Bộ khuếch đại Class B

Bộ khuếch đại Class B

Bộ khuếch đại Class-B sử dụng hai hoặc nhiều bóng bán dẫn được phân cực theo cách sao cho mỗi bóng bán dẫn chỉ dẫn trong một nửa chu kỳ của dạng sóng đầu vào

Để nâng cao hiệu quả năng lượng đầy đủ của bộ khuếch đại Class A trước bằng cách giảm năng lượng lãng phí theo hình thức nhiệt, có thể để thiết kế mạch khuếch đại công suất với hai bóng bán dẫn trong giai đoạn đầu ra của nó sản xuất những gì thường được gọi là một Amplifier Class B cũng được gọi là cấu hình bộ khuếch đại đẩy kéo .

Bộ khuếch đại đẩy kéo sử dụng hai bóng bán dẫn “bổ sung” hoặc phù hợp, một bóng bán dẫn là loại NPN và bóng bán dẫn còn lại là loại PNP với cả hai bóng bán dẫn công suất nhận cùng một tín hiệu đầu vào có cùng độ lớn nhưng ngược pha với nhau . Điều này dẫn đến một bóng bán dẫn chỉ khuếch đại một nửa hoặc 180 o của chu kỳ dạng sóng đầu vào trong khi bóng bán dẫn kia khuếch đại nửa còn lại hoặc còn lại 180 o của chu kỳ dạng sóng đầu vào với kết quả là "hai nửa" được đặt lại với nhau ở đầu ra thiết bị đầu cuối.

Khi đó góc dẫn đối với loại mạch khuếch đại này chỉ bằng 180 o hoặc 50% tín hiệu đầu vào. Hiệu ứng đẩy và kéo của các nửa chu kỳ xen kẽ bởi các bóng bán dẫn mang lại cho loại mạch này cái tên thú vị là "đẩy-kéo", nhưng thường được gọi là Bộ khuếch đại loại B như hình dưới đây.

Mạch Khuếch đại Biến áp Đẩy kéo Loại B

Mạch trên cho thấy mạch Khuếch đại loại B tiêu chuẩn sử dụng biến áp đầu vào cân bằng ở tâm, chia tín hiệu dạng sóng đến thành hai nửa bằng nhau và lệch pha với nhau 180 o . Một máy biến áp điều khiển tâm khác trên đầu ra được sử dụng để kết hợp lại hai tín hiệu cung cấp công suất tăng lên cho tải. Các bóng bán dẫn được sử dụng cho loại mạch khuếch đại đẩy kéo biến áp này đều là bóng bán dẫn NPN với các đầu cực phát của chúng được kết nối với nhau.

Ở đây, dòng tải được chia sẻ giữa hai thiết bị bóng bán dẫn công suất khi nó giảm ở thiết bị này và tăng ở thiết bị kia trong suốt chu kỳ tín hiệu làm giảm điện áp đầu ra và dòng điện về không. Kết quả là cả hai nửa của dạng sóng đầu ra giờ thay đổi từ 0 đến hai lần dòng tĩnh, do đó làm giảm tiêu tán. Điều này có tác dụng tăng gần gấp đôi hiệu suất của bộ khuếch đại lên khoảng 70%.

Giả sử rằng không có tín hiệu đầu vào nào, thì mỗi bóng bán dẫn mang dòng cực góp tĩnh bình thường, giá trị của dòng điện này được xác định bởi phân cực cơ sở tại điểm cắt. Nếu máy biến áp được chạm chính xác tâm, thì hai dòng điện góp sẽ chảy ngược chiều nhau (điều kiện lý tưởng) và sẽ không có từ hóa lõi máy biến áp, do đó giảm thiểu khả năng biến dạng.

Khi một tín hiệu đầu vào hiện diện qua thứ cấp của biến áp điều khiển T1 , các đầu vào cơ sở của bóng bán dẫn ở trạng thái "chống pha" với nhau như được hiển thị, do đó nếu cơ sở TR1 chuyển động tích cực dẫn đến bóng bán dẫn dẫn điện nặng, dòng thu của nó sẽ tăng nhưng đồng thời dòng cơ bản của TR2 sẽ đi âm sâu hơn vào dòng cắt và dòng thu của bóng bán dẫn này giảm một lượng bằng nhau và ngược lại. Do đó các nửa âm được khuếch đại bởi một bóng bán dẫn và các nửa dương bởi bóng bán dẫn kia tạo ra hiệu ứng kéo đẩy này.

Không giống như điều kiện DC, các dòng điện xoay chiều này là BỔ SUNG dẫn đến hai nửa chu kỳ đầu ra được kết hợp để cải cách sóng sin trong cuộn sơ cấp của máy biến áp đầu ra mà sau đó xuất hiện trên tải.

Hoạt động của Bộ khuếch đại loại B có phân cực DC bằng không vì các bóng bán dẫn được phân cực ở điểm cắt, vì vậy mỗi bóng bán dẫn chỉ dẫn khi tín hiệu đầu vào lớn hơn điện áp Bộ phát gốc . Do đó, ở đầu vào không có đầu ra bằng không và không có điện năng nào được tiêu thụ. Điều này có nghĩa là điểm Q thực tế của bộ khuếch đại Class B nằm trên phần Vce của dòng tải như hình dưới đây.

Đường cong đặc tính đầu ra loại B

Bộ khuếch đại Class B có lợi thế lớn hơn so với anh em họ bộ khuếch đại Class A của chúng ở chỗ không có dòng điện chạy qua các bóng bán dẫn khi chúng ở trạng thái tĩnh (tức là không có tín hiệu đầu vào), do đó, không có điện năng nào bị tiêu tán trong các bóng bán dẫn đầu ra hoặc máy biến áp khi không có tín hiệu hiện diện không giống như các giai đoạn khuếch đại Class A yêu cầu độ lệch cơ sở đáng kể do đó tản ra nhiều nhiệt - ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào.

Vì vậy, hiệu suất chuyển đổi tổng thể (  η  ) của bộ khuếch đại lớn hơn so với loại A tương đương với hiệu suất đạt tới 70% có thể, dẫn đến gần như tất cả các loại bộ khuếch đại đẩy kéo hiện đại hoạt động ở chế độ Loại B này.

Bộ khuếch đại đẩy-kéo loại B không biến áp

Một trong những nhược điểm chính của mạch khuếch đại Class B ở trên là nó sử dụng máy biến áp trung tâm cân bằng trong thiết kế của nó, làm cho nó đắt tiền để xây dựng. Tuy nhiên, có một loại bộ khuếch đại Class B khác được gọi là Bộ khuếch đại Class B bổ sung-đối xứng không sử dụng máy biến áp trong thiết kế của nó, do đó, nó không sử dụng biến áp mà sử dụng các cặp bóng bán dẫn điện bổ sung hoặc phù hợp.

Vì không cần máy biến áp, điều này làm cho mạch khuếch đại nhỏ hơn nhiều với cùng một lượng đầu ra, cũng không có hiệu ứng từ lạc hoặc biến dạng biến áp ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu đầu ra. Dưới đây là một ví dụ về mạch khuếch đại Class B “không có biến áp”.

Giai đoạn đầu ra không biến áp loại B

Mạch khuếch đại loại B ở trên sử dụng bóng bán dẫn miễn phí cho mỗi nửa của dạng sóng và trong khi bộ khuếch đại loại B có độ lợi cao hơn nhiều so với loại A, một trong những nhược điểm chính của bộ khuếch đại đẩy kéo loại B là chúng mắc phải hiệu ứng thường được gọi là Biến dạng chéo .

Hy vọng rằng chúng ta nhớ từ các hướng dẫn của chúng tôi về Bóng bán dẫn rằng phải mất khoảng 0,7 vôn (đo từ gốc đến cực phát) để có được bóng bán dẫn lưỡng cực bắt đầu dẫn điện. Trong bộ khuếch đại lớp B thuần túy, các bóng bán dẫn đầu ra không được “phân cực trước” sang trạng thái hoạt động “BẬT”.

Điều này có nghĩa là phần của dạng sóng đầu ra nằm dưới cửa sổ 0,7 volt này sẽ không được tái tạo chính xác khi quá trình chuyển đổi giữa hai bóng bán dẫn (khi chúng chuyển đổi từ bóng bán dẫn này sang bóng bán dẫn khác), các bóng bán dẫn không dừng hoặc bắt đầu dẫn chính xác tại điểm giao nhau 0 ngay cả khi chúng là các cặp khớp đặc biệt.

Các bóng bán dẫn đầu ra cho mỗi nửa của dạng sóng (tích cực và tiêu cực) sẽ có một khu vực 0,7 volt mà chúng không dẫn điện. Kết quả là cả hai bóng bán dẫn đều bị “TẮT” chính xác cùng một lúc.

Một cách đơn giản để loại bỏ biến dạng chéo trong bộ khuếch đại loại B là thêm hai nguồn điện áp nhỏ vào mạch để phân cực cả hai bóng bán dẫn tại một điểm cao hơn một chút so với điểm cắt của chúng. Sau đó, điều này sẽ cho chúng ta cái thường được gọi là mạch Khuếch đại Class AB . Tuy nhiên, việc thêm các nguồn điện áp bổ sung vào mạch khuếch đại là không thực tế nên các điểm nối PN được sử dụng để cung cấp phân cực bổ sung ở dạng điốt silicon.

Bộ khuếch đại Class AB

Chúng ta biết rằng chúng ta cần điện áp bộ phát gốc lớn hơn 0,7v để bóng bán dẫn lưỡng cực silicon bắt đầu dẫn điện, vì vậy nếu chúng ta thay thế hai điện trở phân cực phân áp được kết nối với các cực cơ bản của bóng bán dẫn bằng hai Điốt silicon. Điện áp xu hướng được áp dụng cho các bóng bán dẫn bây giờ sẽ bằng điện áp giảm chuyển tiếp của các điốt này. Hai điốt này thường được gọi là Điốt phân cực hoặc Điốt bù và được chọn để phù hợp với các đặc tính của bóng bán dẫn phù hợp. Mạch bên dưới cho thấy xu hướng diode.

Bộ khuếch đại Class AB

Các lớp AB Amplifier mạch là một thỏa hiệp giữa các Class A và các cấu hình Class B. Điện áp phân cực diode rất nhỏ này làm cho cả hai bóng bán dẫn dẫn điện nhẹ ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào. Dạng sóng tín hiệu đầu vào sẽ làm cho các bóng bán dẫn hoạt động bình thường trong vùng hoạt động của chúng, do đó loại bỏ bất kỳ biến dạng chéo nào có trong các thiết kế bộ khuếch đại Class B thuần túy.

Một dòng điện thu nhỏ sẽ chạy khi không có tín hiệu đầu vào nhưng nó ít hơn nhiều so với cấu hình bộ khuếch đại Class A. Điều này có nghĩa là sau đó bóng bán dẫn sẽ “BẬT” trong hơn nửa chu kỳ của dạng sóng nhưng ít hơn nhiều chu kỳ đầy đủ cho góc dẫn từ 180 o đến 360 o hoặc 50% đến 100% tín hiệu đầu vào tùy thuộc vào lượng xu hướng bổ sung được sử dụng. 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.

Bộ khuếch đại Class B được ưa chuộng hơn nhiều so với thiết kế Class A cho các ứng dụng công suất cao như bộ khuếch đại công suất âm thanh và hệ thống PA. Giống như mạch khuếch đại lớp A, một cách để tăng đáng kể mức tăng cường độ dòng điện ( A i ) của bộ khuếch đại đẩy kéo Lớp B là sử dụng cặp bóng bán dẫn Darlington thay vì bóng bán dẫn đơn trong mạch đầu ra của nó.

Trong hướng dẫn tiếp theo về bộ khuếch đại, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn ảnh hưởng của Méo chéo trong mạch khuếch đại Class B và các cách để giảm ảnh hưởng của nó.