Введение
Искажение при переключении — это тип искажения, вызванный переключением между устройствами, управляющими нагрузкой. Чаще всего оно наблюдается в комплементарных, или "push-pull", каскадах усилителей класса B, хотя иногда встречается и в других типах схем. Термин "переключение" (crossover) обозначает "переход" сигнала между устройствами, в данном случае, от верхнего транзистора к нижнему и наоборот. Этот термин не связан с кроссоверным фильтром акустических систем — фильтрующей схемой, которая разделяет аудиосигнал на частотные полосы для управления отдельными излучателями в многополосных динамиках.
Механизм искажения
На изображении показана типичная дополнительная выходная стадия последователя эмиттера класса B. В отсутствие сигнала выходное напряжение находится ровно 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 положительный полупериод входного сигнала: пока входное напряжение меньше требуемого прямого падения VBE (≈ 0,65 В) верхнего NPN-транзистора, он останется закрытым или будет проводить очень небольшой ток. С точки зрения базовой цепи это эквивалентно работе диода, и выходное напряжение не следует за входным (нижний PNP-транзистор все еще закрыт, поскольку его база-эмиттерный диод заперт положительным полупериодом входного сигнала). То же самое относится и к нижнему транзистору, но для отрицательного полупериода входного сигнала. Таким образом, в диапазоне примерно ±0,65 В входного напряжения выходное напряжение не является точной копией или усиленной версией входного, и мы видим это как "излом" на выходной форме сигнала вблизи 0 В (или в точке, где один транзистор перестает проводить, а другой начинает). Этот излом является наиболее выраженной формой перекрестных искажений, и он становится более заметным и мешающим при уменьшении размаха выходного напряжения. В этой схеме также могут наблюдаться менее выраженные формы искажений. Последователь эмиттера имеет коэффициент усиления по напряжению чуть меньше 1. В показанной схеме последователи эмиттера NPN и PNP обычно имеют очень незначительные различия в коэффициенте усиления по напряжению, что приводит к небольшим различиям в усилении выше и ниже уровня земли. Существуют и другие, более тонкие формы перекрестных искажений, возникающие из-за небольших различий между PNP и NPN устройствами.
Возможные решения
Как и в случае с большинством видов искажений, перекрестные искажения можно уменьшить, используя обратную связь. Сравнивая выходной сигнал с желаемым и корректируя входной для устранения любых отклонений, можно значительно снизить уровень искажений. Это можно реализовать с помощью операционного усилителя, как показано ниже, или дискретной схемой. В приведенном примере операционный усилитель используется для уменьшения искажений в выходном каскаде, построенном по схеме "push-pull". Операционные усилители – это дифференциальные усилители напряжения с очень высоким коэффициентом усиления (иногда моделируемым как бесконечный). В идеальной модели выход операционного усилителя поддерживается таким образом, чтобы напряжения на обоих его входах были строго равны. В данном случае, поскольку инвертирующий вход напрямую соединен с выходом, напряжение на неинвертирующем входе всегда равно напряжению на выходе и инвертирующем входе, что позволяет исключить искажения. При более точной модели операционного усилителя (с конечным коэффициентом усиления) искажения уменьшаются в разы, пропорционально коэффициенту усиления операционного усилителя. Большинство современных усилителей мощности (включая используемые в hi-fi) применяют оба подхода: схему класса AB в выходном каскаде и обратную связь, обеспечивая приемлемую эффективность и хорошие показатели искажений.