Amplificatore di potenza di classe B.
Quando la corrente del collettore scorre solo durante il semiciclo positivo del segnale di ingresso, l'amplificatore di potenza è noto come class B power amplifier.
Operazione di classe B.
La polarizzazione del transistor nel funzionamento di classe B è tale che a condizione di segnale zero, non ci sarà corrente di collettore. Iloperating pointè selezionato per essere alla tensione di interruzione del collettore. Quindi, quando il segnale viene applicato,only the positive half cycle è amplificato in uscita.
La figura seguente mostra le forme d'onda di ingresso e uscita durante il funzionamento di classe B.
Quando il segnale viene applicato, il circuito è polarizzato in avanti per il semiciclo positivo dell'ingresso e quindi la corrente del collettore scorre. Ma durante il semiciclo negativo dell'ingresso, il circuito è polarizzato inversamente e la corrente del collettore sarà assente. Quindionly the positive half cycle è amplificato in uscita.
Poiché il semiciclo negativo è completamente assente, la distorsione del segnale sarà elevata. Inoltre, quando il segnale applicato aumenta, la dissipazione di potenza sarà maggiore. Ma rispetto all'amplificatore di potenza di classe A, l'efficienza di uscita è aumentata.
Bene, per ridurre al minimo gli svantaggi e ottenere bassa distorsione, alta efficienza e alta potenza di uscita, la configurazione push-pull viene utilizzata in questo amplificatore di classe B.
Amplificatore push-pull di classe B.
Sebbene l'efficienza dell'amplificatore di potenza di classe B sia superiore alla classe A, poiché viene utilizzato solo un mezzo ciclo dell'ingresso, la distorsione è elevata. Inoltre, la potenza in ingresso non è completamente utilizzata. Per compensare questi problemi, viene introdotta la configurazione push-pull negli amplificatori di classe B.
Costruzione
Il circuito di un amplificatore di potenza di classe B push-pull è costituito da due transistor identici T 1 e T 2 le cui basi sono collegate al secondario del trasformatore di ingresso a presa centrale T r1 . Gli emettitori vengono cortocircuitati e ai collettori viene fornita l' alimentazione V CC attraverso il primario del trasformatore di uscita T r2 .
La disposizione del circuito dell'amplificatore push-pull di classe B è uguale a quella dell'amplificatore push-pull di classe A tranne per il fatto che i transistor sono polarizzati al taglio, invece di utilizzare i resistori di polarizzazione. La figura seguente fornisce i dettagli della costruzione di un amplificatore di potenza di classe B.
Il funzionamento del circuito dell'amplificatore push-pull di classe B è descritto di seguito.
Operazione
Il circuito dell'amplificatore push-pull di classe B mostrato nella figura sopra evidenzia che entrambi i trasformatori sono a presa centrale. Quando nessun segnale è applicato all'ingresso, i transistori T 1 e T 2 sono in condizione di interruzione e quindi non fluiscono correnti di collettore. Poiché non viene prelevata corrente da V CC , nessuna potenza viene sprecata.
Quando viene fornito il segnale di ingresso, viene applicato al trasformatore di ingresso T r1 che divide il segnale in due segnali sfasati di 180 o tra loro. Questi due segnali sono dati ai due transistor identici T 1 e T 2 . Per il semiciclo positivo, la base del transistor T 1 diventa positiva e la corrente del collettore scorre. Allo stesso tempo, il transistore T 2 ha un semiciclo negativo, che porta il transistore T 2 in condizione di interruzione e quindi non scorre corrente di collettore. La forma d'onda viene prodotta come mostrato nella figura seguente.
Per il successivo semiciclo, il transistore T 1 entra nel cut off condizione e il transistore T 2 entra in conduzione, per contribuire all'uscita. Quindi per entrambi i cicli, ogni transistor conduce alternativamente. Il trasformatore di uscita T r3 serve a unire le due correnti producendo una forma d'onda di uscita quasi non distorta.
Efficienza energetica dell'amplificatore push-pull di classe B.
La corrente in ciascun transistor è il valore medio del semiciclo sinusoidale.
Per mezzo ciclo sinusoidale, I dc è dato da
$$ I_ {dc} = \ frac {(I_C) _ {max}} {\ pi} $$
Perciò,
$$ (p_ {in}) _ {dc} = 2 \ times \ left [\ frac {(I_C) _ {max}} {\ pi} \ times V_ {CC} \ right] $$
Qui viene introdotto il fattore 2 poiché ci sono due transistor nell'amplificatore push-pull.
Valore RMS della corrente del collettore = $ (I_C) _ {max} / \ sqrt {2} $
Valore RMS della tensione di uscita = $ V_ {CC} / \ sqrt {2} $
In condizioni ideali di massima potenza
Perciò,
$$ (P_O) _ {ac} = \ frac {(I_C) _ {max}} {\ sqrt {2}} \ times \ frac {V_ {CC}} {\ sqrt {2}} = \ frac {( I_C) _ {max} \ times V_ {CC}} {2} $$
Ora massima efficienza complessiva
$$ \ eta_ {overall} = \ frac {(P_O) _ {ac}} {(P_ {in}) _ {dc}} $$
$$ = \ frac {(I_C) _ {max} \ times V_ {CC}} {2} \ times \ frac {\ pi} {2 (I_C) _ {max} \ times V_ {CC}} $$
$$ = \ frac {\ pi} {4} = 0,785 = 78,5 \% $$
L'efficienza del collettore sarebbe la stessa.
Quindi l'amplificatore push-pull di classe B migliora l'efficienza rispetto all'amplificatore push-pull di classe A.
Amplificatore di classe B push-pull simmetrico complementare
L'amplificatore push pull di cui abbiamo appena discusso migliora l'efficienza, ma l'uso di trasformatori a presa centrale rende il circuito ingombrante, pesante e costoso. Per rendere il circuito semplice e per migliorare l'efficienza, i transistor utilizzati possono essere integrati, come mostrato nello schema circuitale seguente.
Il circuito di cui sopra impiega un transistor NPN e un transistor PNP collegati in configurazione push pull. Quando viene applicato il segnale di ingresso, durante il semiciclo positivo del segnale di ingresso, il transistor NPN conduce e il transistor PNP si interrompe. Durante il semiciclo negativo, il transistor NPN si interrompe e il transistor PNP conduce.
In questo modo, il transistor NPN si amplifica durante il semiciclo positivo dell'ingresso, mentre il transistor PNP si amplifica durante il semiciclo negativo dell'ingresso. Poiché i transistor sono entrambi complementari l'uno all'altro, ma agiscono simmetricamente mentre sono collegati in configurazione push pull di classe B, questo circuito è definito comeComplementary symmetry push pull class B amplifier.
Vantaggi
I vantaggi dell'amplificatore di classe B push pull a simmetria complementare sono i seguenti.
Poiché non sono necessari trasformatori con presa centrale, il peso e il costo sono ridotti.
Non sono richieste tensioni del segnale di ingresso uguali e opposte.
Svantaggi
Gli svantaggi dell'amplificatore di classe B push pull a simmetria complementare sono i seguenti.
È difficile ottenere una coppia di transistor (NPN e PNP) con caratteristiche simili.
Abbiamo bisogno di tensioni di alimentazione sia positive che negative.