Переходное искажение

Переходное искажение - это тип искажения, вызывается переключением между устройствами, управляющими нагрузкой. Чаще всего это наблюдается в комплементарных, или «двухтактных», каскадах усилителя класса B, хотя иногда встречается и в других типах схем.

Входная-выходная характеристика каскада с комплементарным эмиттерным повторителем класса B.

Термин кроссовер означает «кроссовер» сигнала между устройствами, в данном случае от верхнего транзистора к нижнему и наоборот. Этот термин не имеет отношения к кроссоверному фильтру звуковой колонки - схеме фильтрации, которая делит звуковой сигнал на полосы частот для управления отдельными драйверами в многополосных динамиках.

Переходное искажение.

На изображении показан типичный дополнительный выходной каскад с эмиттер-повторителем класса B . В условиях отсутствия сигнала выход находится точно посередине между источниками питания (т. Е. При 0 В). В этом случае смещение база-эмиттер обоих транзисторов равно нулю, поэтому они находятся в области отсечки, где транзисторы не проводят ток.

Рассмотрим положительный размах: пока входной сигнал меньше требуемого прямого падения V BE (≈ 0,65 В) верхнего NPN-транзистора, он будет оставаться выключенным или проводящим очень мало - это то же самое, что и работа диода в отношении базовой схемы, и выходное напряжение не соответствует входному (нижний транзистор PNP все еще выключен, потому что его диод база-эмиттер будучи обратным смещением положительного входа). То же самое относится к нижнему транзистору, но для входа с отрицательной полярностью. Таким образом, между входным напряжением примерно ± 0,65 В выходное напряжение не является точной копией или усиленной версией входного сигнала, и мы можем видеть это как «перегиб» в форме выходного сигнала около 0 В (или когда один транзистор перестает проводить и другой начинается). Этот излом является наиболее выраженной формой искажения кроссовера, и он становится более очевидным и навязчивым, когда размах выходного напряжения уменьшается.

В этой схеме также могут наблюдаться менее выраженные формы искажений. Эмиттерный повторитель будет иметь коэффициент усиления по напряжению чуть менее 1. В показанной схеме эмиттерный повторитель NPN и эмиттерный повторитель PNP обычно будут иметь очень немного разные коэффициенты усиления по напряжению, что приводит к немного разным коэффициентам усиления над и под землей. Существуют и другие более тонкие формы кроссоверных искажений, возникающие из-за небольших различий между устройствами PNP и NPN.

В случае усилителя класса B / AB, кроссоверные искажения могут быть уменьшены путем использования небольшого прямого смещения в базовой схеме, так что транзисторы работают на холостом ходу при небольшом выходном токе. Прямое смещение заставляет схему работать в режиме класса AB, поэтому оба транзистора слегка включены во время кроссовера. Это может уменьшить или устранить характерный излом кроссоверного искажения, хотя другие типы кроссоверного искажения останутся.

Как и в случае с большинством видов искажений, другой способ уменьшения кроссоверных искажений - использование обратной связи. Сравнивая выход с желаемым выходом и настраивая вход для исправления любой ошибки, мы можем значительно уменьшить искажения. Это можно сделать с помощью операционного усилителя, как показано ниже, или с помощью дискретной схемы.

Улучшенный двухтактный усилитель

В показанном примере операционный усилитель используется для уменьшения искажений двухтактной пары. Операционные усилители - это дифференциальные усилители напряжения с очень высоким усилением (иногда моделируемым как бесконечное усиление). В идеальной модели выход операционного усилителя удерживается таким образом, что оба входа операционного усилителя должны иметь одинаковое напряжение. В этом случае, поскольку инвертирующий вход напрямую подключен к выходу, напряжение на неинвертирующем входе всегда равно напряжению на выходе и инвертирующем входе, что исключает искажение. При более точной модели операционного усилителя (с небесконечным коэффициентом усиления) искажения уменьшаются в раз, равном коэффициенту усиления операционного усилителя.

Большинство современных усилителей мощности (включая те, которые используются в Hi-Fi) используют оба метода, используя как class-AB в своих выходных каскадах, так и обратную связь, обеспечивая разумные КПД и хорошие показатели искажений.