Biến dạng chéo trong bộ khuếch đại

Biến dạng chéo trong bộ khuếch đại

Méo chéo là một đặc điểm chung của các bộ khuếch đại Class-B trong đó sự không tuyến tính của hai bóng bán dẫn chuyển đổi không thay đổi tuyến tính với tín hiệu đầu vào

Chúng tôi đã thấy rằng một trong những nhược điểm chính của cấu hình Bộ khuếch đại Class-A là xếp hạng hiệu suất công suất đầy đủ thấp do bị thiên lệch xung quanh điểm Q trung tâm của nó.

Nhưng chúng tôi cũng biết rằng chúng tôi có thể cải thiện bộ khuếch đại và gần như tăng gấp đôi hiệu suất của nó chỉ đơn giản bằng cách thay đổi tầng đầu ra của bộ khuếch đại thành cấu hình loại đẩy-kéo Class B. Tuy nhiên, điều này là tuyệt vời từ quan điểm hiệu quả, nhưng hầu hết các bộ khuếch đại Class B hiện đại là loại không có biến áp hoặc bổ sung với hai bóng bán dẫn trong giai đoạn đầu ra của chúng.

Điều này dẫn đến một vấn đề cơ bản chính đối với bộ khuếch đại đẩy kéo là hai bóng bán dẫn không kết hợp với nhau hoàn toàn ở đầu ra cả hai nửa của dạng sóng do sự sắp xếp xu hướng cắt bằng 0 duy nhất của chúng. Vì vấn đề này xảy ra khi tín hiệu thay đổi hoặc "giao chéo" từ bóng bán dẫn này sang bóng bán dẫn khác ở điểm điện áp 0, nó tạo ra một lượng "biến dạng" đối với hình dạng sóng đầu ra. Điều này dẫn đến một tình trạng thường được gọi là Méo chéo .

Biến dạng chéo tạo ra "điểm phẳng" hoặc "dải chết" bằng không trên hình dạng sóng đầu ra khi nó truyền từ một nửa của dạng sóng này sang nửa kia của dạng sóng. Lý do cho điều này là khoảng thời gian chuyển tiếp khi các bóng bán dẫn chuyển đổi từ này sang bóng khác, không dừng lại hoặc bắt đầu chính xác tại điểm giao nhau 0, do đó gây ra độ trễ nhỏ giữa bóng bán dẫn đầu tiên chuyển "TẮT" và bóng bán dẫn thứ hai chuyển. "TRÊN". Sự chậm trễ này dẫn đến việc cả hai bóng bán dẫn được chuyển “TẮT” cùng một lúc trong thời gian tạo ra hình dạng sóng đầu ra như hình dưới đây.

Dạng sóng biến dạng chéo

 

Để không có sự biến dạng của dạng sóng đầu ra, chúng ta phải giả định rằng mỗi bóng bán dẫn bắt đầu dẫn điện khi điện áp cơ bản đến bộ phát của nó tăng lên trên 0, nhưng chúng ta biết rằng điều này không đúng vì đối với bóng bán dẫn lưỡng cực silicon, điện áp cực phát phải đạt ít nhất 0,7v trước khi bóng bán dẫn bắt đầu dẫn điện do sự sụt giảm điện áp điốt thuận của điểm tiếp giáp pn cực phát gốc, do đó tạo ra điểm phẳng này. Hiệu ứng biến dạng chéo này cũng làm giảm giá trị đỉnh tổng thể xuống giá trị đỉnh của dạng sóng đầu ra khiến công suất phát tối đa bị giảm như hình dưới đây.

Đặc điểm chuyển giao không tuyến tính

 

Hiệu ứng này ít rõ ràng hơn đối với tín hiệu đầu vào lớn vì điện áp đầu vào thường khá lớn nhưng đối với tín hiệu đầu vào nhỏ hơn, nó có thể nghiêm trọng hơn gây ra biến dạng âm thanh cho bộ khuếch đại.

Xu hướng trước đầu ra

Vấn đề Méo chéo có thể được giảm đáng kể bằng cách áp dụng một điện áp phân cực cơ sở về phía trước một chút (cùng ý tưởng như đã thấy trong hướng dẫn về Transistor ) cho các đế của hai bóng bán dẫn thông qua vòi trung tâm của biến áp đầu vào, do đó các bóng bán dẫn không còn được phân cực ở điểm cắt bằng không nhưng thay vào đó là "Phân cực trước" ở mức được xác định bởi điện áp phân cực mới này.

Bộ khuếch đại đẩy kéo có xu hướng trước

 

Loại tiền phân cực điện trở này làm cho một bóng bán dẫn chuyển sang trạng thái “BẬT” chính xác cùng lúc với bóng bán dẫn khác chuyển sang trạng thái “TẮT” vì cả hai bóng bán dẫn hiện được phân cực hơn một chút so với điểm cắt ban đầu của chúng. Tuy nhiên, để đạt được điều này, điện áp phân cực ít nhất phải gấp đôi so với điện áp gốc bình thường để phát ra để "BẬT" các bóng bán dẫn. Xu hướng trước này cũng có thể được thực hiện trong các bộ khuếch đại không có biến áp sử dụng bóng bán dẫn bổ sung bằng cách chỉ cần thay thế hai điện trở phân chia tiềm năng bằng Điốt phân cực như hình dưới đây.

Xu hướng trước với Điốt

 

Điện áp tiền phân cực này đối với mạch khuếch đại biến áp hoặc không biến áp, có tác dụng di chuyển điểm Q của bộ khuếch đại qua điểm cắt ban đầu, do đó cho phép mỗi bóng bán dẫn hoạt động trong vùng hoạt động của nó trong khoảng hơn một nửa hoặc 180 o của mỗi nửa chu kỳ. Nói cách khác, 180 o  + Bias. Lượng điện áp xu hướng diode hiện diện tại cực cơ sở của bóng bán dẫn có thể được tăng lên bội số bằng cách thêm các điốt bổ sung mắc nối tiếp. Sau đó, điều này tạo ra một mạch khuếch đại thường được gọi là Bộ khuếch đại Class AB và cách sắp xếp xu hướng của nó được đưa ra dưới đây.

Đặc điểm đầu ra Class AB

Tóm tắt về biến dạng chéo

Tóm lại, Méo chéo xảy ra trong các bộ khuếch đại Class B vì bộ khuếch đại bị sai lệch tại điểm cắt của nó. Điều này sau đó dẫn đến CẢ HAI bóng bán dẫn được chuyển “TẮT” cùng một lúc khi dạng sóng đi qua trục 0. Bằng cách áp dụng một điện áp phân cực cơ sở nhỏ hoặc bằng cách sử dụng mạch phân chia thế điện trở hoặc phân cực diode, sự biến dạng chéo này có thể được giảm đáng kể hoặc thậm chí loại bỏ hoàn toàn bằng cách đưa các bóng bán dẫn đến điểm chỉ được chuyển “BẬT”.

Việc áp dụng điện áp xu hướng tạo ra một loại hoặc lớp mạch khuếch đại khác thường được gọi là Bộ khuếch đại Class AB . Sau đó, sự khác biệt giữa bộ khuếch đại Class B thuần túy và bộ khuếch đại Class AB cải tiến là ở mức xu hướng được áp dụng cho các bóng bán dẫn đầu ra. Một ưu điểm chính của việc sử dụng điốt trên điện trở là các điểm nối PN của chúng bù đắp cho sự thay đổi nhiệt độ của các bóng bán dẫn.

Do đó, chúng ta có thể nói một cách chính xác rằng bộ khuếch đại Class AB thực sự là một bộ khuếch đại Class B có thêm “Bias” và chúng ta có thể tóm tắt điều này như sau:

• Bộ khuếch đại loại A - Không có biến dạng chéo vì chúng được phân cực ở trung tâm của đường tải.
• Bộ khuếch đại loại B - Một lượng lớn Méo chéo do phân cực tại điểm cắt.
• Bộ khuếch đại Class AB - Một số Biến dạng Chéo nếu mức xu hướng được đặt quá thấp.

Cũng như ba loại bộ khuếch đại ở trên, có một số loại Bộ khuếch đại hiệu quả cao liên quan đến thiết kế bộ khuếch đại chuyển mạch sử dụng các kỹ thuật chuyển mạch khác nhau để giảm tổn thất điện năng và tăng hiệu quả. Một số thiết kế bộ khuếch đại này sử dụng bộ cộng hưởng RLC hoặc nhiều điện áp cấp nguồn để giúp giảm tổn thất và méo công suất.