اعوجاج گذر از صفر یکی از ویژگی‌های رایج تقویت کننده‌های کلاس B است که در آن حالت‌های غیر خطی دو ترانزیستور سوئیچینگ به صورت خطی با سیگنال ورودی تغییر نمی‌کنند.
دیدیم که یکی از مهم‌ترین معایب پیکربندی تقویت کننده کلاس A، پایین بودن بازده نامی توان آن به دلیل بایاس شدن در نقطه Q مرکزی آن است.
اما همچنین می‌دانیم که به سادگی و با تغییر مرحله خروجی تقویت کننده به پیکربندی کلاس B (پوش-پول)، می‌توان تقویت کننده را بهبود بخشید و بازده آن را تقریبا دو برابر کرد. با این حال، ممکن است این از نظر کارایی عالی باشد، اما بیشتر تقویت کننده‌های مدرن کلاس B از نوع بدون ترانسفورماتور یا مکمل با دو ترانزیستور در مرحله خروجی هستند.
این امر منجر به یک مشکل اساسی در تقویت کننده‌های پوش-پول می‌شود، به طوری که دو ترانزیستور، به دلیل آرایش بایاس قطع صفر منحصر به فرد خود، دو نیمه شکل موج را به طور کامل در خروجی با هم ترکیب نمی‌کنند. از آنجا که این مشکل هنگام تغییر سیگنال یا «عبور» آن از یک ترانزیستور به ترانزیستور دیگر در نقطه ولتاژ صفر رخ می‌دهد، مقداری «اعوجاج» در شکل موج خروجی تولید می‌شود. این منجر به وضعیتی می‌شود که معمولا اعوجاج گذر از صفر نام دارد.
اعوجاج گذر از صفر هنگام عبور از یک نیمه از شکل موج به نیمه دیگر، یک «نقطه تخت» یا «باند مرده» در ولتاژ صفر روی شکل موج خروجی تولید می‌کند. دلیل این امر آن است که بازه زمانی انتقال، هنگامی که ترانزیستورها از یکی به دیگری سوئیچ می‌شوند، دقیقا از نقطه عبور از صفر شروع یا متوقف نمی‌شود و بنابراین باعث ایجاد تاخیر اندکی بین «خاموش» شدن ترانزیستور اول و «روشن» شدن ترانزیستور دوم می‌شود. این تاخیر منجر به خاموش شدن هر دو ترانزیستور در یک لحظه و تولید یک شکل موج خروجی می‌شود مانند شکل زیر می‌شود.
شکل موج اعوجاج گذر از صفر
برای اینکه هیچ اعوجاجی در شکل موج خروجی ایجاد نشود، باید فرض کنیم که هر ترانزیستور، هنگامی که ولتاژ بیس-امیتر آن کمی بیش از صفر شود، شروع به هدایت می‌کند. اما می‌دانیم که این درست نیست، زیرا در ترانزیستورهای دو قطبی سیلیکونی، به دلیل افت ولتاژ پیوند pn بیس-امیتر، ولتاژ بیس-امیتر باید حداقل به 0.7V برسد تا ترانزیستور شروع به هدایت کند و در نتیجه این نقطه تخت تولید می‌شود. همچنین، این اثر اعوجاج گذر از صفر مقدار اوج تا اوج کلی شکل موج خروجی را کاهش می‌دهد و باعث کاهش حداکثر توان خروجی می‌شود.
مشخصه انتقال غیر خطی
این اثر برای سیگنال‌های ورودی بزرگ کمتر مشخص است، زیرا ولتاژ ورودی معمولا بسیار زیاد است. اما برای سیگنال‌های ورودی کوچکتر می‌تواند شدیدتر باشد و باعث اعوجاج صوتی در تقویت کننده شود.
پیش بایاس خروجی
مشکل اعوجاج گذر از صفر با اعمال ولتاژ بایاس بیس (ایده‌ای که در آموزش ترانزیستور دیده شد) به بیس‌های دو ترانزیستور از طریق تپ میانی ترانسفورماتور ورودی، می‌تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد، بنابراین ترانزیستورها دیگر در نقطه قطع صفر بایاس نشده‌اند، بلکه در سطحی که توسط این ولتاژ جدید تعیین می‌شود «پیش بایاس» می‌شوند.
تقویت کننده پوش-پول با پیش بایاس
این نوع پیش بایاس با مقاومت باعث می‌شود که یک ترانزیستور دقیقا همزمان با «خاموش» شدن ترانزیستور دیگر «روشن» شود، زیرا هر دو ترانزیستور اکنون کمی بالاتر از نقطه قطع اصلی خود بایاس شده‌اند. با این حال، برای دستیابی به این هدف، ولتاژ بایاس باید حداقل دو برابر ولتاژ معمول بیس-امیتر باشد تا ترانزیستورها «روشن» شوند. همچنین این پیش بایاس می‌تواند در تقویت کننده های بدون ترانسفورماتور که از ترانزیستورهای مکمل استفاده می‌کنند، به سادگی با جایگزینی دو مقاومت تقسیم کننده ولتاژ با دیودهای بایاس، پیاده سازی شود.
پیش بایاس با دیود
این ولتاژ پیش بایاس برای مدار تقویت کننده با ترانسفورماتور یا بدون ترانسفورماتور، باعث می شود که نقطه Q تقویت کننده‌ها از نقطه قطع اصلی منتقل شود و بنابراین به هر ترانزیستور اجازه می‌دهد تا برای مدت کمی بیش از 180° از شکل موج، در ناحیه فعال خود کار کند. به عبارت دیگر، 180° به علاوه بایاس. مقدار ولتاژ بایاس دیود موجود در ترمینال بیس ترانزیستور را می‌توان با افزودن دیودهای اضافی، به صورت مضربی افزایش داد. پس این یک مدار تقویت کننده تولید می‌کند که معمولا تقویت کننده کلاس AB نامیده می‌شود و آرایش بایاس آن در شگل زیر آمده است.
مشخصه خروجی کلاس AB
خلاصه اعوجاج گذر از صفر
پس به طور خلاصه، اعوجاج گذر از صفر در تقویت کننده‌های کلاس B رخ می‌دهد، زیرا تقویت کننده در نقطه قطع خود بایاس شده است. این امر منجر می‌شود که هر دو ترانزیستور به طور همزمان و با عبور شکل موج از نقطه صفر (محور افقی) «خاموش» شوند. با اعمال یک ولتاژ بایاس کوچک با استفاده از مدار تقسیم کننده ولتاژ مقاومتی یا بایاس دیود، می‌توان با رساندن ترانزیستورها به نقطه «روشن»، این اعوجاج گذر از صفر را تا حد زیادی کاهش داد یا حتی به طور کامل از بین برد.
اعمال ولتاژ بایاس، نوع یا کلاس دیگری از مدار تقویت کننده را تولید می‌کند که معمولا تقویت کننده کلاس AB نامیده می‌شود. پس تفاوت بین تقویت کننده کلاس B خالص و تقویت کننده کلاس AB بهبود یافته در سطح بایاس اعمال شده بر ترانزیستورهای خروجی است. یک مزیت عمده استفاده از دیود نسبت به مقاومت این است که پیوندهای pn آنها تغییرات دما در ترانزیستورها را جبران می‌کند.
بنابراین، به درستی می‌توانیم بگوییم که تقویت کننده کلاس AB در واقع یک تقویت کننده کلاس B است که به آن «بایاس» اضافه شده باشد و می‌توانیم این را به صورت زیر خلاصه کنیم:
- تقویت کننده کلاس A – بدون اعوجاج گذر از صفر، زیرا در مرکز خط بار بایاس شده است.
- تقویت کننده کلاس B – مقادیر زیاد اعوجاج گذر از صفر به دلیل بایاس در نقطه قطع.
- تقویت کننده کلاس AB – اگر سطح بایاس خیلی کم تنظیم شود، مقدار کمی اعوجاج گذر از صفر خواهد داشت.
علاوه بر این سه کلاس تقویت کننده، تعدادی کلاس تقویت کننده با بازده بالا مربوط به طراحی تقویت کننده سوئیچینگ وجود دارد که از تکنیک‌های مختلف سوئیچینگ برای کاهش اتلاف توان و افزایش بازده استفاده می‌کنند. برخی از این طرح‌های تقویت کننده از تشدید کننده‌های RLC یا چندین ولتاژ منبع تغذیه برای کمک به کاهش اتلاف توان و اعوجاج استفاده می‌کنند.
