Distorsión de cruce en amplificadores de potencia de clase B

Distorsión cruzada en amplificadores


La distorsión de cruce es una característica común de los amplificadores de clase B donde 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 energética 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 Clase B. Sin embargo, esto es excelente desde el punto de vista de la eficiencia, pero la mayoría de los amplificadores de Clase B modernos 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 el sentido de que los dos transistores no se combinan juntos por completo en la salida de ambas mitades de la forma de onda debido a su exclusiva disposición de polarización de corte por 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" a la forma de onda de salida. Esto da como resultado una condición que comúnmente se llama Distorsión cruzada .

Distorsión cruzada produce una "zona plana" o "banda muerta" de voltaje cero en la forma de onda de salida cuando pasa de la 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 o 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 gira "EN". Este retraso da como resultado que ambos transistores se apaguen 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 suponer que cada transistor comienza a conducir cuando la tensión entre su base y el emisor aumenta apenas por encima de cero, pero sabemos que esto no es cierto porque para los transistores bipolares de silicio, la tensión base-emisor debe alcanzar al menos 0.7v antes de que el transistor comience a conducir debido a la caída de voltaje del diodo hacia adelante de la unión pn base-emisor, produciendo así esta mancha plana. Este efecto de distorsión cruzada también reduce el valor general de pico a pico de la forma de onda de salida, lo que hace que se reduzca la salida de potencia máxima, como se muestra a continuación.

Características de transferencia no lineal


Este efecto es menos pronunciado para señales de entrada grandes ya que la tensión de entrada suele ser bastante grande, pero para señales de entrada más pequeñas puede ser más grave y causar distorsión de audio en el amplificador.

Pre-polarización de la salida


El problema de Crossover Distortion se puede reducir considerablemente aplicando un ligero voltaje de polarización hacia adelante (la misma idea que se ve en el tutorial Transistor ) a las bases de los dos transistores a través del centro del transformador de entrada, por lo que los transistores ya no están sesgados en el punto de corte cero, pero en su lugar están "predispuestos" en un nivel determinado por este nuevo voltaje de polarización.

Amplificador Push-pull con pre-polarización


Este tipo de predisposición de la resistencia hace que un transistor se "encienda" exactamente al mismo tiempo que el otro transistor se "APAGA", ya que ambos transistores están ahora polarizados ligeramente por encima de su punto de corte original. Sin embargo, para lograr esto, el voltaje de polarización debe ser al menos el doble que la tensión entre la base normal y el emisor para "encender" los transistores. Este pre-sesgo también se puede implementar en amplificadores sin transformador que usan transistores complementarios simplemente reemplazando las dos resistencias divisorias potenciales con diodos polarizadores como se muestra a continuación.

Pre-polarización con diodos


Esta tensión de polarización previa, ya sea para un transformador o un circuito amplificador sin transformador, tiene el efecto de mover el punto Q de los amplificadores más allá del punto de corte original permitiendo que cada transistor opere dentro de su región activa por 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 mediante la adición de diodos adicionales en serie. Esto luego produce un circuito amplificador comúnmente llamado Amplificador Clase AB y su disposición de polarización se da a continuación.

Características de salida de Clase AB



Resumen de distorsión cruzada


Luego, para resumir, la distorsión cruzada ocurre en los amplificadores de clase B porque el amplificador está polarizado en su punto de corte. Esto luego da como resultado que AMBOS transistores se "apaguen" en el mismo instante en el tiempo cuando la forma de onda cruza el eje cero. Aplicando un pequeño voltaje de polarización de base ya sea mediante el uso de un circuito divisor de potencial resistivo o polarización de diodo, esta distorsión cruzada puede reducirse en gran medida o incluso eliminarse por completo al llevar los transistores al punto de ser simplemente "ENCENDIDOS".

La aplicación de un voltaje de polarización produce otro tipo o clase de circuito amplificador comúnmente llamado Amplificador 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 ventaja importante del uso de 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 Clase AB es efectivamente un amplificador de Clase B con "Sesgo" agregado y podemos resumirlo de la siguiente manera:


  • Amplificadores clase A: sin distorsión cruzada, ya que están predispuestos en el centro de la línea de carga.
  • Amplificadores clase B: grandes cantidades de distorsión cruzada debido a la polarización en el punto de corte.
  • Amplificadores de Clase AB - Alguna Distorsión de Cruce si el nivel de polarización es demasiado bajo.

Además de las tres clases de amplificadores anteriores, existen varias clases de amplificador de alta eficiencia relacionadas con 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 suministro de energía para ayudar a reducir la pérdida de potencia y la distorsión.


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