¿Cómo reducen los diodos y condensadores la distorsión de cruce?

Question

Encontré este diagrama sobre los amplificadores de clase AB y la reducción de la distorsión de cruce:

http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp_7.html

Este voltaje pre-biásico, ya sea para un circuito de amplificador con o sin transformador, tiene el efecto de mover el punto Q de los amplificadores más allá del punto de corte original, permitiendo así que cada transistor opere dentro de su región activa durante un poco más de la mitad o 180° de cada medio ciclo. En otras palabras, 180° + Bias. La cantidad de voltaje de polarización de diodos presente en el terminal de base del transistor puede aumentarse en múltiplos añadiendo diodos adicionales en serie. Esto entonces produce un circuito amplificador comúnmente llamado Amplificador de Clase AB y su disposición de polarización se da a continuación.

No entiendo la explicación de cómo los diodos y los condensadores reducen la distorsión del cruce. Cada transistor (npn y pnp) debería cubrir 180 grados por seno, ¿por qué 180 + sesgo no elimina la distorsión completa, qué tienen que ver los condensadores y los diodos con esto? Leí acerca de los diodos que compensan la caída de voltaje del transistor de dos veces 2× 0.6V ¿Cómo funciona esto exactamente? ¿Cómo hace el condensador para suavizar la señal?

Answer 1

Distorsión cruzada de un amplificador de clase B: -

La mitad superior de la forma de onda proviene de TR1 conduciendo y la mitad inferior de TR2 conduciendo. En algún momento, un amplificador de clase B pasa de utilizar el transistor superior al transistor inferior. Cuando esto ocurre, no hay suficiente tensión en la base/emisor para activar cualquiera de los transistores, por lo que hay una zona muerta: -

Los diodos convierten un diseño de clase B en uno de clase AB. Ahora, ninguno de los transistores está totalmente apagado, por lo que la zona muerta ya no existe.

Los condensadores son incidentales - permiten que la señal de entrada se acople a ambas bases sin que la nueva disposición de polarización se vea afectada.

Answer 2

Los diodos compensan la caída de tensión base-emisor de los transistores. Cada transistor funciona como un seguidor de emisor. Para el transistor superior (NPN), la salida será la caída B-E menor que la entrada, y para el transistor inferior (PNP), la salida será la caída B-E mayor que la entrada.

Esto significa que hay una zona muerta de entrada de dos gotas B-E donde la salida no cambiará. Si pones una onda sinusoidal en la entrada, la salida será las ondas sinusoidales con cada una de las mitades de la onda una caída B-E menos en amplitud, con un punto plano donde la entrada transita entre el impulso de un transistor al otro. Este punto plano es distorsión de cruce . Esto se debe a que el circuito no es lineal cuando se "cruza" entre el uso de la parte superior del transistor para conducir la salida y el uso de la parte inferior, o viceversa.

Los diodos añaden un desplazamiento a la tensión de entrada con el fin de conducir cada transistor. La unión B-E de un transistor parece un diodo para el circuito, y tendrá aproximadamente el mismo voltaje a través de él que un diodo cuando está polarizado hacia adelante. En este caso, los diodos se utilizan como fuentes de tensión reguladora para compensar las tensiones B-E del transistor. No se utilizan como rectificadores, lo que probablemente está causando la confusión.

Answer 3

Sin los diodos, cuando la entrada está entre +0,6 y -0,6V, los transistores estarán apagados (no hay suficiente Vbe en los transistores) dando como resultado una salida de 0V causando la distorsión de cruce.

Los diodos añadidos polarizan el voltaje del punto Q del circuito, permitiendo que los transistores estén encendidos cuando el voltaje de entrada está entre la región de -0,6 +0,6V, resolviendo así el problema de la distorsión de cruce.

Answer 4

La explicación del sitio original es dudosa en el sentido de que la entrada acoplada a un condensador no es una conexión típica. (OK, tal vez una tapa, pero no dos. También muestran que la carga está conectada a tierra, pero la entrada está referida al carril negativo. Pero yo habría mostrado un segundo dibujo, uno que añade la VAS (etapa de amplificación de voltaje) con los diodos de polarización. Típicamente esta etapa proporciona parte de la amplificación de voltaje, pero lo más importante es que se acopla directamente a la etapa final de salida "seguidora". La etapa VAS hace dos cosas: amplificación y polarización DC de los transistores de salida. Piensa en los diodos como en una tensión de batería. Si la corriente fluye a través de los diodos, digamos, 5mA, entonces se crea un deltaV para los dos transistores de salida, ~1,4V. Para variar la tensión de polarización, se suele utilizar una resistencia en serie (decenas de ohmios). Hay un tercer aspecto muy importante que aportan los diodos: la compensación de temperatura. Los NPN/PNP de salida disiparán mucho calor si hacen mucho trabajo. Sólo unos pocos vatios de potencia crearán un aumento de temperatura en los transistores. Los dispositivos bipolares son conocidos por sus propiedades de desbordamiento térmico, y el voltaje de polarización de los diodos disminuirá a temperaturas elevadas, compensando así las características de temperatura de los dispositivos de salida. Los diodos deben estar en contacto térmico con las salidas para detectar la temperatura de las mismas. De lo contrario, las salidas se autodestruirán, ya que continuarán calentando la tensión Vbe requerida y se encenderán con más fuerza hasta que se supere la SOA del paquete.

Si tienes la posibilidad de realizar una simulación SPICE, y sondear no sólo los voltajes sino también las CORRIENTES, todo se aclarará. Verás que a medida que la polarización pasa de no ser suficiente (ClaseB) a apenas suficiente (ClaseAB) a posiblemente demasiado (ClaseA), el NPN y el PNP alternan la carga de trabajo. Cuando la señal de salida es alta, el NPN hace todo el trabajo, cuando es baja, el PNP hace todo el trabajo (ClaseAB o B). Si sondea los diodos deltaV, verá una tensión constante (con una pequeña CA debido a la impedancia finita de los diodos).