Yükselteçlerde Çapraz Bozulma(Distorsiyon) / Crossover Distortion in Amplifiers

Çapraz Bozulma, iki anahtarlama transistörünün doğrusal olmamalarının, giriş sinyali ile doğrusal olarak değişmediği B Sınıfı Yükselteçlerin ortak bir özelliğidir.

Ancak, yükseltecin çıkış aşamasını B Sınıfı itme-çekme tipi bir konfigürasyonla değiştirerek yükselteci iyileştirebileceğimizi ve verimliliğini neredeyse ikiye katlayabileceğimizi de biliyoruz. Bununla birlikte, verimlilik açısından bu düzenleme harikadır, ancak çoğu modern B Sınıfı Yükselteç, çıkış aşamasında iki transistör bulunan transformatörsüz veya tamamlayıcı tiplerdir.

Bu, iki transistörün, benzersiz sıfır kesme ön polarlama düzenlemeleri nedeniyle çıkışta dalga biçiminin her iki yarısında tam olarak bir araya gelmemesi nedeniyle, itme-çekme yükselteçleri ile ilgili bir temel sorunla sonuçlanır. Bu sorun, sinyal değiştiğinde veya sıfır voltaj noktasında bir transistörden diğerine “geçiş yaptığında”, çıkış dalgası şeklinde bir miktar “bozulma” yaratır. Bu, genellikle Çapraz Bozulma olarak adlandırılan bir durumla sonuçlanır.

Çapraz Bozulma, dalga formunun bir yarısından diğerine geçerken çıkış dalgası şeklinde sıfır voltaj “düz nokta” üretir. Bunun nedeni, transistörler birinden diğerine geçerken geçiş periyodunun tam olarak sıfır geçiş noktasında durmaması veya başlamaması ve böylece birinci transistörün “KAPALI” olması ile ikinci transistörün dönüşü arasında küçük bir gecikmeye neden olmasıdır. Transistörler “AÇIK” iken olan bu gecikme, her iki transistörün aynı anda aşağıda gösterildiği gibi bir çıkış dalgası şekli üreterek “KAPALI” duruma getirilmesine neden olur.

Çapraz Bozulma Dalga Formu

çapraz bozulma

Çıkış dalga biçiminde herhangi bir bozulma olmaması için, her bir transistörün, tabandan emitöre voltajı sıfırın hemen üzerine yükseldiğinde iletmeye başladığını varsaymalıyız, ancak bunun doğru olmadığını biliyoruz çünkü silikon bipolar transistörler için baz-emiter voltajı baz-emiter pn-bağlantısının ileri diyot voltajı düşüşü nedeniyle transistör iletime başlamadan önce en az 0.7v’ye ulaşmalıdır, böylece bu düz noktayı üretir. Bu çaprazlama bozulma etkisi ayrıca, aşağıda gösterildiği gibi maksimum güç çıkışının azalmasına neden olan çıkış dalga biçiminin genel tepeden tepeye değerini azaltır.

çapraz bozulma
Doğrusal Olmayan Transfer Karakteristikleri​

Bu etki, giriş voltajı genellikle oldukça büyük olduğundan, büyük giriş sinyalleri için daha az belirgindir ancak daha küçük giriş sinyalleri için yükselteçlerde ses bozulmasına neden olarak daha şiddetli olabilir.

Çıkışa Ön Polarlama Verme

Çapraz Geçiş Bozulması sorunu, giriş transformatörünün aracılığıyla iki transistörün tabanlarına düşük bir ileri temel ön polarlama voltajı uygulanarak önemli ölçüde azaltılabilir, böylece transistörler artık sıfır kesme noktasında polarlanır.

Ön Polarlama ile Push-Pull Yükselteç

çapraz bozulma

Bu tip direnç ön polarlaması, her iki transistör de orijinal kesme noktalarının biraz üzerinde polarlı olduğundan, bir transistörün diğer transistörü “KAPALI” hale getirdiğinde tam olarak aynı anda “AÇIK” olmasına neden olur. Bununla birlikte, bunu başarmak için, transistörleri “AÇIK” duruma getirmek için ön gerilimin normal tabandan emitör geriliminin en az iki katı olması gerekir. Bu polarlama, aşağıda gösterildiği gibi iki potansiyel bölücü direncini eğilimli diyotlarla değiştirerek tamamlayıcı transistörler kullanan transformatörsüz yükselteçlerde de uygulanabilir.

Diyotlarla Ön Polarlama

çapraz bozulma

Transformatörlü veya transformatörsüz yükselteç devresi için bu polarlama gerilimi, yükselteçlerin Q-noktasını orijinal kesme noktasının ötesine taşıma etkisine sahiptir, böylece her transistörün yarısından veya 180o’den biraz fazlası için, aktif bölgesi içinde çalışmasına izin verir. Transistörün baz terminalinde bulunan diyot polarlama voltajının miktarı, seri olarak ek diyotlar eklenerek katlar halinde artırılabilir. Bu daha sonra, genellikle AB Sınıfı Yükselteç olarak adlandırılan bir yükselteç devresine evrilmiştir.

AB Sınıfı Çıkış Özellikleri

çapraz bozulma

Özetle:

Özetlemek gerekirse, B Sınıfı yükselteçlerde çapraz bozulma meydana gelir, çünkü yükselteç kesme noktasında polarlıdır. Bu daha sonra, dalga formu sıfır eksenini geçerken aynı anda iki transistörün “KAPALI” duruma getirilmesine neden olur. Dirençli bir potansiyel bölücü devre veya diyot ön polarlama kullanarak, bu çaprazlama bozulmasını, transistörleri “AÇIK” konuma getirip büyük ölçüde azaltılabilir hatta tamamen ortadan kaldırılabilir.

Ön polarlı bir voltajın uygulanması, genellikle AB Sınıfı Yükselteç olarak adlandırılan başka bir tür veya sınıf yükselteç devresi üretir. O halde saf bir B Sınıfı Yükselteç ile geliştirilmiş bir AB Sınıfı Yükselteç arasındaki fark, çıkış transistörlerine uygulanan ön polarlama gerilim seviyesindedir. Dirençlere göre diyot kullanmanın en büyük avantajlarından biri, PN bağlantılarının transistörlerin sıcaklığındaki değişiklikleri telafi etmesidir.

Bu nedenle, AB Sınıfı Yükseltecin etkin bir şekilde “Bias” eklenmiş B Sınıfı bir Yükselteç olduğunu söyleyebiliriz ve bunu şöyle özetleyebiliriz:

A Sınıfı Yükselteçler – Yük hattının merkezinde polarlı olduklarından çapraz bozulma yoktur.

B Sınıfı Yükselteçler – Kesme noktasındaki polarlama nedeniyle büyük miktarlarda çapraz bozulma vardır.

AB Sınıfı Yükselteçler – Ön polarlama düzeyi çok düşük ayarlanmışsa bazen çapraz bozulma görülür.

Yukarıdaki üç yükselteç sınıfının yanı sıra, güç kaybını azaltmak ve verimliliği artırmak için farklı anahtarlama teknikleri kullanan anahtarlamalı yükselteç tasarımlarınıda görmüş olduk. Bu yükselteç tasarımlarından bazıları, güç kaybını ve bozulmayı azaltmaya yardımcı olmak için RLC rezonatörleri veya çok kanallı güç kaynağı kullanır.