In deze gids, laten we in detail leren over Push Pull Versterkers. We hebben de theorie en toepassingen achter een push pull versterker behandeld. We hebben ook verschillende soorten push pull versterkers gedemonstreerd, zoals klasse A, klasse B en klasse AB push pull versterkermodellen.

Een push pull versterker is een versterker die een uitgangstrap heeft die een stroom in beide richtingen door de belasting kan sturen. De uitgangstrap van een typische push pull versterker bestaat uit twee identieke BJT’s of MOSFET’s, waarvan de ene de stroom door de belasting stuurt en de andere de stroom uit de belasting haalt. Push pull-versterkers zijn beter dan single ended-versterkers (met één transistor aan de uitgang voor het aansturen van de belasting) wat vervorming en prestatie betreft. Een single ended versterker, hoe goed hij ook ontworpen is, zal zeker enige vervorming introduceren als gevolg van de niet lineariteit van zijn dynamische overdrachtskarakteristieken. Push pull versterkers worden vaak gebruikt in situaties waar een lage vervorming, een hoog rendement en een hoog uitgangsvermogen vereist zijn. De basiswerking van een push pull versterker is als volgt: Het te versterken signaal wordt eerst gesplitst in twee identieke signalen die 180° uit fase zijn. In het algemeen wordt deze splitsing uitgevoerd met behulp van een ingangskoppeltransformator. De ingangskoppeltransformator is zo opgesteld dat het ene signaal op de ingang van de ene transistor wordt gezet en het andere signaal op de ingang van de andere transistor. Voordelen van de push pull versterker zijn de lage vervorming, de afwezigheid van magnetische verzadiging in de kern van de koppelingstransformator, en de onderdrukking van spanningsrimpels die resulteren in de afwezigheid van brom, terwijl de nadelen de noodzaak van twee identieke transistors en de eis van omvangrijke en kostbare koppelingstransformatoren zijn.

Class A push pull amplifier.

Een push pull versterker kan worden gemaakt in een klasse A, klasse B, klasse AB of klasse C configuratie. Het schakelschema van een typische klasse A push pull versterker is hierboven weergegeven. Q1 en Q2 zijn twee identieke transistors en hun emitter-aansluitingen zijn met elkaar verbonden. R1 en R2 zijn bedoeld voor de biasing van de transistors. De collectorterminals van de twee transistors zijn verbonden met de uiteinden van de primaire van uitgangstransformator T2. De voeding wordt aangesloten tussen de middenaftakking van de primaire T2 en het emittercontact van Q1 en Q2. De basisterminal van elke transistor is verbonden met de respectieve uiteinden van de secundaire van de ingangskoppeltransformator T1. Het ingangssignaal wordt toegepast op de primaire van T1 en de uitgangsbelasting RL wordt aangesloten over de secundaire van T2. De ruststroom van Q2 en Q1 vloeit in tegengestelde richting door de overeenkomstige helften van de primaire van T2 en als gevolg daarvan zal er geen magnetische verzadiging zijn. In de figuur is te zien dat de signalen in fase worden gesplitst en op de basis van elke transistor worden gezet. Wanneer Q1 positief wordt gestuurd met de eerste helft van zijn ingangssignaal, neemt de collectorstroom van Q1 toe. Tegelijkertijd wordt Q2 negatief aangestuurd met de eerste helft van zijn ingangssignaal, zodat de collectorstroom van Q2 afneemt. Uit de figuur is op te maken dat de collectorstromen van Q1 en Q2, I1 en I2, in dezelfde richting door de overeenkomstige helften van de primaire T2 lopen. Als gevolg hiervan wordt een versterkte versie van het oorspronkelijke ingangssignaal geïnduceerd in de T2 secundair. Het is duidelijk dat de stroom door de T2 secundair het verschil is tussen de twee collectorstromen. De harmonischen in de uitgang zullen veel minder zijn door de annulering en dit resulteert in een lage vervorming.

Class B push pull versterker.

De Class B push pull versterker is vrijwel gelijk aan de Class A push pull versterker en het enige verschil is dat er geen voorweerstanden zijn bij een Class B push pull versterker. Dit betekent dat de twee transistors op het afkappunt worden bevoordeeld. De klasse B configuratie kan een beter uitgangsvermogen leveren en heeft een hoger rendement (tot 78,5%). Aangezien de transistors op het scheidingspunt worden bevoordeeld, verbruiken zij geen vermogen in rusttoestand, wat het rendement ten goede komt. De voordelen van klasse B push pull versterkers zijn dat ze kunnen werken bij een beperkte voeding (door het hogere rendement), afwezigheid van gelijkmatige harmonischen in de uitgang, eenvoudige schakeling in vergelijking met de klasse A-configuratie enz. De nadelen zijn een hoger percentage harmonische vervorming in vergelijking met de klasse A, het onderdrukken van spanningsrimpels is niet zo efficiënt als bij een klasse A push pull versterker, waardoor een goed geregelde voeding nodig is. Het schakelschema van een klassieke klasse B push pull versterker is weergegeven in onderstaand schema.

De schakeling van de klasse B push pull versterker is gelijk aan die van de klasse A push pull versterker met uitzondering van het ontbreken van de voorweerstanden. T1 is de ingangskoppelingscondensator en het ingangssignaal wordt op de primaire condensator gezet. Q1 en Q2 zijn twee identieke transistors en hun emitteraansluitingen zijn met elkaar verbonden. De middenaftakking van de ingangskoppeltransformator en het negatieve uiteinde van de spanningsbron worden verbonden met het knooppunt van de emitterteraansluitingen. Het positieve uiteinde van de spanningsbron wordt verbonden met de middenaftakking van de uitgangskoppeltransformator. De collectoruiteinden van elke transistor zijn verbonden met de respectieve uiteinden van de primaire van de uitgangskoppeltransformator T2. Over de secundaire van T2 is belasting RL aangesloten.

Het ingangssignaal wordt door ingangstransformator T1 omgezet in twee gelijke, maar in fase tegengestelde signalen. Een van deze twee signalen wordt toegepast op de basis van de bovenste transistor, terwijl het andere signaal wordt toegepast op de basis van de andere transistor. U kunt dit begrijpen uit het schakelschema. Wanneer transistor Q1 naar de positieve kant wordt gestuurd met de positieve helft van zijn ingangssignaal, gebeurt het omgekeerde in transistor Q2. Dat betekent dat wanneer de collectorstroom van Q1 in de stijgende richting gaat, de collectorstroom van Q2 in de dalende richting gaat. Hoe dan ook, de stroom door de respectievelijke helften van de primaire van de T2 zal in dezelfde richting lopen. Kijk eens naar de figuur voor een beter begrip. Deze stroom door de primaire van de T2 resulteert in een golfvorm die over de secundaire wordt geïnduceerd. De geïnduceerde golfvorm over de secundaire is gelijk aan het oorspronkelijke ingangssignaal, maar versterkt in termen van magnitude.

Cross over vervorming.

Cross over vervorming is een type vervorming dat vaak wordt gezien in klasse B versterker configuraties. Zoals we al eerder zeiden, worden de transistors in de klasse B-versterker op het afsnijpunt bevoorraad. We weten allemaal dat een siliciumtransistor 0,7 V nodig heeft en een germaniumdiode 0,2 V spanning over zijn basisemitterknooppunt alvorens in geleidende modus te komen en deze basisemitterspanning wordt cut-in spanning genoemd. Germanium diodes zijn niet geschikt voor versterkers en we kunnen spreken over een klasse B push pull versterker op basis van Silicium transistors. Aangezien de transistors worden afgekapt, blijft de spanning over hun basis-emitter junctie nul tijdens de nul-ingangstoestand. De enige bron voor de transistors om de noodzakelijke spanningsafsnijding te krijgen is het ingangssignaal zelf en de vereiste spanningsafsnijding zal worden geplunderd uit het ingangssignaal zelf. Het resultaat is dat delen van de ingangsgolfvorm die onder 0,7 V liggen (spanningsafsnijding) worden geannuleerd en dus zullen de overeenkomstige delen ook afwezig zijn in de uitgangsgolfvorm. Kijk eens naar de onderstaande figuur voor een beter begrip.

Class AB push pull versterker.

Class AB is een ander type push pull versterker dat bijna gelijk is aan dat van een Class A push pull versterker en het enige verschil is dat de waarde van de voorloopweerstanden R1 en R2 zo zijn gekozen dat de transistors juist bij de cut in voltage (0,7V) worden voorgespannen. Dit verkort de tijd dat beide transistors gelijktijdig UIT staan (de tijd dat het ingangssignaal zich bevindt tussen (-0,7V en +0,7V) en daardoor wordt de cross over vervorming gereduceerd. Van de bovengenoemde klassen heeft klasse A de minste vervorming, dan klasse AB en dan klasse B. Hoe dan ook heeft de klasse AB-configuratie een lager rendement en verspilt een redelijke hoeveelheid energie bij een nul-ingangstoestand. Klasse B heeft het hoogste rendement (78,5%), dan Klasse B (tussen 78,5 en 50%) en dan Klasse A (50%) .