W tym przewodniku, nauczmy się szczegółowo o wzmacniaczach push pull. Omówiliśmy teorię i zastosowania wzmacniaczy push pull. Przedstawiliśmy również różne typy wzmacniaczy push pull, takie jak modele wzmacniaczy push pull klasy A, klasy B i klasy AB.

Wzmacniacz push pull jest wzmacniaczem posiadającym stopień wyjściowy, który może napędzać prąd w obu kierunkach poprzez obciążenie. Stopień wyjściowy typowego wzmacniacza push pull składa się z dwóch identycznych tranzystorów BJT lub MOSFET, z których jeden przewodzi prąd przez obciążenie, a drugi przewodzi prąd z obciążenia. Wzmacniacze push pull mają przewagę nad wzmacniaczami single ended (wykorzystującymi pojedynczy tranzystor na wyjściu do wysterowania obciążenia) pod względem zniekształceń i wydajności. Wzmacniacz jednokońcówkowy, niezależnie od tego jak dobrze został zaprojektowany, z pewnością będzie wprowadzał pewne zniekształcenia z powodu nieliniowości jego dynamicznej charakterystyki przenoszenia. Wzmacniacze push pull są powszechnie stosowane w sytuacjach, gdy wymagane są niskie zniekształcenia, wysoka sprawność i duża moc wyjściowa. Podstawowa zasada działania wzmacniacza push pull jest następująca: sygnał, który ma być wzmocniony jest najpierw dzielony na dwa identyczne sygnały oddalone od siebie o 180° w fazie. Zazwyczaj podział ten jest wykonywany za pomocą wejściowego transformatora sprzęgającego. Wejściowy transformator sprzęgający jest tak ustawiony, że jeden sygnał jest podawany na wejście jednego tranzystora, a drugi sygnał jest podawany na wejście drugiego tranzystora. Zaletami wzmacniacza push pull są niskie zniekształcenia, brak nasycenia magnetycznego w rdzeniu transformatora sprzęgającego oraz anulowanie tętnień zasilania, co skutkuje brakiem szumu, natomiast wadami są konieczność stosowania dwóch identycznych tranzystorów oraz wymóg stosowania nieporęcznych i kosztownych transformatorów sprzęgających.

Wzmacniacz push pull klasy A.

Wzmacniacz push pull może być wykonany w konfiguracjach klasy A, klasy B, klasy AB lub klasy C. Schemat obwodu typowego wzmacniacza push pull klasy A jest pokazany powyżej. Q1 i Q2 są dwoma identycznymi tranzystorami, a ich końcówki emiterowe są połączone razem. R1 i R2 służą do biasowania tranzystorów. Zaciski kolektora obu tranzystorów są podłączone do odpowiednich końcówek strony pierwotnej transformatora wyjściowego T2. Zasilanie jest podłączone pomiędzy środkowy zaczep pierwotnego transformatora T2 i złącze emiterów Q1 i Q2. Zacisk bazy każdego z tranzystorów jest podłączony do odpowiednich końców wtórnika wejściowego transformatora sprzęgającego T1. Sygnał wejściowy jest przyłożony do pierwotnego T1, a obciążenie wyjściowe RL jest podłączone przez wtórnik T2. Prąd spoczynkowy Q2 i Q1 płynie w przeciwnych kierunkach przez odpowiednie połówki pierwotnego T2 i w rezultacie nie będzie nasycenia magnetycznego. Na rysunku widać, że sygnały rozdzielone w fazie są przykładane do bazy każdego z tranzystorów. Gdy Q1 jest wysterowany dodatnio za pomocą pierwszej połowy swojego sygnału wejściowego, prąd kolektora Q1 wzrasta. W tym samym czasie Q2 jest wysterowywany ujemnie za pomocą pierwszej połowy swojego sygnału wejściowego i dlatego prąd kolektora Q2 maleje. Z rysunku widać, że prądy kolektora Q1 i Q2, czyli I1 i I2 płyną w tym samym kierunku przez odpowiednie połówki pierwotnego T2. W wyniku tego we wtórniku T2 indukuje się wzmocniona wersja oryginalnego sygnału wejściowego. Jest oczywiste, że prąd płynący przez wtórnik T2 jest różnicą pomiędzy dwoma prądami kolektora. Harmoniczne będą znacznie mniejsze na wyjściu z powodu anulowania, a to skutkuje niskimi zniekształceniami.

Wzmacniacz push pull klasy B.

Wzmacniacz push pull klasy B jest prawie podobny do wzmacniacza push pull klasy A, a jedyną różnicą jest to, że nie ma rezystorów biasujących dla wzmacniacza push pull klasy B. Oznacza to, że dwa tranzystory są biasowane w punkcie odcięcia. Konfiguracja klasy B może zapewnić lepszą moc wyjściową i ma wyższą sprawność (do 78,5%). Ponieważ tranzystory są spolaryzowane w punkcie odcięcia, nie pobierają mocy w stanie spoczynku, co dodatkowo zwiększa sprawność. Zaletami wzmacniaczy push pull klasy B są: możliwość pracy w ograniczonych warunkach zasilania (ze względu na wyższą sprawność), brak parzystych harmonicznych na wyjściu, prostota obwodu w porównaniu do konfiguracji klasy A itp. Wady to wyższy procent zniekształceń harmonicznych w porównaniu z klasą A, eliminacja tętnień zasilania nie jest tak skuteczna jak we wzmacniaczu push pull klasy A, co powoduje konieczność stosowania dobrze regulowanego zasilania.Schemat klasycznego wzmacniacza push pull klasy B jest przedstawiony na poniższym rysunku.

Układ obwodu wzmacniacza push pull klasy B jest podobny do wzmacniacza push pull klasy A z wyjątkiem braku rezystorów biasujących. T1 jest wejściowym kondensatorem sprzęgającym, a sygnał wejściowy jest podawany na jego pierwiastek. Q1 i Q2 są dwoma identycznymi tranzystorami, a ich końcówki emiterów są połączone razem. Środkowy zaczep wejściowego transformatora sprzęgającego i ujemny koniec źródła napięcia jest podłączony do punktu styku zacisków emiterów. Dodatni koniec źródła napięcia jest podłączony do środkowego zaczepu wyjściowego transformatora sprzęgającego. Końcówki kolektora każdego z tranzystorów są podłączone do odpowiednich końcówek uzwojenia pierwotnego wyjściowego transformatora sprzęgającego T2. Obciążenie RL jest podłączony w poprzek wtórnego T2.

Sygnał wejściowy jest przekształcany w dwa podobne, ale przeciwne w fazie sygnały przez transformator wejściowy T1. Jeden z tych dwóch sygnałów jest stosowany do bazy górnego tranzystora, podczas gdy drugi jest stosowany do bazy drugiego tranzystora. Można to zrozumieć na podstawie schematu obwodu. Kiedy tranzystor Q1 jest wysterowany na stronę dodatnią za pomocą dodatniej połowy sygnału wejściowego, odwrotna sytuacja ma miejsce w tranzystorze Q2. Oznacza to, że gdy prąd kolektora Q1 płynie w kierunku rosnącym, prąd kolektora Q2 płynie w kierunku malejącym. W każdym razie prąd płynący przez odpowiednie połówki uzwojenia pierwotnego T2 będzie płynął w tym samym kierunku. Spójrz na rysunek dla lepszego zrozumienia. Przepływ prądu przez uzwojenie pierwotne T2 powoduje powstanie fali indukowanej na jego wtórniku. Forma fali indukowanej na wtórniku jest podobna do oryginalnego sygnału wejściowego, ale wzmocniona pod względem wielkości.

Zniekształcenia skrośne.

Zniekształcenia skrośne są rodzajem zniekształceń powszechnie występujących we wzmacniaczach klasy B. Jak powiedzieliśmy wcześniej, tranzystory są biased w punkcie odcięcia we wzmacniaczu klasy B. Wszyscy wiemy, że tranzystor krzemowy wymaga napięcia 0,7 V, a dioda germanowa wymaga napięcia 0,2 V na złączu baza emiter przed wejściem w tryb przewodzenia, a to napięcie baza emiter nazywane jest napięciem odcięcia. Diody germanowe są poza zakresem stosowania we wzmacniaczach i możemy mówić o wzmacniaczu push pull klasy B opartym na tranzystorach krzemowych. Ponieważ tranzystory są w stanie odcięcia, napięcie na ich złączu baza emiter pozostaje zerowe podczas zerowego stanu wejściowego. Jedynym źródłem dla tranzystorów, aby uzyskać niezbędne napięcie odcięcia jest sam sygnał wejściowy, a wymagane napięcie odcięcia zostanie pobrane z samego sygnału wejściowego. W rezultacie fragmenty przebiegu wejściowego, które są poniżej 0.7V (napięcie obcięcia) będą anulowane, a więc odpowiadające im fragmenty będą również nieobecne w przebiegu wyjściowym. Spójrz na poniższy rysunek dla lepszego zrozumienia.

Wzmacniacz push pull klasy AB.

Klasa AB jest kolejnym typem wzmacniacza push pull, który jest prawie podobny do wzmacniacza push pull klasy A, a jedyną różnicą jest to, że wartość rezystorów biasujących R1 i R2 jest tak dobrana, że tranzystory są biasowane tuż przy napięciu odcięcia (0,7V). Skraca to czas, przez który oba tranzystory są jednocześnie wyłączone (czas, przez który sygnał wejściowy znajduje się w przedziale od -0,7V do +0,7V) i w ten sposób zmniejsza się zniekształcenia skrośne. Z wyżej wymienionych klas klasa A ma najmniejsze zniekształcenia, następnie klasa AB, a potem klasa B. W każdym razie konfiguracja klasy AB ma zmniejszoną sprawność i marnuje rozsądną ilość energii w warunkach zerowego sygnału wejściowego. Klasa B ma najwyższą sprawność (78,5%), następnie klasa B (od 78,5 do 50%), a potem klasa A (50%) .

.