Critères de sélection d'amplificateurs pour les concepteurs de PCB

Tout le monde est probablement familier avec le classique amplificateur opérationnel 741, surtout si vous vous souvenez de vos premiers cours d'électronique. Cependant, lorsqu'il s'agit d'applications spécialisées, la gamme d'amplificateurs disponibles est suffisamment vaste pour dérouter n'importe quel concepteur. Une fois que vous avez compris comment différents amplificateurs citent différentes spécifications, il devient plus facile de déterminer le meilleur amplificateur pour votre application. Nous avons compilé une liste de critères de sélection d'amplificateurs importants pour les concepteurs de PCB.

Classes d'amplificateurs

Tous les amplificateurs sont divisés en différentes classes, ce qui détermine leur utilité dans différentes applications. Voici 5 classes courantes d'amplificateurs :

• Classe A. Ces amplificateurs sont destinés à être hautement linéaires et sont toujours polarisés en marche. Par conséquent, ils ne conviennent pas pour des applications de haute puissance car ils consommeront plus d'énergie que les amplificateurs des autres classes.
• Classe B. Ces amplificateurs ont été conçus comme une alternative plus efficace aux amplificateurs de classe A. Cependant, parce qu'ils utilisent des FET, qui nécessitent une entrée minimale pour activer les transistors, ils ne reproduisent pas parfaitement la forme d'onde d'entrée et produisent une certaine distorsion à faible intensité du signal d'entrée. Cela est connu sous le nom de distorsion de croisement.
• Classe AB. Ces amplificateurs sont probablement les amplificateurs les plus couramment utilisés pour une large gamme d'applications. Ils offrent une efficacité supérieure à un amplificateur de classe A sans distorsion de croisement. Ils ont également une gamme linéaire comparable.
• Classe C. Ces amplificateurs sont plus souvent utilisés dans les applications RF. Ils peuvent être conçus avec une large bande passante grâce à l'utilisation d'un circuit réservoir LC interne ou d'autres circuits pour fournir un gain élevé à haute fréquence. Cependant, ils ont une linéarité inférieure aux classes d'amplificateurs mentionnées précédemment.
• Classe D. Ces amplificateurs utilisent une forme de MLI pour contrôler la sortie. La sortie est reconvertie en un signal analogique avec un filtre passe-bas à la sortie. Ils sont souvent utilisés dans les applications de contrôle de moteur en convertissant la sortie en un signal MLI de fréquence beaucoup plus élevée.

Exemple d'amplificateur audio de classe D

Notez qu'il existe de nombreuses autres classes d'amplificateurs avec divers niveaux de spécialisation. Peu importe la classe d'amplificateur que vous choisissez d'utiliser, vous devrez tenir compte de certaines spécifications différentes pour différents amplificateurs.

Critères de sélection d'amplificateurs importants

Lors de la sélection d'un amplificateur pour travailler avec des signaux analogiques, faites attention aux spécifications suivantes :

• Gain en boucle ouverte et en boucle fermée. Le gain en boucle ouverte vous indique effectivement le gain maximal que vous pouvez produire avec votre amplificateur. En réalité, vous mesurerez le gain en boucle fermée une fois le retour appliqué. Notez que ceci est une fonction de la fréquence ; un tracé de Bode du spectre de gain ressemblera à celui d'un filtre passe-bas.
• Plage linéaire. Il existe plusieurs manières de citer cette valeur. La relation entre le signal d'entrée et de sortie n'est jamais parfaitement linéaire, mais elle peut s'en approcher dans de nombreuses applications. Cela peut être spécifié comme une plage de niveaux de signal d'entrée (généralement en dBm) ou comme une valeur d'entrée maximale avec une certaine valeur de distorsion associée.
• Plage dynamique. C'est simplement la différence entre les valeurs de sortie les plus petites et les plus grandes possibles. La valeur la plus basse est limitée par le plancher de bruit, tandis que la plus haute est limitée par la plage d'entrée linéaire. En général, la plage dynamique est DR = SNR + 1.
• Bande passante. Pour les amplificateurs génériques, cela est en fait lié au temps de montée, qui est le temps nécessaire pour que le circuit bascule (de 10% à 90%). Cela limitera la gamme de fréquences utiles dans l'amplificateur (voir la note ci-dessous cette liste).
• Taux de balayage. C'est le taux de changement en sortie, généralement en V/us ou V/ns.
• Rapport de réjection de mode commun. C'est la capacité de l'amplificateur à rejeter le bruit de mode commun présent sur les deux entrées de l'amplificateur.
• Rendement. Ce nombre est vraiment une déclaration concernant la quantité de puissance dissipée sous forme de chaleur. Un amplificateur plus efficace dissipe une fraction plus faible de puissance sous forme de chaleur.
• Entrée. Les amplificateurs peuvent être entièrement à simple extrémité ou entièrement différentiels (c'est-à-dire, entrée différentielle et sortie différentielle).

Tous les paramètres ci-dessus seront une fonction de la fréquence d'entrée. Les amplificateurs spécialisés auront une bande passante qui est spécifiée dans certaines gammes de fréquences. Assurez-vous que la bande passante chevauche la gamme de fréquences d'intérêt. Il existe d'autres spécifications importantes pour les amplificateurs utilisés dans des applications spécifiques.

Amplificateurs de puissance

Tous les amplificateurs de puissance (normalement de classe B, C ou AB) sont conçus pour fonctionner près de leur point de compression non linéaire et dissiperont une quantité significative de puissance pendant le fonctionnement. En général, la sortie de puissance d'un amplificateur diminuera à mesure que la température augmente ; les amplificateurs stables de haute qualité devraient fournir moins de 1 dB de diminution de la sortie de puissance sur toute la gamme des températures de fonctionnement. Les autres spécifications devraient présenter une stabilité similaire.

Lors de la sélection d'un amplificateur de puissance, que ce soit pour des applications spécifiques ou pour des applications générales, les points précédemment listés doivent toujours être pris en compte. Cependant, les amplificateurs de puissance ont évolué pour différentes applications, et les spécifications listées pour différents amplificateurs sont adaptées aux concepteurs travaillant avec ces applications spécialisées. Un excellent exemple se trouve dans les amplificateurs de puissance RF, où les amplificateurs pour différentes bandes de fréquences sont basés sur différents processus semi-conducteurs. La non-linéarité inhérente à ces amplificateurs entraînera certains effets non intentionnels pendant le fonctionnement. Les concepteurs de la communauté audio sont probablement familiers avec la distorsion harmonique totale (THD) ou la distorsion harmonique totale plus bruit (THD+N). La distorsion harmonique est un effet non linéaire, où des harmoniques d'ordre supérieur du signal désiré sont présents à la sortie. Votre amplificateur de puissance devrait avoir le niveau le plus bas possible de THD ou THD+N (normalement exprimé en pourcentage). Les amplificateurs de puissance pour travailler avec des signaux modulés en fréquence spécifient généralement la distorsion en termes de point d'interception du troisième ordre (3OIP). La nature non linéaire des amplificateurs de puissance générera des harmoniques d'ordre supérieur et des produits d'intermodulation, qui résultent du mélange de fréquences non linéaire parmi différentes fréquences dans un signal modulé en fréquence. Ces produits d'intermodulation apparaissent comme des bandes latérales dans le spectre de sortie de l'amplificateur. Ce niveau de distorsion dû à la non-linéarité est également cité comme distorsion d'intermodulation (IMD) en dehors de la communauté RF.

Exemple d'extrapolation OIP3 dans un amplificateur de puissance pour signaux modulés en fréquence.

Bien qu'il existe de nombreux produits d'intermodulation possibles, les produits d'ordre impair sont les plus importants car ils se trouvent le plus près de la plage de fréquences avec laquelle vous travaillez. Les produits d'intermodulation du troisième ordre se trouvent le plus près des fréquences désirées, suivis par ceux du cinquième, septième ordre, et ainsi de suite. Le 3OIP est normalement cité comme une valeur de puissance d'entrée à laquelle l'intensité des produits d'intermodulation du troisième ordre aura la même intensité de sortie que le signal désiré. Octopart est là pour vous donner accès à une vaste gamme de composants d'amplificateurs à usage général et spécialisés pour votre prochain système. Si vous n'êtes pas sûr de l'amplificateur dont vous avez besoin, essayez d'utiliser notre guide de sélection de pièces pour déterminer la meilleure option pour votre prochain produit. Assurez-vous de rester à jour avec nos derniers articles en vous inscrivant à notre newsletter.