Distorsi Crossover Pada Penguat (Amplifier)
Distorsi Crossover adalah fitur umum dari penguat (amplifier) Kelas-B di mana non-linearitas dari dua transistor switching tidak bervariasi secara linear dengan sinyal input.
Kita telah melihat bahwa salah satu kelemahan utama dari konfigurasi Penguat (Amplifier) Kelas-A adalah peringkat efisiensi daya penuh rendah karena bias di sekitar titik-Q pusatnya.
Tetapi kita juga tahu bahwa kita dapat meningkatkan penguat/amplifier dan hampir menggandakan efisiensinya hanya dengan mengubah tahap output dari amplifier ke konfigurasi tipe push-pull Kelas B. Namun, ini bagus dari sudut pandang efisiensi, tetapi sebagian besar penguat Kelas B modern adalah tipe tanpa-trafo atau komplementer dengan dua transistor pada tahap outputnya.
Hal ini menghasilkan satu masalah mendasar utama dengan penguat push-pull di mana dua transistor tidak bergabung bersama sepenuhnya pada output kedua bagian gelombang karena pengaturan biasing nol cut-off yang unik.
Karena masalah ini terjadi ketika sinyal berubah atau "crossesover" dari satu transistor ke transistor lainnya pada titik tegangan nol, ia menghasilkan sejumlah "distorsi" ke bentuk gelombang output. Ini menghasilkan kondisi yang biasa disebut Distorsi Crossover. Distorsi Crossover menghasilkan "titik datar" atau "deadband" tegangan nol pada bentuk gelombang output saat melintasi dari satu setengah bentuk gelombang ke yang lain.
Alasan untuk ini adalah bahwa periode transisi ketika transistor beralih dari satu ke yang lain, tidak berhenti atau mulai tepat pada titik crossover nol sehingga menyebabkan penundaan kecil antara transistor pertama yang “OFF” dan transistor kedua yang berputar "DI".
Penundaan ini menyebabkan kedua transistor dimatikan "OFF" pada saat yang bersamaan menghasilkan bentuk gelombang output seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Agar tidak ada distorsi bentuk gelombang output, kita harus mengasumsikan bahwa setiap transistor mulai melakukan ketika base-nya ke tegangan emitter naik tepat di atas nol.
Tetapi kita tahu bahwa ini tidak benar karena untuk transistor silikon bipolar, tegangan base-emitter harus mencapai setidaknya 0.7 v sebelum transistor mulai berjalan karena penurunan tegangan dioda maju dari pn-junction base-emitor, sehingga menghasilkan titik datar ini.
Efek distorsi crossover ini juga mengurangi nilai puncak ke puncak keseluruhan dari bentuk gelombang output yang menyebabkan output daya maksimum menjadi berkurang seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Efek ini kurang jelas untuk sinyal input besar karena tegangan input biasanya cukup besar tetapi untuk sinyal input yang lebih kecil bisa lebih parah menyebabkan distorsi audio ke amplifier.
Jenis pra-biasing Resistor menyebabkan satu transistor untuk "ON" tepat pada waktu yang sama dengan transistor yang lain "OFF" karena kedua transistor sekarang bias sedikit di atas titik cut-off aslinya. Namun, untuk mencapai ini, tegangan bias harus setidaknya dua kali lipat dari basis normal ke tegangan emitter untuk menghidupkan "ON" transistor.
Pra-biasing ini juga dapat diimplementasikan dalam amplifier tanpa-trafo yang menggunakan transistor komplementer dengan hanya mengganti dua resistor pembagi potensial dengan Dioda Biasing seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Tegangan ini pra-biasing baik untuk Transformator atau tanpa-trafo (transformerless) rangkaian penguat, memiliki efek memindahkan amplifier titik-Q melewati cut-off titik asli sehingga memungkinkan setiap transistor untuk beroperasi dalam daerah aktifnya untuk sedikit lebih dari setengah atau 180° dari setiap setengah siklus. Dengan kata lain, 180° +Bias.
Jumlah tegangan bias Dioda yang ada di terminal dasar transistor dapat ditingkatkan dalam beberapa kali dengan menambahkan dioda tambahan secara seri. Ini kemudian menghasilkan rangkaian penguat yang biasa disebut Penguat Kelas AB dan pengaturan biasingnya diberikan di bawah ini.
Dengan menerapkan tegangan bias base kecil baik dengan menggunakan rangkaian pembagi potensial resistif atau dioda biasing, distorsi crossover ini dapat sangat dikurangi atau bahkan dihilangkan sepenuhnya dengan membawa transistor ke titik yang baru saja diaktifkan "ON".
Penerapan tegangan bias menghasilkan jenis atau kelas rangkaian penguat lain yang biasa disebut Penguat Kelas AB. Kemudian perbedaan antara penguat Kelas B murni dan penguat Kelas AB yang ditingkatkan adalah pada tingkat bias yang diterapkan pada transistor output.
Salah satu keuntungan utama menggunakan dioda atas resistor adalah bahwa junction-PN mereka mengkompensasi variasi suhu transistor.
Oleh karena itu, kita dapat dengan benar mengatakan bahwa penguat Kelas AB secara efektif penguat Kelas B dengan menambahkan "Bias" dan kita dapat meringkas ini sebagai berikut:
Penguat Amplifier Kelas A - Tidak Ada Distorsi Crossover karena bias di tengah garis beban.
Penguat Amplifier Kelas B - Sejumlah besar Distorsi Crossover karena bias pada titik batas.
Penguat Amplifier Kelas AB - Distorsi Crossover Beberapa jika level biasing diatur terlalu rendah.
Selain tiga kelas penguat amplifier di atas, ada sejumlah Kelas-Kelas Amplifier efisiensi tinggi yang berkaitan dengan desain amplifier yang menggunakan teknik switching yang berbeda untuk mengurangi kehilangan daya dan meningkatkan efisiensi.
Beberapa desain penguat ini menggunakan Resonator RLC atau beberapa voltase catu daya untuk membantu mengurangi kehilangan daya dan distorsi.
Kita telah melihat bahwa salah satu kelemahan utama dari konfigurasi Penguat (Amplifier) Kelas-A adalah peringkat efisiensi daya penuh rendah karena bias di sekitar titik-Q pusatnya.
Tetapi kita juga tahu bahwa kita dapat meningkatkan penguat/amplifier dan hampir menggandakan efisiensinya hanya dengan mengubah tahap output dari amplifier ke konfigurasi tipe push-pull Kelas B. Namun, ini bagus dari sudut pandang efisiensi, tetapi sebagian besar penguat Kelas B modern adalah tipe tanpa-trafo atau komplementer dengan dua transistor pada tahap outputnya.
Hal ini menghasilkan satu masalah mendasar utama dengan penguat push-pull di mana dua transistor tidak bergabung bersama sepenuhnya pada output kedua bagian gelombang karena pengaturan biasing nol cut-off yang unik.
Karena masalah ini terjadi ketika sinyal berubah atau "crossesover" dari satu transistor ke transistor lainnya pada titik tegangan nol, ia menghasilkan sejumlah "distorsi" ke bentuk gelombang output. Ini menghasilkan kondisi yang biasa disebut Distorsi Crossover. Distorsi Crossover menghasilkan "titik datar" atau "deadband" tegangan nol pada bentuk gelombang output saat melintasi dari satu setengah bentuk gelombang ke yang lain.
Alasan untuk ini adalah bahwa periode transisi ketika transistor beralih dari satu ke yang lain, tidak berhenti atau mulai tepat pada titik crossover nol sehingga menyebabkan penundaan kecil antara transistor pertama yang “OFF” dan transistor kedua yang berputar "DI".
Penundaan ini menyebabkan kedua transistor dimatikan "OFF" pada saat yang bersamaan menghasilkan bentuk gelombang output seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Bentuk gelombang Distorsi Crossover
Agar tidak ada distorsi bentuk gelombang output, kita harus mengasumsikan bahwa setiap transistor mulai melakukan ketika base-nya ke tegangan emitter naik tepat di atas nol.
Tetapi kita tahu bahwa ini tidak benar karena untuk transistor silikon bipolar, tegangan base-emitter harus mencapai setidaknya 0.7 v sebelum transistor mulai berjalan karena penurunan tegangan dioda maju dari pn-junction base-emitor, sehingga menghasilkan titik datar ini.
Efek distorsi crossover ini juga mengurangi nilai puncak ke puncak keseluruhan dari bentuk gelombang output yang menyebabkan output daya maksimum menjadi berkurang seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Karakteristik Transfer Non-Linier
Efek ini kurang jelas untuk sinyal input besar karena tegangan input biasanya cukup besar tetapi untuk sinyal input yang lebih kecil bisa lebih parah menyebabkan distorsi audio ke amplifier.
Pra-biasing Output
Masalah Distorsi Crossover dapat dikurangi secara signifikan dengan menerapkan tegangan bias base maju sedikit (ide yang sama seperti yang terlihat dalam tutorial Transistor) ke dasar dua transistor melalui center-tap trafo input, Sehingga transistor tidak lagi bias pada titik cut-off nol tetapi sebaliknya "Pra-bias" pada tingkat yang ditentukan oleh tegangan biasing baru ini.Penguat Amplifier Push-pull dengan Pra-biasing
Jenis pra-biasing Resistor menyebabkan satu transistor untuk "ON" tepat pada waktu yang sama dengan transistor yang lain "OFF" karena kedua transistor sekarang bias sedikit di atas titik cut-off aslinya. Namun, untuk mencapai ini, tegangan bias harus setidaknya dua kali lipat dari basis normal ke tegangan emitter untuk menghidupkan "ON" transistor.
Pra-biasing ini juga dapat diimplementasikan dalam amplifier tanpa-trafo yang menggunakan transistor komplementer dengan hanya mengganti dua resistor pembagi potensial dengan Dioda Biasing seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Pra-biasing dengan Dioda
Tegangan ini pra-biasing baik untuk Transformator atau tanpa-trafo (transformerless) rangkaian penguat, memiliki efek memindahkan amplifier titik-Q melewati cut-off titik asli sehingga memungkinkan setiap transistor untuk beroperasi dalam daerah aktifnya untuk sedikit lebih dari setengah atau 180° dari setiap setengah siklus. Dengan kata lain, 180° +Bias.
Jumlah tegangan bias Dioda yang ada di terminal dasar transistor dapat ditingkatkan dalam beberapa kali dengan menambahkan dioda tambahan secara seri. Ini kemudian menghasilkan rangkaian penguat yang biasa disebut Penguat Kelas AB dan pengaturan biasingnya diberikan di bawah ini.
Karakteristik Output Kelas AB
Ringkasan Distorsi Crossover
Kemudian untuk meringkas, Distorsi Crossover yang terjadi pada penguat penguat Kelas B karena penguat bias pada titik batasnya. Ini kemudian menghasilkan KEDUA transistor yang dimatikan "OFF" pada saat yang bersamaan ketika gelombang melintasi sumbu nol.Dengan menerapkan tegangan bias base kecil baik dengan menggunakan rangkaian pembagi potensial resistif atau dioda biasing, distorsi crossover ini dapat sangat dikurangi atau bahkan dihilangkan sepenuhnya dengan membawa transistor ke titik yang baru saja diaktifkan "ON".
Penerapan tegangan bias menghasilkan jenis atau kelas rangkaian penguat lain yang biasa disebut Penguat Kelas AB. Kemudian perbedaan antara penguat Kelas B murni dan penguat Kelas AB yang ditingkatkan adalah pada tingkat bias yang diterapkan pada transistor output.
Salah satu keuntungan utama menggunakan dioda atas resistor adalah bahwa junction-PN mereka mengkompensasi variasi suhu transistor.
Oleh karena itu, kita dapat dengan benar mengatakan bahwa penguat Kelas AB secara efektif penguat Kelas B dengan menambahkan "Bias" dan kita dapat meringkas ini sebagai berikut:
Penguat Amplifier Kelas A - Tidak Ada Distorsi Crossover karena bias di tengah garis beban.
Penguat Amplifier Kelas B - Sejumlah besar Distorsi Crossover karena bias pada titik batas.
Penguat Amplifier Kelas AB - Distorsi Crossover Beberapa jika level biasing diatur terlalu rendah.
Selain tiga kelas penguat amplifier di atas, ada sejumlah Kelas-Kelas Amplifier efisiensi tinggi yang berkaitan dengan desain amplifier yang menggunakan teknik switching yang berbeda untuk mengurangi kehilangan daya dan meningkatkan efisiensi.
Beberapa desain penguat ini menggunakan Resonator RLC atau beberapa voltase catu daya untuk membantu mengurangi kehilangan daya dan distorsi.