Кроссоверное искажение — это тип искажения , который возникает при переключении между устройствами, управляющими нагрузкой. [1] Чаще всего оно наблюдается в дополнительных или «двухтактных» каскадах усилителей класса B , хотя иногда встречается и в других типах схем.
Термин кроссовер означает «переход» сигнала между устройствами, в данном случае от верхнего транзистора к нижнему и наоборот. Термин не имеет отношения к фильтру кроссовера аудиодинамика — фильтрующей схеме, которая разделяет аудиосигнал на полосы частот для управления отдельными драйверами в многополосных динамиках.
На рисунке показан типичный выходной каскад эмиттерного повторителя класса B. При отсутствии сигнала выходной сигнал находится точно посередине между источниками питания (т. е. при 0 В). В этом случае смещение база-эмиттер обоих транзисторов равно нулю, поэтому они находятся в области отсечки, где транзисторы не проводят ток.
Рассмотрим положительное колебание: пока вход меньше требуемого прямого падения V BE (≈ 0,65 В) верхнего NPN-транзистора , он будет оставаться выключенным или проводить очень мало. Это то же самое, что и работа диода , если говорить о базовой схеме, и выходное напряжение не следует за входом (нижний PNP-транзистор все еще выключен, потому что его диод база-эмиттер смещен в обратном направлении положительным входом). То же самое относится к нижнему транзистору, но для отрицательного входа. Таким образом, между примерно ±0,65 В входного сигнала выходное напряжение не является истинной копией или усиленной версией входа, и мы можем видеть это как «перегиб» в выходной форме волны около 0 В (или когда один транзистор прекращает проводить, а другой начинает). Этот перегиб является наиболее выраженной формой искажения кроссовера, и он становится более очевидным и навязчивым, когда размах выходного напряжения уменьшается.
Менее выраженные формы искажений могут наблюдаться и в этой схеме. Эмиттерный повторитель будет иметь коэффициент усиления напряжения чуть меньше 1. В показанной схеме эмиттерный повторитель NPN и эмиттерный повторитель PNP, как правило, будут иметь совсем немного разные коэффициенты усиления напряжения, что приведет к немного разным коэффициентам усиления выше и ниже земли. Существуют и другие, более тонкие формы искажений кроссовера, вытекающие из небольших различий между устройствами PNP и NPN.
Как и в случае с большинством видов искажений, другой способ уменьшения искажений кроссовера — использование обратной связи . Сравнивая выход с желаемым выходом и корректируя вход для исправления любой ошибки, мы можем значительно уменьшить искажение. Это можно сделать с помощью операционного усилителя , как показано ниже, или с помощью дискретной схемы.
В показанном примере операционный усилитель используется для уменьшения искажений двухтактной пары. Операционные усилители — это дифференциальные усилители напряжения с очень высоким коэффициентом усиления (иногда моделируемые как бесконечный коэффициент усиления). В идеальной модели выход операционного усилителя поддерживается таким образом, что оба входа операционного усилителя должны иметь абсолютно одинаковое напряжение. В этом случае, поскольку инвертирующий вход напрямую подключен к выходу, напряжение на неинвертирующем входе всегда равно напряжению на выходе и инвертирующем входе, тем самым устраняя искажения. При более точной модели операционного усилителя (с не бесконечным коэффициентом усиления) искажения уменьшаются в разы, равные коэффициенту усиления операционного усилителя.
Большинство современных усилителей мощности (в том числе используемых в hi-fi) используют обе технологии, используя как класс AB в своих выходных каскадах, так и обратную связь, что обеспечивает приемлемую эффективность и хорошие показатели искажений.