In diesem Leitfaden lernen wir im Detail über Push-Pull-Verstärker. Wir haben die Theorie und die Anwendungen eines Push-Pull-Verstärkers behandelt. Wir haben auch verschiedene Arten von Push-Pull-Verstärkern vorgestellt, wie Klasse A, Klasse B und Klasse AB Push-Pull-Verstärkermodelle.

Ein Push-Pull-Verstärker ist ein Verstärker, der eine Ausgangsstufe hat, die einen Strom in beide Richtungen durch die Last treiben kann. Die Ausgangsstufe eines typischen Push-Pull-Verstärkers besteht aus zwei identischen BJTs oder MOSFETs, von denen einer den Strom durch die Last liefert und der andere den Strom von der Last abnimmt. Push-Pull-Verstärker sind Single-Ended-Verstärkern (die einen einzigen Transistor am Ausgang zur Ansteuerung der Last verwenden) in Bezug auf Verzerrung und Leistung überlegen. Ein Single-Ended-Verstärker, wie gut er auch konstruiert sein mag, wird aufgrund der Nichtlinearität seiner dynamischen Übertragungscharakteristik mit Sicherheit eine gewisse Verzerrung aufweisen. Push-Pull-Verstärker werden in der Regel dort eingesetzt, wo geringe Verzerrungen, ein hoher Wirkungsgrad und eine hohe Ausgangsleistung erforderlich sind. Die grundlegende Funktionsweise eines Push-Pull-Verstärkers ist wie folgt: Das zu verstärkende Signal wird zunächst in zwei identische Signale aufgeteilt, die um 180° phasenverschoben sind. Im Allgemeinen erfolgt diese Aufteilung mit Hilfe eines Eingangskopplungstransformators. Der Eingangskopplungstransformator ist so angeordnet, dass ein Signal an den Eingang des einen Transistors und das andere Signal an den Eingang des anderen Transistors angelegt wird. Die Vorteile des Push-Pull-Verstärkers sind die geringe Verzerrung, das Fehlen einer magnetischen Sättigung im Kern des Koppeltransformators und die Auslöschung von Stromversorgungswelligkeiten, was zur Abwesenheit von Brummen führt, während die Nachteile die Notwendigkeit von zwei identischen Transistoren und das Erfordernis von sperrigen und teuren Koppeltransformatoren sind.

Push-Pull-Verstärker der Klasse A.

Ein Push-Pull-Verstärker kann in den Konfigurationen Klasse A, Klasse B, Klasse AB oder Klasse C hergestellt werden. Das Schaltbild eines typischen Push-Pull-Verstärkers der Klasse A ist oben abgebildet. Q1 und Q2 sind zwei identische Transistoren, deren Emitteranschlüsse miteinander verbunden sind. R1 und R2 sind für die Vorspannung der Transistoren vorgesehen. Die Kollektoranschlüsse der beiden Transistoren sind mit den jeweiligen Enden der Primärseite des Ausgangstransformators T2 verbunden. Die Stromversorgung ist zwischen dem Mittelabgriff der T2-Primärseite und dem Emitterübergang von Q1 und Q2 angeschlossen. Der Basisanschluss jedes Transistors ist mit den jeweiligen Enden der Sekundärseite des Eingangskoppeltransformators T1 verbunden. Der Ruhestrom von Q2 und Q1 fließt in entgegengesetzter Richtung durch die entsprechenden Hälften der Primärseite von T2, so dass keine magnetische Sättigung auftritt. In der Abbildung sind die phasengeteilten Signale zu sehen, die an die Basis der einzelnen Transistoren angelegt werden. Wenn Q1 mit der ersten Hälfte seines Eingangssignals positiv angesteuert wird, steigt der Kollektorstrom von Q1 an. Gleichzeitig wird Q2 mit der ersten Hälfte seines Eingangssignals negativ angesteuert, so dass der Kollektorstrom von Q2 sinkt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Kollektorströme von Q1 und Q2, d. h. I1 und I2, in der gleichen Richtung durch die entsprechenden Hälften der T2-Primärwicklung fließen. Dadurch wird eine verstärkte Version des ursprünglichen Eingangssignals in der T2-Sekundärwicklung induziert. Es ist klar, dass der Strom durch die T2-Sekundärseite die Differenz zwischen den beiden Kollektorströmen ist. Durch die Auslöschung sind die Oberschwingungen im Ausgang viel geringer, was zu einer geringen Verzerrung führt.

Push-Pull-Verstärker der Klasse B.

Der Push-Pull-Verstärker der Klasse B ist dem Push-Pull-Verstärker der Klasse A fast ähnlich, der einzige Unterschied besteht darin, dass es bei einem Push-Pull-Verstärker der Klasse B keine Vorspannungswiderstände gibt. Die Klasse-B-Konfiguration kann eine bessere Ausgangsleistung und einen höheren Wirkungsgrad (bis zu 78,5 %) bieten. Da die Transistoren am Abschaltpunkt vorgespannt sind, verbrauchen sie im Leerlauf keinen Strom, was den Wirkungsgrad erhöht. Die Vorteile von Push-Pull-Verstärkern der Klasse B sind die Fähigkeit, unter begrenzten Stromversorgungsbedingungen zu arbeiten (aufgrund des höheren Wirkungsgrads), das Fehlen gleichmäßiger Oberwellen im Ausgang, die einfache Schaltung im Vergleich zur Klasse-A-Konfiguration usw. Die Nachteile sind ein höherer Prozentsatz an harmonischen Verzerrungen im Vergleich zur Klasse A, die Auslöschung von Stromversorgungswelligkeiten ist nicht so effizient wie bei einem Push-Pull-Verstärker der Klasse A, was dazu führt, dass eine gut geregelte Stromversorgung erforderlich ist.Das Schaltbild eines klassischen Push-Pull-Verstärkers der Klasse B ist im folgenden Diagramm dargestellt.

Die Schaltungsanordnung des Klasse-B-Push-Pull-Verstärkers ähnelt der des Klasse-A-Push-Pull-Verstärkers, mit Ausnahme des Fehlens der Vorspannungswiderstände. T1 ist der Eingangskopplungskondensator, an dessen Primärseite das Eingangssignal angelegt wird. Q1 und Q2 sind zwei identische Transistoren, deren Emitteranschlüsse miteinander verbunden sind. Der Mittelabgriff des Eingangskopplungstransformators und das negative Ende der Spannungsquelle sind mit dem Verbindungspunkt der Emitteranschlüsse verbunden. Das positive Ende der Spannungsquelle wird mit dem Mittelabgriff des Ausgangskoppeltransformators verbunden. Die Kollektoranschlüsse der einzelnen Transistoren sind mit den jeweiligen Enden der Primärseite des Ausgangskoppeltransformators T2 verbunden. Die Last RL ist an die Sekundärseite von T2 angeschlossen.

Das Eingangssignal wird durch den Eingangstransformator T1 in zwei ähnliche, aber gegenphasige Signale umgewandelt. Eines dieser beiden Signale wird an die Basis des oberen Transistors angelegt, während das andere an die Basis des anderen Transistors angelegt wird. Dies lässt sich anhand des Schaltplans nachvollziehen. Wenn der Transistor Q1 mit der positiven Hälfte seines Eingangssignals in den positiven Bereich getrieben wird, geschieht das Gegenteil im Transistor Q2. Das heißt, wenn der Kollektorstrom von Q1 in die ansteigende Richtung geht, geht der Kollektorstrom von Q2 in die abfallende Richtung. In jedem Fall fließt der Strom durch die jeweiligen Hälften der Primärseite des T2 in die gleiche Richtung. Schauen Sie sich zum besseren Verständnis die Abbildung an. Dieser Stromfluss durch die T2-Primärseite führt zu einer Wellenform, die an der Sekundärseite induziert wird. Die Wellenform, die über die Sekundärseite induziert wird, ähnelt dem ursprünglichen Eingangssignal, ist aber in Bezug auf die Größe verstärkt.

Kreuzverzerrung.

Kreuzverzerrung ist eine Art von Verzerrung, die häufig bei Verstärkerkonfigurationen der Klasse B auftritt. Wie wir bereits gesagt haben, sind die Transistoren im Klasse-B-Verstärker am Cut-Off-Punkt vorgespannt. Wie wir alle wissen, benötigt ein Siliziumtransistor 0,7 V und eine Germaniumdiode 0,2 V Spannung an ihrem Basis-Emitter-Übergang, bevor sie in den leitenden Modus übergeht, und diese Basis-Emitter-Spannung wird Cut-in-Spannung genannt. Germaniumdioden sind für Verstärker nicht geeignet, und wir können über einen Push-Pull-Verstärker der Klasse B auf der Grundlage von Siliziumtransistoren sprechen. Da die Transistoren auf Abschaltung vorgespannt sind, bleibt die Spannung an ihrem Basis-Emitter-Übergang während der Null-Eingangsbedingung gleich Null. Die einzige Quelle für die Transistoren, um die erforderliche Sperrspannung zu erhalten, ist das Eingangssignal selbst, und die erforderliche Sperrspannung wird aus dem Eingangssignal selbst entnommen. Infolgedessen werden Teile der Eingangswellenform, die unter 0,7 V (Sperrspannung) liegen, ausgelöscht, und die entsprechenden Teile werden auch in der Ausgangswellenform fehlen.

Push-Pull-Verstärker der Klasse AB.

Der Push-Pull-Verstärker der Klasse AB ist ein weiterer Typ, der dem Push-Pull-Verstärker der Klasse A sehr ähnlich ist. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Wert der Vorspannungswiderstände R1 und R2 so gewählt wird, dass die Transistoren gerade an der Einschaltschwelle (0,7 V) vorgespannt werden. Dadurch verringert sich die Zeit, in der beide Transistoren gleichzeitig ausgeschaltet sind (die Zeit, in der das Eingangssignal zwischen -0,7 V und +0,7 V liegt), und damit auch die Crossover-Verzerrung. Von den oben genannten Klassen hat Klasse A die geringste Verzerrung, dann Klasse AB und dann Klasse B. Die Konfiguration der Klasse AB hat auf jeden Fall einen geringeren Wirkungsgrad und vergeudet eine angemessene Menge an Energie während des Null-Eingangszustands. Klasse B hat den höchsten Wirkungsgrad (78,5 %), dann Klasse B (zwischen 78,5 und 50 %) und dann Klasse A (50 %).