放大器中的交叉失真波形及傳遞特性摘要

Crossover Distortion是B類放大器的常見特性，其中兩個開關晶體管的非線性不隨輸入信號線性變化

我們已經看到其中一個主要的A類放大器配置的缺點是由于偏向其中心Q點而具有較低的全功率效率等級。

但我們也知道我們可以改進放大器只需將放大器的輸出級改為B類推挽式配置，其效率幾乎翻倍。然而，從效率的角度來看，這是很好的，但大多數(shù)現(xiàn)代B類放大器都是無變壓器或互補型，其輸出級有兩個晶體管。

這導致推挽式放大器存在一個主要的基本問題因為它們具有獨特的零截止偏置裝置，所以兩個晶體管在輸出的兩半處沒有完全組合在一起。當信號在零電壓點處從一個晶體管改變或“交叉”到另一個晶體管時會發(fā)生這個問題，它會對輸出波形產生一定量的“失真”。這會導致通常稱為交叉失真的情況。

交叉失真在輸出上產生零電壓“平點”或“死區(qū)”波形從波形的一半跨越到另一波形。其原因在于晶體管從一個晶體管切換到另一個晶體管時的過渡期不會在零交叉點處完全停止或開始，從而導致第一個晶體管“關閉”和第二個晶體管轉動之間的小延遲“上”。這種延遲導致兩個晶體管在同一時刻切換為“關閉”，產生如下所示的輸出波形。

交叉失真波形

為了避免輸出波形失真，我們必須假設每個晶體管在其基極到發(fā)射極電壓剛好高于零時開始導通，但我們知道這不是真的，因為對于硅雙極晶體管，由于基極 - 發(fā)射極pn結的正向二極管電壓降，在晶體管開始導通之前，基極 - 發(fā)射極電壓必須達到至少0.7V，從而產生這種平坦點。這種交叉失真效應還會降低輸出波形的整體峰峰值，從而導致最大功率輸出降低，如下所示。

非線性傳遞特性

對于大輸入信號，此效果不太明顯，因為輸入電壓通常非常大，但對于較小的輸入信號，它可能會更嚴重，從而導致音頻失真放大器。

預偏置輸出

通過施加輕微的正向基極偏壓可以大大減少交叉失真的問題（同樣的想法）通過輸入變壓器的中心抽頭，在晶體管教程中看到兩個晶體管的基極，因此晶體管不再偏置在零截止點，而是“預偏置”在由這個新的偏置電壓。

具有預偏置的推挽放大器

此類電阻器預偏置會導致一個晶體管在另一個晶體管變?yōu)椤癘FF”的同時準確地“接通”，因為兩個晶體管現(xiàn)在偏置在其原始截止點之上。然而，為了實現(xiàn)這一點，偏置電壓必須至少是正?；鶚O - 發(fā)射極電壓的兩倍，以使晶體管“導通”。這種預偏置也可以在無變壓器放大器中實現(xiàn)，通過簡單地用偏置二極管替換兩個分壓電阻來使用互補晶體管。

使用二極管進行預偏置

這種用于變壓器或無變壓器放大器電路的預偏置電壓具有移動放大器Q的效果 - 點超過原始截止點，從而允許每個晶體管在其有效區(qū)域內工作，每半個周期稍微超過一半或180° o 。換句話說，180 o +偏差。通過串聯(lián)添加額外的二極管，可以增加晶體管的基極端子處存在的二極管偏置電壓的量。然后產生一個通常稱為AB類放大器的放大器電路，其偏置布置如下：

AB類輸出特性

交叉失真摘要

然后總結一下，B類放大器中出現(xiàn)交叉失真，因為放大器偏置在其截止點。這導致兩個晶體管在波形穿過零軸的同一時刻被“切斷”。通過使用電阻分壓電路或二極管偏置來施加小的基極偏壓，通過使晶體管剛剛切換為“導通”，可以大大減少甚至完全消除這種交叉失真。

施加偏置電壓會產生另一種類型或類別的放大器電路，通常稱為AB類放大器。然后，純B類放大器和改進的AB類放大器之間的差異在于施加到輸出晶體管的偏置電平。使用二極管而不是電阻器的一個主要優(yōu)點是它們的PN結可以補償晶體管溫度的變化。

因此，我們可以正確地說AB類放大器實際上是一個增加的B類放大器“偏差”，我們可以總結如下：

A類放大器 - 無交叉失真，因為它們偏置在負載線的中心。

B類放大器 - 由于在截止點偏置而導致的大量交叉失真。

AB類放大器 - 某些交叉失真如果偏置電平設置得太低。

除了上面的三個放大器類別外，還有許多與開關放大器設計相關的高效放大器類，它們使用不同的開關技術來減少功率損耗和提高效率。其中一些放大器設計使用RLC諧振器或多個電源電壓來幫助減少功率損耗和失真。