Amplificatoarele Clasa-B utilizează două sau mai multe tranzistoare polarizate în așa fel încât fiecare tranzistor să conducă numai pe durata unei alternanțe de ciclu a formei de undă de intrare.

Pentru a îmbunătăți eficiența energetică completă a amplificatorului anterior clasă A prin reducerea puterii pierdute sub formă de căldură, este posibil să se proiecteze circuitul amplificatorului de putere cu două tranzistoare în etajul său de ieșire, producând ceea ce este denumit în mod obișnuit un amplificator clasă B, cunoscut și ca o configurație de amplificator push-pull.

Amplificatoarele push-pull folosesc două tranzistoare "complementare" sau potrivite, unul fiind tip NPN, iar celălalt tip PNP, ambele tranzistoare de putere primind același semnal de intrare împreună, care este egal în magnitudine, dar în fază opusă la fiecare. Acest lucru face ca un tranzistor să amplifice numai o alternanță sau 180° a ciclului formei de undă de intrare în timp ce celălalt tranzistor amplifică cealaltă alternanță sau restul de 180° din ciclul formei de undă de intrare, cele „două alternanțe“ fiind puse din nou împreună, la terminalul de ieșire.

Atunci, unghiul de conducere pentru acest tip de circuit amplificator este de numai 180° sau 50% din semnalul de intrare. Acest efect de împingere și tragere a alternanțelor ciclului de către tranzistoare dă acestui tip de circuit numele său amuzant "push-pull", dar sunt mai general cunoscute sub numele de amplificator clasă B, după cum se arată mai jos.

Circuit amplificator push-pull clasa B cu transformator

Circuitul de mai sus prezintă un circuit standard amplificator clasă B care folosește un transformator de intrare echilibrat cu priză mediană, care împarte semnalul undei de intrare în două jumătăți egale și defazate cu 180°. Un alt transformator cu priză centrală pe ieșire este utilizat pentru a recombina cele două semnale asigurând creșterea puterii la sarcină. Tranzistoarele utilizate pentru acest tip de circuit de amplificare push-pull cu transformator sunt ambele tranzistoare NPN cu terminalele lor emitor conectate împreună.

Aici, curentul de sarcină este împărțit între cele două tranzistoare de putere, deoarece scade într-un dispozitiv și crește în celălalt pe durata ciclului de semnal, reducând tensiunea și curentul de ieșire la zero. Rezultatul este că ambele alternanțe ale formei de undă de ieșire oscilează acum de la zero la dublu față de curentul static, reducând astfel disiparea. Acest lucru are ca efect dublarea eficienței amplificatorului la aproximativ 70%.

Presupunând că nu este prezent niciun semnal de intrare, fiecare tranzistor poartă curentul static de colector normal, care este determinat de polarizarea bazei care se află la punctul de cut-off. Dacă transformatorul are priza exact în centru, atunci cei doi curenți colectori vor curge în direcții opuse (condiții ideale) și nu va exista magnetizare a miezului transformatorului, minimizând astfel posibilitatea de distorsiune.

Când un semnal de intrare este pe secundarul transformatorului de comandă T1, intrările din bazele tranzistoarelor se află în "antifază", așa cum este arătat, astfel că dacă baza TR1 este pozitivă comandând tranzistorul în conducție puternică, curentul său colector va crește dar în același timp curentul de bază al TR2 va deveni negativ ducându-l în tăiere și curentul de colector al acestui tranzistor scade cu o cantitate egală și invers. Prin urmare, alternanțele negative sunt amplificate de un tranzistor și alternanțele pozitive de către celălalt tranzistor, oferind acest efect push-pull.

Spre deosebire de condiția DC, acești curenți alternativi sunt ADITIVI, rezultând cele două alternanțe de ieșire combinate pentru a reforma unda sinusoidală în bobina primară a transformatorului de ieșire care apoi apare pe sarcină.

Operarea amplificatorului clasă B are polarizare DC zero, deoarece tranzistoarele sunt polarizate la cut-off, astfel încât fiecare tranzistor conduce numai atunci când semnalul de intrare este mai mare decât tensiunea bază-emitor. Prin urmare, la intrare zero există ieșire zero și nu se consumă nici o putere. Aceasta înseamnă că punctul-Q real al unui amplificator clasă B se află pe partea Vce a liniei de sarcină, după cum se arată mai jos.

Curbe caracteristice de ieșire clasa B

Amplificatorul clasa B are avantajul mare față de clasa A prin faptul că nici un curent nu curge prin tranzistoare, atunci când acestea sunt în starea lor statică (adică, fără semnal de intrare), prin urmare, nici o putere este disipată în tranzistoarele de ieșire sau transformator când nu există nici un semnal prezent spre deosebire de etajele de amplificare de clasă A care necesită o polarizare semnificativă a bazei, disipând o mulțime de căldură - chiar și fără semnal de intrare prezent.

Astfel, randamentul total de conversie (η) al amplificatorului este mai mare decât cel al clasei A echivalente, cu eficiențe care ajung până la 70% posibil, rezultând în aproape toate tipurile moderne de amplificatoare push-pull operate în acest mod de clasă B.

Amplificator push-pull clasă B fără transformator

Unul dintre principalele dezavantaje ale circuitului amplificator de clasa B este faptul că utilizează în schemă transformatoare echilibrate cu priză mediană, făcându-l costisitor de construit. Dar, există alt tip de amplificator clasă B, denumit amplificator clasă B de tip simetrie complementară, care nu utilizează transformatoare în schema sa, ci o pereche de tranzistoare de putere complementari sau potriviți.

Deoarece transformatoarele nu sunt necesare, acest lucru face circuitul amplificatorului să fie mult mai mic pentru aceeași cantitate de ieșire, de asemenea, nu există efecte magnetice parazite sau distorsiuni ale transformatorului care să afecteze calitatea semnalului de ieșire. Un exemplu de circuit de amplificator clasă B "fără transformator" este prezentat mai jos.

Etaj de ieșire clasă B fără transformator

Circuitul de amplificare clasa B de mai sus utilizează tranzistoare complementare pentru fiecare alternanță a formei de undă și deși amplificatoarele clasă B au un câștig mult mai mare decât tipurile de clasă A, unul dintre principalele dezavantaje ale amplificatoarelor push-pull clasa B este acela că suferă de efectul cunoscut sub numele de distorsiune Crossover.

Știm că este nevoie de aproximativ 0,7 volți (măsurați de la bază la emițător) pentru ca un tranzistor bipolar să înceapă să conducă. Într-un amplificator pur clasa B, tranzistoarele de ieșire nu sunt "pre-polarizate" într-o stare de funcționare "ON".

Aceasta înseamnă că o parte a formei de undă de ieșire care se află sub această fereastră de 0,7 volți nu va fi reprodusă cu precizie la tranziția dintre cele două tranzistoare (atunci când acestea sunt comutate de la un tranzistor la altul), tranzistoarele nu se opresc sau încep să conducă exact la punctul de trecere prin zero, chiar dacă acestea sunt perechi special potrivite.

Tranzistoarele de ieșire pentru fiecare alternanță din forma de undă (pozitivă și negativă) vor avea fiecare o zonă de 0,7 volți în care nu conduc. Rezultatul este că ambele tranzistoare sunt comutate OFF exact în același timp.

O modalitate simplă de a elimina distorsiunea crossover într-un amplificator clasă B este de a adăuga două surse mici de tensiune la circuit pentru a polariza ambele tranzistoare într-un punct ușor deasupra punctului lor de tăiere. Acest lucru ne-ar oferi atunci ceea ce se numește frecvent un circuit de amplificare clasă AB. Dar, este nepractic să se adauge surse de tensiune suplimentare la circuitul amplificatorului, astfel că joncțiuni-PN sunt utilizate pentru a realiza polarizare suplimentară sub formă de diode cu siliciu.

Amplificator clasă AB

Știm că avem nevoie ca tensiunea bază-emitor să fie mai mare de 0,7V pentru ca un tranzistor bipolar cu siliciu să înceapă să conducă, astfel că dacă am înlocui cele două rezistoare de polarizare a divizorului de tensiune conectate la terminalele de bază ale tranzistoarelor cu două diode de siliciu, tensiunea de polarizare aplicată tranzistoarelor ar fi acum egală cu căderea de tensiune directă pe diode. Aceste două diode sunt numite, în general, diode de polarizare sau diode de compensare și sunt alese pentru a se potrivi cu caracteristicile tranzistoarelor alese. Circuitul de mai jos arată polarizarea diodelor.

Amplificator clasă AB

Circuitul amplificator clasa AB este un compromis între configurațiile clasa A și clasa B. Această tensiune foarte mică de polarizare a diodelor determină ca ambele tranzistoare să conducă ușor chiar și atunci când nu există semnal de intrare. O formă de undă a semnalului de intrare va determina funcționarea tranzistoarelor normală în regiunea lor activă, eliminând astfel orice distorsiune crossover prezentă în schemele de amplificatoare pure clasă B.

Un mic curent colector va curge atunci când nu există semnal de intrare, dar este mult mai mic decât cel pentru configurația de amplificator clasa A. Aceasta înseamnă că tranzistorul va fi "ON" pentru mai mult de o alternanță de ciclu a formei de undă, dar mult mai puțin decât un ciclu complet dând un unghi de conducție cuprins între 180° și 360° sau 50 până la 100% din semnalul de intrare, în funcție de cantitatea de polarizare suplimentară utilizată. Cantitatea de tensiune de polarizare a diodelor prezentă la terminalul de bază al tranzistorului poate fi mărită în multipli prin adăugare de diode suplimentare în serie.

Amplificatoarele clasă B sunt extrem de preferate față de modelele de clasă A pentru aplicații de mare putere, cum ar fi amplificatoarele de putere audio și sistemele PA. Ca și circuitul de amplificare clasă A, un mod de a spori foarte mult câștigul de curent (Ai) al amplificatorului push-pull de clasă B este de a folosi perechile de tranzistoare Darlington în loc de tranzistoare singure în circuitele sale de ieșire.

În următorul tutorial despre amplificatoare vom examina mai atent efectele distorsiunii Crossover în circuitele amplificatorului clasă B și căile de reducere a efectului acesteia.