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(jiàn)特性，其中兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管的非線性不隨輸入信號(hào)線性變化

我們已經(jīng)看到其中一個(gè)主要的A類放大器配置的缺點(diǎn)是由于偏向其中心Q點(diǎn)而具有較低的全功率效率等級(jí)。

但我們也知道我們可以改進(jìn)放大器只需將放大器的輸出級(jí)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(lái)看，這是很好的，但大多數(shù)現(xiàn)代B類放大器都是無(wú)變壓器或互補(bǔ)型，其輸出級(jí)有兩個(gè)晶體管。

這導(dǎo)致推挽式放大器存在一個(gè)主要的基本問(wèn)題因?yàn)樗鼈兙哂歇?dú)特的零截止偏置裝置，所以兩個(gè)晶體管在輸出的兩半處沒(méi)有完全組合在一起。當(dāng)信號(hào)在零電壓點(diǎn)處從一個(gè)晶體管改變或“交叉”到另一個(gè)晶體管時(shí)會(huì)發(fā)生這個(gè)問(wèn)題，它會(huì)對(duì)輸出波形產(chǎn)生一定量的“失真”。這會(huì)導(dǎo)致通常稱為交叉失真的情況。

交叉失真在輸出上產(chǎn)生零電壓“平點(diǎn)”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(gè)晶體管切換到另一個(gè)晶體管時(shí)的過(guò)渡期不會(huì)在零交叉點(diǎn)處完全停止或開(kāi)始，從而導(dǎo)致第一個(gè)晶體管“關(guān)閉”和第二個(gè)晶體管轉(zhuǎn)動(dòng)之間的小延遲“上”。這種延遲導(dǎo)致兩個(gè)晶體管在同一時(shí)刻切換為“關(guān)閉”，產(chǎn)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(shè)每個(gè)晶體管在其基極到發(fā)射極電壓剛好高于零時(shí)開(kāi)始導(dǎo)通，但我們知道這不是真的，因?yàn)閷?duì)于硅雙極晶體管，由于基極 - 發(fā)射極pn結(jié)的正向二極管電壓降，在晶體管開(kāi)始導(dǎo)通之前，基極 - 發(fā)射極電壓必須達(dá)到至少0.7V，從而產(chǎn)生這種平坦點(diǎn)。這種交叉失真效應(yīng)還會(huì)降低輸出波形的整體峰峰值，從而導(dǎo)致最大功率輸出降低，如下所示。

非線性傳遞特性

對(duì)于大輸入信號(hào)，此效果不太明顯，因?yàn)檩斎腚妷和ǔ７浅４?，但?duì)于較小的輸入信號(hào)，它可能會(huì)更嚴(yán)重，從而導(dǎo)致音頻失真放大器。

預(yù)偏置輸出

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

具有預(yù)偏置的推挽放大器

此類電阻器預(yù)偏置會(huì)導(dǎo)致一個(gè)晶體管在另一個(gè)晶體管變?yōu)椤癘FF”的同時(shí)準(zhǔn)確地“接通”，因?yàn)閮蓚€(gè)晶體管現(xiàn)在偏置在其原始截止點(diǎn)之上。然而，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，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(dǎo)通”。這種預(yù)偏置也可以在無(wú)變壓器放大器中實(shí)現(xiàn)，通過(guò)簡(jiǎn)單地用偏置二極管替換兩個(gè)分壓電阻來(lái)使用互補(bǔ)晶體管。

使用二極管進(jìn)行預(yù)偏置

這種用于變壓器或無(wú)變壓器放大器電路的預(yù)偏置電壓具有移動(dòng)放大器Q的效果 - 點(diǎn)超過(guò)原始截止點(diǎn)，從而允許每個(gè)晶體管在其有效區(qū)域內(nèi)工作，每半個(gè)周期稍微超過(guò)一半或180° o 。換句話說(shuō)，180 o +偏差。通過(guò)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(chǎn)生一個(gè)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(jié)一下，B類放大器中出現(xiàn)交叉失真，因?yàn)榉糯笃髌迷谄浣刂裹c(diǎn)。這導(dǎo)致兩個(gè)晶體管在波形穿過(guò)零軸的同一時(shí)刻被“切斷”。通過(guò)使用電阻分壓電路或二極管偏置來(lái)施加小的基極偏壓，通過(guò)使晶體管剛剛切換為“導(dǎo)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(huì)產(chǎn)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(jìn)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(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它們的PN結(jié)可以補(bǔ)償晶體管溫度的變化。

因此，我們可以正確地說(shuō)AB類放大器實(shí)際上是一個(gè)增加的B類放大器“偏差”，我們可以總結(jié)如下：

A類放大器 - 無(wú)交叉失真，因?yàn)樗鼈兤迷谪?fù)載線的中心。

B類放大器 - 由于在截止點(diǎn)偏置而導(dǎo)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(shè)置得太低。

除了上面的三個(gè)放大器類別外，還有許多與開(kāi)關(guān)放大器設(shè)計(jì)相關(guān)的高效放大器類，它們使用不同的開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)減少功率損耗和提高效率。其中一些放大器設(shè)計(jì)使用RLC諧振器或多個(gè)電源電壓來(lái)幫助減少功率損耗和失真。