放大器中的交叉失真波形及传递特性摘要

Crossover Distortion是B类放大器的常见特性，其中两个开关晶体管的非线性不随输入信号线性变化

我们已经看到其中一个主要的A类放大器配置的缺点是由于偏向其中心Q点而具有较低的全功率效率等级。

但我们也知道我们可以改进放大器只需将放大器的输出级改为B类推挽式配置，其效率几乎翻倍。然而，从效率的角度来看，这是很好的，但大多数现代B类放大器都是无变压器或互补型，其输出级有两个晶体管。

这导致推挽式放大器存在一个主要的基本问题因为它们具有独特的零截止偏置装置，所以两个晶体管在输出的两半处没有完全组合在一起。当信号在零电压点处从一个晶体管改变或“交叉”到另一个晶体管时会发生这个问题，它会对输出波形产生一定量的“失真”。这会导致通常称为交叉失真的情况。

交叉失真在输出上产生零电压“平点”或“死区”波形从波形的一半跨越到另一波形。其原因在于晶体管从一个晶体管切换到另一个晶体管时的过渡期不会在零交叉点处完全停止或开始，从而导致第一个晶体管“关闭”和第二个晶体管转动之间的小延迟“上”。这种延迟导致两个晶体管在同一时刻切换为“关闭”，产生如下所示的输出波形。

交叉失真波形

为了避免输出波形失真，我们必须假设每个晶体管在其基极到发射极电压刚好高于零时开始导通，但我们知道这不是真的，因为对于硅双极晶体管，由于基极 - 发射极pn结的正向二极管电压降，在晶体管开始导通之前，基极 - 发射极电压必须达到至少0.7V，从而产生这种平坦点。这种交叉失真效应还会降低输出波形的整体峰峰值，从而导致最大功率输出降低，如下所示。

非线性传递特性

对于大输入信号，此效果不太明显，因为输入电压通常非常大，但对于较小的输入信号，它可能会更严重，从而导致音频失真放大器。

预偏置输出

通过施加轻微的正向基极偏压可以大大减少交叉失真的问题（同样的想法）通过输入变压器的中心抽头，在晶体管教程中看到两个晶体管的基极，因此晶体管不再偏置在零截止点，而是“预偏置”在由这个新的偏置电压。

具有预偏置的推挽放大器

此类电阻器预偏置会导致一个晶体管在另一个晶体管变为“OFF”的同时准确地“接通”，因为两个晶体管现在偏置在其原始截止点之上。然而，为了实现这一点，偏置电压必须至少是正常基极 - 发射极电压的两倍，以使晶体管“导通”。这种预偏置也可以在无变压器放大器中实现，通过简单地用偏置二极管替换两个分压电阻来使用互补晶体管。

使用二极管进行预偏置

这种用于变压器或无变压器放大器电路的预偏置电压具有移动放大器Q的效果 - 点超过原始截止点，从而允许每个晶体管在其有效区域内工作，每半个周期稍微超过一半或180° o 。换句话说，180 o +偏差。通过串联添加额外的二极管，可以增加晶体管的基极端子处存在的二极管偏置电压的量。然后产生一个通常称为AB类放大器的放大器电路，其偏置布置如下：

AB类输出特性

交叉失真摘要

然后总结一下，B类放大器中出现交叉失真，因为放大器偏置在其截止点。这导致两个晶体管在波形穿过零轴的同一时刻被“切断”。通过使用电阻分压电路或二极管偏置来施加小的基极偏压，通过使晶体管刚刚切换为“导通”，可以大大减少甚至完全消除这种交叉失真。

施加偏置电压会产生另一种类型或类别的放大器电路，通常称为AB类放大器。然后，纯B类放大器和改进的AB类放大器之间的差异在于施加到输出晶体管的偏置电平。使用二极管而不是电阻器的一个主要优点是它们的PN结可以补偿晶体管温度的变化。

因此，我们可以正确地说AB类放大器实际上是一个增加的B类放大器“偏差”，我们可以总结如下：

A类放大器 - 无交叉失真，因为它们偏置在负载线的中心。

B类放大器 - 由于在截止点偏置而导致的大量交叉失真。

AB类放大器 - 某些交叉失真如果偏置电平设置得太低。

除了上面的三个放大器类别外，还有许多与开关放大器设计相关的高效放大器类，它们使用不同的开关技术来减少功率损耗和提高效率。其中一些放大器设计使用RLC谐振器或多个电源电压来帮助减少功率损耗和失真。