Distorsión cruzada - Crossover distortion
La distorsión cruzada es un tipo de distorsión que se produce al cambiar entre dispositivos que impulsan una carga. Se ve más comúnmente en etapas de amplificador Clase B complementarias o "push-pull" , aunque ocasionalmente también se ve en otros tipos de circuitos.
El término cruce significa el "cruce" de la señal entre dispositivos, en este caso, del transistor superior al inferior y viceversa. El término no está relacionado con el filtro de cruce del altavoz de audio, un circuito de filtrado que divide una señal de audio en bandas de frecuencia para impulsar controladores separados en altavoces de múltiples vías.
Mecanismo de distorsión
La imagen muestra una etapa de salida complementaria de emisor-seguidor de clase B típica . En condiciones sin señal, la salida está exactamente a medio camino entre las fuentes (es decir, a 0 V). Cuando este es el caso, la polarización base-emisor de ambos transistores es cero, por lo que están en la región de corte donde los transistores no están conduciendo.
Considere una oscilación positiva: siempre que la entrada sea menor que la caída de V BE hacia adelante requerida (≈ 0,65 V) del transistor NPN superior, permanecerá apagada o conducirá muy poco. Esto es lo mismo que una operación de diodo en lo que respecta al circuito base, y el voltaje de salida no sigue a la entrada (el transistor PNP inferior aún está apagado porque su diodo emisor de base está polarizado inversamente por la entrada positiva ). Lo mismo se aplica para el transistor inferior pero para una entrada negativa. Por lo tanto, entre aproximadamente ± 0,65 V de entrada, el voltaje de salida no es una réplica verdadera o una versión amplificada de la entrada, y podemos ver eso como una "torcedura" en la forma de onda de salida cerca de 0 V (o donde un transistor deja de conducir y el otro comienza). Esta torcedura es la forma más pronunciada de distorsión de cruce y se vuelve más evidente e intrusiva cuando se reduce la oscilación del voltaje de salida.
También se pueden observar formas de distorsión menos pronunciadas en este circuito. Un emisor-seguidor tendrá una ganancia de voltaje de poco menos de 1. En el circuito que se muestra, el emisor-seguidor NPN y el emisor-seguidor PNP generalmente tendrán ganancias de voltaje ligeramente diferentes, lo que lleva a ganancias ligeramente diferentes por encima y por debajo del suelo. También existen otras formas más sutiles de distorsión cruzada, derivadas de ligeras diferencias entre los dispositivos PNP y NPN.
Soluciones posibles
En el caso de un amplificador de clase B / AB, la distorsión de cruce se puede reducir utilizando una ligera polarización directa en el circuito base de modo que los transistores estén inactivos con una pequeña corriente de salida. La polarización directa hace que el circuito funcione en modo clase AB, por lo que ambos transistores están ligeramente encendidos durante el cruce. Esto puede reducir o eliminar la torsión característica de la distorsión de cruce, aunque permanecerán otros tipos de distorsión de cruce.
Como ocurre con la mayoría de los tipos de distorsión, otra forma de reducir la distorsión de cruce es mediante el uso de retroalimentación . Comparando la salida con la salida deseada y ajustando la entrada para corregir cualquier error, podemos reducir significativamente la distorsión. Esto se puede hacer con un amplificador operacional, como se muestra a continuación, o con un circuito discreto.
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En el ejemplo que se muestra, el amplificador operacional se usa para reducir la distorsión de un par push-pull. Los amplificadores operacionales son amplificadores de voltaje diferencial con una ganancia muy alta (a veces modelados como una ganancia infinita). En un modelo ideal, la salida del amplificador operacional se mantiene de manera que ambas entradas del amplificador operacional deben tener exactamente el mismo voltaje. En este caso, dado que la entrada inversora está conectada directamente a la salida, el voltaje en la entrada no inversora es siempre igual al voltaje en la salida y la entrada inversora, eliminando así la distorsión. Con un modelo más preciso de un amplificador operacional (con ganancia no infinita), la distorsión se reduce en un factor igual a la ganancia del amplificador operacional.
La mayoría de los amplificadores de potencia modernos (incluidos los utilizados en alta fidelidad) emplean ambas técnicas, utilizando tanto la clase AB en sus etapas de salida como la retroalimentación, lo que ofrece una eficiencia razonable y buenas cifras de distorsión.