Un amplificatore può essere considerato qualsiasi dispositivo che usa una piccola quantità di energia per comandarne una quantità più grande, sebbene il termine attualmente si riferisca quasi esclusivamente ad un amplificatore elettronico. Nel panorama dell'alta fedeltà e dell'elettronica di potenza, la distinzione tra le diverse classi di funzionamento e le tecnologie adottate - valvolari, a stato solido o ibride - rappresenta il cuore pulsante della riproduzione sonora.
Fondamenti della tecnologia di amplificazione
Le tipologie di amplificatori sono le più varie; una delle più comuni è l'amplificatore elettronico utilizzato in trasmettitori e ricevitori per radio e televisione, equipaggiamenti stereo ad alta fedeltà, personal computer ed altro equipaggiamento elettronico digitale.
Nel campo delle radiofrequenze di alta potenza, le valvole rimangono l'unico dispositivo capace di amplificare il segnale. In campo audio, per poter adattare l'elevata impedenza del tubo termoionico alla bassa impedenza del carico pilotato, l'altoparlante, si rende necessario l'uso di trasformatori. Ottenere una buona linearità nella risposta in frequenza del trasformatore comporta una costruzione accurata e precisa, con conseguenti costi molto elevati. I tipi di valvole impiegate sono molteplici: 300B, EL34, KT88 ecc. Il suono ottenuto ha una discreta dinamica e presenta una tonalità "calda" e poco affaticante per l'orecchio umano, in quanto al segnale riprodotto si aggiunge una distorsione dovuta in gran parte alle sole armoniche pari, il che evita la sensazione di suono metallico e stridente sulle alte frequenze.
Evoluzione dai componenti discreti ai circuiti integrati
Gli amplificatori a stato solido non fanno uso di tubi termoionici, bensì della tecnologia successiva, iniziata con l'invenzione del transistor a giunzione bipolare (BJT), e i successivi JFET e MOSFET, dispositivi specializzati ognuno per amplificare il segnale in tensione o in corrente. Un amplificatore a componenti "discreti" è costituito da uno stadio di ingresso nel quale sono presenti uno o più transistor che preamplificano il segnale per portarlo ad un livello tale da poter essere utilizzato da altri transistor, denominati finali.
Al fine di agevolare i progettisti, i produttori di circuiti integrati pongono in commercio dispositivi amplificatori da loro stessi progettati per tutte le frequenze. Il loro impiego ha molti vantaggi: avendo dimensioni molto più compatte di un analogo circuito a componenti discreti, permette al progettista di ridurre le dimensioni dell'intera apparecchiatura; inoltre, essendo realizzati su un unico chip, l'affidabilità nel tempo risulta molto elevata.
La classe di funzionamento: definizioni e miti
Nel mondo dell’audio valvolare si parla spesso di “classe A”, “classe AB” o “classe B” come se questi termini fossero sinonimo di qualità sonora. La classe di funzionamento si discrimina in base al tempo di conduzione di un dispositivo non lineare in rapporto alla durata di un'onda sinusoidale applicata al suo ingresso.
Classe A: Il riferimento per la linearità
La Classe A amplifica il 100% del segnale; nel caso di una sinusoide, l'angolo di conduzione è di 360°. Con questa tecnica vengono realizzati amplificatori per bassa frequenza, media frequenza e alta frequenza. L'efficienza teorica massima del 25-50% ne limita l'impiego alle basse potenze. Gli amplificatori audio con una sola valvola in uscita per canale sono denominati "single ended classe A". Da notare che l'amplificatore in classe A, senza segnale in ingresso, assorbe la massima potenza dall'alimentatore; occorre quindi un buon alimentatore per evitare il ripple.
Il mito della "Pura Classe A"
Dietro queste sigle si nascondono concetti fisici precisi, ma anche molti miti. Il famigerato concetto di “pura classe A” è spesso un'invenzione del marketing. Non esiste nessuna “classe A pura”, perché la distinzione tra classe A e classe AB è netta. Un amplificatore che lavora in classe A fino a un certo punto e poi entra nella zona B è, a tutti gli effetti, un amplificatore in classe AB. Dire “funziona in A fino a un certo punto” è semplicemente descrivere la classe AB con altre parole.
Come funziona un amplificatore? – Risposte da cani
Analisi tecnica delle classi AB, B e C
- Classe AB: Amplifica più del 50% ma meno del 100% del segnale (angolo di conduzione tra 180° e 360°). Si ricorre a due amplificatori che lavorano rispettivamente per la semionda positiva e negativa. In questo modo si riduce la "distorsione di attraversamento" o crossover. È la classe più usata negli amplificatori push-pull per bilanciare efficienza e qualità.
- Classe B: Amplifica il 50% del segnale (angolo di conduzione di 180°). Si realizzano amplificatori destinati all'uso in alta frequenza. Nella realtà, la classe B pura è impossibile da ottenere a causa della necessità di regolare la polarizzazione con precisione infinita, finendo sempre per lavorare in AB o C.
- Classe C: Amplifica meno del 50% del segnale. L'efficienza teorica può rasentare il 100%, ma la distorsione è elevatissima, rendendola inadatta all'uso Hi-Fi.
Potenza reale vs. Potenza di marketing
Quando si parla di potenza, il termine “watt” viene spesso usato in modo disinvolto. La potenza RMS (Root Mean Square) è l’unica misura tecnicamente corretta. I “watt musicali” sono invece un'invenzione del marketing per raddoppiare il numero sulla targhetta.
Negli amplificatori valvolari, a differenza dello stato solido, l'uso di trasformatori d'uscita impone dei limiti fisici. Ad esempio, una coppia di EL34 in configurazione push-pull in classe AB può arrivare a 25-30 watt reali. Dichiarare potenze superiori spesso significa portare le valvole oltre ogni limite fisico e di sicurezza, creando apparecchi che sono autentiche "bombe a orologeria" con tensioni folli e componenti sempre al limite.
Considerazioni progettuali e affidabilità
Dagli anni 60 ad oggi, le prestazioni degli amplificatori audio sono aumentate in misura notevolissima. I migliori amplificatori progettati per l'Hi-end sono in grado di fornire per breve tempo correnti di centinaia di ampere e potenze dell'ordine delle migliaia di watt. Il dimensionamento dell'alimentatore è cruciale: in un sistema di alto livello, può fornire correnti di 40 ampere costanti, arrivando a picchi di 90 A su carichi estremamente bassi.
Nel trattare deboli segnali, i progettisti devono prestare la massima attenzione affinché il trasferimento del segnale lungo il suo percorso sia disturbato il meno possibile da interferenze elettriche. Il segnale di piccola intensità applicato all'ingresso esce più o meno amplificato dagli stadi di amplificazione ed è pronto per essere trasferito al dispositivo che lo renderà udibile: l'altoparlante. Il parametro principale da tenere presente è il valore di impedenza dell'altoparlante (4-8-16 ohm). Negli amplificatori a stato solido, abbassare l'impedenza del carico aumenta la potenza; nei valvolari, a causa del trasformatore di uscita, ne peggiora spesso il funzionamento.
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