstającymi przy wzmacnianiu tych części przebiegów gdzie jeden element kończy przewodzenie, a drugi przewodzenie zaczyna (ang. crossover distortion).

Wzmacniacze klasy AB są kompromisem pod względem sprawności i zniekształceń w porównaniu z klasami A i B. Punkt pracy znajduje się między klasą A i klasą B, a każdy z elementów wzmacniających przewodzi przez okres większy niż 180 stopni lecz mniejszy niż 360. Aby wzmocnić cały okres sygnału sinusoidalnego potrzeba dwóch pracujących przeciwsobnie tranzystorów lub lamp. Najczęściej czas przewodzenia nieznacznie przekracza 180 stopni, co pozwala uzyskać dość dobrą sprawność. Zastosowanie większego prądu spoczynkowego i związane z tym zwiększenie zakresu przewodzenia przez element wzmacniający powoduje większe straty energii. Tranzystorowe wzmacniacze klasy AB to najpowszechniej stosowane rozwiązanie w stopniach mocy urządzeń audio. We wzmacniaczach lampowych wyróżnia się różne warianty klasy AB (AB1, AB2), w zależności od wzajemnego napięcia siatki i katody.

Klasa C charakteryzuje się tym, że elementy wzmacniające przewodzą mniej niż połowę okresu sinusoidy (poniżej 180 stopni). Takie wzmacniacze pozwalają na uzyskanie bardzo wysokiej sprawności. Ze względu na duże zniekształcenia klasa C nie jest stosowana do wzmacniania akustycznego sygnału audio. Typowym zastosowaniem układów klasy C są nadajniki radiowe.

Jest też jeszcze kilka innych klas wzmacniaczy o mniejszym znaczeniu. Przy czym w tych przypadkach słowo klasa nie dotyczy już omawianej powyżej klasyfikacji według sposobu przewodzenia czy punktu pracy tranzystora (lampy). Przykładowo w klasach G i H zmienne jest napięcie zasilania. Dynamiczne dopasowywanie wielkości napięcia zasilającego do wielkości sygnału pozwala poprawić sprawność wzmacniacza.

W osobnym artykule omówiony jest też termin wzmacniacz klasy D (inaczej wzmacniacz cyfrowy lub wzmacniacz impulsowy).

Oprócz tego producenci sprzętu audio stosowali różne firmowe terminy ze słowem klasa w nazwie. Przykładowo class AA, class super A czy new class A. Tego typu określenia w praktyce nie mają poważniejszej wartości informacyjnej, a czasami mogą być nawet mylące.