Class AB

 

Penguat Daya Kelas AB

Apa yang akan Anda pelajari di Modul 5.5

• Setelah mempelajari bagian ini, Anda diharapkan dapat:
• Memahami amplifier Kelas AB.
•   • Operasi komplementer.
•   • Stabilisasi bias DC.
•   • Stabilisasi suhu.
•   • Penyesuaian titik tengah.
•   • penyetelan silang.
•   • Umpan balik negatif AC.
•   • Bootstrap.
• Pahami kebutuhan amplifier Quasi AB.

Gambar 5.5.1 Bias Kelas AB

Penguat Daya Kelas AB

Rangkaian output push-pull kelas AB sedikit kurang efisien daripada kelas B karena menggunakan arus diam kecil yang mengalir, untuk membiaskan transistor tepat di atas cut off seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.5.1, tetapi distorsi crossover yang dibuat oleh non- bagian linier dari kurva karakteristik input transistor, hampir terputus di kelas B diatasi. Di kelas AB masing-masing transistor push-pull sedang melakukan untuk sedikit lebih dari setengah siklus konduksi di kelas B, tapi jauh lebih sedikit daripada siklus penuh konduksikelas A .

Karena setiap siklus bentuk gelombang melintasi nol volt, kedua transistor konduksi sesaat dan lekukan karakteristik masing-masing transistor dibatalkan.

Keuntungan lain dari kelas AB adalah, menggunakan pasangan transistor yang saling melengkapi dalam mode pengikut emitor, juga memberikan konstruksi yang lebih murah. Tidak diperlukan rangkaian pembagi fasa, karena polaritas yang berlawanan dari pasangan NPN dan PNP berarti bahwa setiap transistor akan berjalan pada setengah siklus yang berlawanan dari bentuk gelombang. Impedansi keluaran rendah yang disediakan oleh sambungan pengikut emitor juga menghilangkan kebutuhan akan transformator keluaran pencocokan impedansi.

Pencocokan karakteristik gain arus dan suhu transistor komplementer (NPN/PNP) bagaimanapun, lebih sulit daripada hanya dengan jenis transistor tunggal seperti yang digunakan dalam operasi kelas B. Juga tanpa resistor emitor, karena penggunaan mode pengikut emitor, stabilitas suhu lebih sulit dipertahankan. Oleh karena itu, Kelas AB dapat memiliki kecenderungan yang lebih besar terhadap pelarian termal .

Gambar 5.5.2 Menerapkan Bias Kelas AB

Gambar 5.5.2 mengilustrasikan metode penerapan bias kelas AB pada pasangan transistor komplementer. Kedua resistor R1 dan R2 memberikan tegangan ke basis transistor keluaran sehingga basis Trl (NPN) sekitar 0,6V lebih positif daripada emitornya, dan basis Tr2 (PNP) sekitar 0,6V lebih negatif daripada emitornya, yaitu setengahnya. dari _VCC .

Untuk mengatasi distorsi crossover, bias pada basis masing-masing transistor perlu diatur secara akurat sehingga transistor akan mulai bekerja segera setelah setengah siklus masing-masing dimulai, oleh karena itu biasanya R2 dibuat dapat disesuaikan.

Tahap Keluaran Dorong Tarik Pelengkap Kelas AB

Rangkaian output yang ditunjukkan pada Gambar 5.5.3 mencakup banyak fitur dan teknik yang dijelaskan di seluruh Modul Amplifier 1 hingga 5. Ini menunjukkan tahap keluaran kelas AB (Tr2 dan Tr3) dan driver audio kelas A(penguat tegangan) Trl. Sirkuit ini memilikiumpan balik negatif AC untuk mengurangidistorsi dan kebisingan , dan memperluas bandwidth, serta umpan balik negatif DC untuk menstabilkan biasing DC. Ada juga beberapa umpan balik positif, ' Bootstrapping ' diterapkan untuk meningkatkan impedansi input dan meningkatkan efisiensi. Fitur penting lainnya termasuk penggunaan dioda untuk memberikan stabilitas termal, dan beberapa penyesuaian bias untuk memberikan distorsi minimum.

Gambar 5.5.3 Tahap Output Kelas AB

Operasi

Transistor driver Tr1 adalah penguat tegangan kelas A yang diberi sinyal audio amplitudo variabel dari input melalui kontrol volume VR1.Bias untuk Tr1 disediakan melalui pembagi potensial R2, Vr2 & R3 dari persimpangan emitor Tr2 & Tr3, yang akan berada di setengah dari tegangan suplai.

Stabilisasi Bias DC

Bias untuk Tr2 dan Tr3 disediakan oleh arus yang mengalir melalui loudspeaker (yang juga merupakan beban keluaran untuk amplifier), R5 dan VR3. Ini memberikan arus basis yang sesuai pada Tr2 dan Tr3 untuk membuat emitor Tr2 dan Tr3 (titik tengah), setengah dari tegangan suplai.Karena bias basis untuk Tr1 (melalui R2, VR2 dan R3) diambil dari emitor Tr2 dan Tr3, jika tegangan pada titik tengah meningkat, bias pada basis Tr1 juga akan meningkat, menyebabkan Tr1 konduksi lebih berat. Tegangan kolektor pada Tr1 akan turun, juga menyebabkan tegangan pada basis Tr2 dan Tr3 turun. Karena Tr2 adalah NPN dan Tr3 adalah PNP, ini akan cenderung mematikan Tr2 dan Tr3, mengurangi tegangan pada titik tengah hingga kembali ke nilai setengah suplai yang benar.

Jika tegangan pada titik tengah turun terlalu jauh, hal ini akan mengakibatkan penurunan tegangan bias pada Tr1, mematikannya dan meningkatkan tegangan kolektornya, dan juga tegangan basis Tr2 dan Tr3. Tindakan ini akan meningkatkan konduksi di (transistor NPN) Tr2 dan mengurangi konduksi di (transistor PNP) Tr3, menaikkan titik tengah ke tegangan yang benar sekali lagi.

Kompensasi Suhu

Dl & D2 adalah dua dioda silikon yang memiliki potensi sambungan yang sama dengan Tr2 dan Tr3. Mereka terhubung di persimpangan basis / emitor transistor keluaran untuk meningkatkan stabilitas termal. Saat Tr2 dan Tr3 memanas, potensi sambungan basis/emitornya akan turun secara alami. Ini akan menyebabkan bias berlebih dan lebih banyak aliran arus di transistor, yang pada akhirnya mengarah ke pelarian termal. D1 & D2 biasanya dipasang pada heat-sink yang sama dengan transistor keluaran. Oleh karena itu saat Tr2 dan Tr3 memanas, begitu juga D1 dan D2.

Potensi sambungan dioda juga turun, dan mereka mulai konduksi. Karena tegangan antara dua basis transistor keluaran diatur oleh VR1 ke 1.2V dalam kondisi dingin, Dl dan D2 awalnya hanya terputus. Namun jika potensi sambungan dioda ini turun karena pemanasan, mereka akan mulai menghantarkan dan mengurangi tegangan antara basis Tr1 dan Tr2. Oleh karena itu, ini akan mengurangi bias pada transistor keluaran dan dengan demikian menjaga kondisi bias kelas AB yang benar.

Penyesuaian Titik Tengah

Adalah penting bahwa tegangan titik tengah dijaga secara akurat pada setengah suplai untuk mendapatkan sinyal keluaran puncak ke puncak maksimum tanpa memotong salah satu puncak dari bentuk gelombang. VR2 dibuat variabel sehingga tegangan titik tengah dapat diatur secara akurat. Penyesuaian ini hanya diperlukan setelah pembuatan atau bila ada komponen yang diganti. Tanpa sinyal yang diterapkan, voltmeter terhubung ke titik tengah dan VR2 disesuaikan untuk setengah tegangan suplai.

Penyesuaian Crossover

VR3 adalah 'Crossover Control' dan disesuaikan dengan sinyal gelombang sinus yang diterapkan ke input amplifier dan diamati pada osiloskop yang terhubung melintasi beban output, untuk memberikan distorsi crossover minimum . VR3 akan disesuaikan, baik selama pembuatan atau setelah penggantian komponen, sehingga perbedaan tegangan antara basis Tr2 dan Tr3 sedemikian rupa sehingga arus berdiri (diam) kecil mengalir ke basis Tr2 dan Tr3. Tegangan melintasi VR3 karena itu akan menjadi sekitar 0,6 x 2 = 1,2V.

Karena efek VR2 dan VR3 berinteraksi satu sama lain, penyesuaian biasanya perlu diulang beberapa kali, setiap kali dengan jumlah penyesuaian yang berkurang sampai keduanya benar, dengan tegangan titik tengah pada setengah suplai dan distorsi crossover diminimalkan.

Dalam peralatan komersial, metode yang benar untuk menyetel VR2 dan VR3 biasanya diberikan dalam manual pabrikan dan instruksi ini harus diikuti dengan tepat. Kontrol titik tengah dan crossover adalah kontrol yang telah ditetapkan sebelumnya dan setelah disetel selama pembuatan biasanya tidak boleh disetel ulang kecuali jika komponen telah diganti.

Umpan Balik Negatif AC

Umpan balik negatif AC disediakan oleh C2 untuk meningkatkan bandwidth dan terutama untuk mengurangi distorsi . Ini penting, karena tidak mungkin untuk sepenuhnya menghilangkan distorsi crossover hanya dengan biasing yang hati-hati.

Bootstrap

Tr2 & Tr3 dibias di kelas AB, dan karenanya harus dibias sesaat sebelum terputus (yaitu dengan 0,6V antara basis dan emitor). Jaringan resistor bias untuk transistor ini juga membentuk beban resistif untuk Tr1. Oleh karena itu nilai R5 dan VR3 diatur oleh tegangan DC yang diperlukan untuk bias basis TR2 dan Tr3 yang benar.

Untuk memberikan penguatan tinggi pada tahap driver kelas A Tr1 beban kolektor harus memiliki resistansi setinggi mungkin; ini bertentangan dengan persyaratan DC untuk biasing Tr2 dan Tr3. Namun resistor beban kolektor Tr1 sebenarnya hanya perlu memiliki resistansi tinggi terhadap sinyal AC; jika cara dapat ditemukan untuk memberikan R5 dan VR3 impedansi tinggi pada frekuensi audio namun mempertahankan resistensi yang sesuai (jauh lebih rendah) di DC, gain di tahap driver Tr1 dapat ditingkatkan.

Untuk mencapai peningkatan penguatan ini, umpan balik positif AC ( bootstrapping ) disediakan oleh C2, yang mengumpan balik sinyal keluaran AC ke bagian atas R5. Sinyal AC ini sefasa dengan sinyal pada basis Tr2 dan Tr3, dan umpan balik positif biasanya akan menyebabkan osilasi, tetapi ini dicegah oleh fakta bahwa Tr2 dan Tr3 beroperasi dalam modepengikut emitor dan penguatan tegangan pengikut emitor lebih kecil. dari 1 (biasanya sekitar 0,9).

Gambar 5.5.4 Kuasi Kelas AB

Ini berarti bahwa berapa pun amplitudo tegangan sinyal pada kolektor Tr1, sekitar 0,9 dari sinyal ini muncul di bagian atas R5, sehingga tegangan AC yang dikembangkan di VR3 dan R5 tampaknya hanya sepersepuluh dari sinyal pada kolektor Tr1, oleh karena itu nilai (AC) resistansi VR3 dan R5 tampaknya sepuluh kali lebih tinggi dari yang sebenarnya, memberikan peningkatan x10 dalam penguatan Tr1 tanpa perubahan resistansi DC VR3 dan R5.

Kelas Kuasi AB

Tahap keluaran komplementer dapat digunakan secara efektif untuk penguat daya, tetapi karena daya meningkat di atas beberapa watt, menjadi semakin sulit untuk menemukan transistor PNP dan NPN dengan karakteristik yang cukup cocok untuk memberikan amplifikasi yang sama dari setengah siklus positif dan negatif. Salah satu solusinya adalah dengan menggunakan tahap keluaran quasi-complementary seperti yang diilustrasikan pada Gambar 5.5.4. Dalam rangkaian ini pasangan komplementer daya rendah (Tr1 dan Tr2) digunakan untuk menggerakkan sepasang transistor keluaran NPN daya tinggi (Tr3 dan Tr4).