La distorsión de cruce es una característica común de los amplificadores de Clase B en los que las no linealidades de los dos transistores de conmutación no varían linealmente con la señal de entrada
Hemos visto que una de las principales desventajas de la configuración del amplificador de clase A es su bajo índice de eficiencia de potencia total debido a que está sesgado alrededor de su punto Q central.
Pero también sabemos que podemos mejorar el amplificador y casi duplicar su eficiencia simplemente cambiando la etapa de salida del amplificador a una configuración de tipo push-pull de clase B. Sin embargo, esto es excelente desde el punto de vista de la eficiencia, pero la mayoría de los amplificadores modernos de Clase B son de tipo sin transformador o complementarios con dos transistores en su etapa de salida.
Esto da como resultado un problema fundamental principal con los amplificadores push-pull en que los dos transistores no se combinan completamente en la salida en ambas mitades de la forma de onda debido a su exclusivo diseño de polarización de corte cero. Como este problema ocurre cuando la señal cambia o se "cruza" de un transistor a otro en el punto de voltaje cero, produce una cantidad de "distorsión" en la forma de onda de salida. Esto resulta en una condición que comúnmente se llama distorsión de cruce .
La distorsión cruzada produce un "punto plano" o "banda muerta" de voltaje cero en la forma de onda de salida cuando se cruza de una mitad de la forma de onda a la otra. La razón de esto es que el período de transición cuando los transistores cambian de uno a otro, no se detiene ni comienza exactamente en el punto de cruce cero, lo que causa un pequeño retraso entre el primer transistor que se apaga y el segundo transistor. "EN". Esta demora hace que ambos transistores se apaguen en "OFF" en el mismo instante en el tiempo, produciendo una forma de onda de salida como se muestra a continuación.
Forma de onda de distorsión cruzada
Para que no haya distorsión de la forma de onda de salida, debemos asumir que cada transistor comienza a conducir cuando el voltaje de su base a emisor aumenta justo por encima de cero, pero sabemos que esto no es cierto porque para los transistores bipolares de silicio, el voltaje del emisor de base debe alcanzar al menos 0.7v antes de que el transistor comience a conducir debido a la caída de voltaje del diodo directo de la unión pn del emisor de base, lo que produce este punto plano. Este efecto de distorsión cruzada también reduce el valor total de pico a pico de la forma de onda de salida, lo que hace que la salida de potencia máxima se reduzca como se muestra a continuación.
Características de transferencia no lineales
Este efecto es menos pronunciado para señales de entrada grandes, ya que el voltaje de entrada suele ser bastante alto, pero para señales de entrada más pequeñas puede ser más grave y causar distorsión de audio al amplificador.
Pre-polarización de la salida
El problema de la distorsión de cruce se puede reducir considerablemente aplicando un ligero voltaje de polarización de base hacia adelante (la misma idea que se vio en el tutorial de transistores ) a las bases de los dos transistores a través de la toma central del transformador de entrada, por lo que los transistores ya no están sesgados en el punto de corte cero, pero en su lugar están "Pre-polarizados" a un nivel determinado por esta nueva tensión de polarización.
Amplificador push-pull con pre-polarización
Este tipo de pre-polarización de resistencia hace que un transistor se encienda exactamente al mismo tiempo que el otro transistor se apaga, ya que ambos transistores están polarizados ligeramente por encima de su punto de corte original. Sin embargo, para lograr esto, la tensión de polarización debe ser al menos el doble de la base normal a la tensión del emisor para encender los transistores. Esta pre-polarización también se puede implementar en amplificadores sin transformador que usan transistores complementarios simplemente reemplazando las dos resistencias divisoras potenciales con diodos de polarización como se muestra a continuación.
Pre-polarización con diodos
Esta tensión pre-de empuje ya sea para un circuito amplificador de transformador o sin transformador, tiene el efecto de mover los amplificadores Q-punto más allá del punto de corte original, permitiendo así que cada transistor para operar dentro de su región activa de un poco más de la mitad o 180 o de cada medio ciclo En otras palabras, 180 o + Bias. La cantidad de voltaje de polarización del diodo presente en el terminal base del transistor se puede aumentar en múltiplos agregando diodos adicionales en serie. Esto luego produce un circuito amplificador comúnmente llamado Amplificador de Clase ABy su disposición de polarización se presenta a continuación.
Características de salida de clase AB
Resumen de distorsión de cruce
Luego, para resumir, la distorsión de cruce se produce en los amplificadores de clase B porque el amplificador está polarizado en su punto de corte. Esto luego hace que AMBOS transistores se desconecten en el mismo instante en el tiempo en que la forma de onda cruza el eje cero. Al aplicar un pequeño voltaje de polarización de base mediante el uso de un circuito divisor de potencial resistivo o un diodo de polarización, esta distorsión cruzada puede reducirse en gran medida o incluso eliminarse completamente llevando los transistores al punto de estar "ENCENDIDOS".
La aplicación de un voltaje de polarización produce otro tipo o clase de circuito amplificador comúnmente llamado Amplificador de Clase AB . Entonces, la diferencia entre un amplificador de Clase B puro y un amplificador de Clase AB mejorado está en el nivel de polarización aplicado a los transistores de salida. Una de las principales ventajas de usar diodos sobre resistencias es que sus uniones PN compensan las variaciones en la temperatura de los transistores.
Por lo tanto, podemos decir correctamente que el amplificador de Clase AB es efectivamente un amplificador de Clase B con un "sesgo" agregado y podemos resumirlo de la siguiente manera:
- Amplificadores de clase A: sin distorsión de cruce, ya que están sesgados en el centro de la línea de carga.
- Amplificadores de clase B: grandes cantidades de distorsión de cruce debido a la polarización en el punto de corte.
- Amplificadores de clase AB: cierta distorsión cruzada si el nivel de polarización se establece demasiado bajo.
Además de las tres clases de amplificadores anteriores, hay varias Clases de Amplificadores de alta eficiencia relacionadas con los diseños de amplificadores de conmutación que utilizan diferentes técnicas de conmutación para reducir la pérdida de potencia y aumentar la eficiencia. Algunos de estos diseños de amplificadores utilizan resonadores RLC o múltiples voltajes de alimentación para ayudar a reducir la pérdida de potencia y la distorsión.
