Кроссоверные искажения

Кроссоверное искажение — это тип искажения , вызванный переключением между устройствами, управляющими нагрузкой. Чаще всего его можно увидеть в комплементарных или «двухтактных» каскадах усилителей класса B , хотя иногда его можно увидеть и в других типах схем.

Входно-выходная характеристика комплементарного эмиттерного повторителя класса B

Термин «кроссовер» означает «переход» сигнала между устройствами, в данном случае от верхнего транзистора к нижнему и наоборот. Этот термин не имеет отношения к кроссоверному фильтру аудиодинамика — схеме фильтрации, которая делит аудиосигнал на частотные диапазоны для управления отдельными динамиками в многополосных динамиках.

Механизм искажения

Кроссоверные искажения

На изображении показан типичный эмиттерного повторителя дополнительный выходной каскад класса B. В условиях отсутствия сигнала выходной сигнал 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 положительное колебание: пока входное напряжение меньше требуемого прямого _{падения напряжения VBE} (≈ 0,65 В) верхнего NPN-транзистора , он будет оставаться выключенным или проводить очень мало. Это то же самое, что и работа диода в том, что касается базовой цепи, и выходное напряжение не следует за входным (нижний PNP-транзистор все еще закрыт, потому что его диод база-эмиттер смещается в обратном направлении положительным входным напряжением. ). То же самое относится и к нижнему транзистору, но для отрицательного входа. Таким образом, при входном сигнале примерно ±0,65 В выходное напряжение не является точной копией или усиленной версией входного напряжения, и мы можем видеть это как «излом» выходного сигнала вблизи 0 В (или когда один транзистор перестает проводить ток и другой запускается). Этот излом является наиболее выраженной формой искажений кроссовера, и он становится более очевидным и заметным, когда размах выходного напряжения уменьшается.

В этой схеме могут наблюдаться и менее выраженные формы искажений. Эмиттерный повторитель будет иметь коэффициент усиления 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.

Возможные решения

Лучший двухтактный усилитель

Как и в случае с большинством видов искажений, еще одним способом уменьшения кроссоверных искажений является использование обратной связи . Сравнивая выходной сигнал с желаемым и корректируя входной сигнал для исправления любой ошибки, мы можем значительно уменьшить искажения. Это можно сделать с помощью операционного усилителя , как показано ниже, или с помощью дискретной схемы.

В показанном примере операционный усилитель используется для уменьшения искажений двухтактной пары. Операционные усилители представляют собой усилители дифференциального напряжения с очень высоким коэффициентом усиления (иногда моделируемым как бесконечный коэффициент усиления). В идеальной модели выход операционного усилителя поддерживается таким образом, что оба входа операционного усилителя должны иметь одинаковое напряжение. При этом, поскольку инвертирующий вход напрямую подключен к выходу, напряжение на неинвертирующем входе всегда равно напряжению на выходе и инвертирующем входе, что исключает искажения. При более точной модели операционного усилителя (с небесконечным коэффициентом усиления) искажения уменьшаются в раз, равный коэффициенту усиления ОУ.

Большинство современных усилителей мощности (в том числе используемых в Hi-Fi) используют обе технологии, используя как класс AB в своих выходных каскадах, так и обратную связь, обеспечивая разумную эффективность и хорошие показатели искажений.

См. также

• Электронный усилитель