La distorsion est la reproduction inexacte d’un signal d’entrée à la sortie d’un amplificateur. En raison de leur conception à deux étages, les amplificateurs push-pull souffrent de la distorsion de crossover de la forme d’onde de sortie autour de son point de crossover zéro. Nous avons vu que l’un des principaux inconvénients de la configuration Amplificateur Classe A est son faible rendement en pleine puissance en raison de son biais autour de son point Q central.

Mais nous savons également que nous pouvons améliorer l’amplificateur et presque doubler son efficacité simplement en changeant l’étage de sortie de l’amplificateur pour une configuration push-pull de classe B. Cependant, c’est excellent du point de vue de l’efficacité, mais la plupart des amplificateurs de classe B modernes sont sans transformateur ou de types complémentaires avec deux transistors dans leur étage de sortie.

Cela entraîne un problème fondamental majeur avec les amplificateurs push-pull, à savoir que les deux transistors ne se combinent pas complètement à la sortie des deux demi-ondes de la forme d’onde en raison de leur arrangement de biais zéro unique. Comme ce problème se produit lorsque le signal change ou « croise » d’un transistor à l’autre au point de zéro volt, cela produit un montant de « distorsion » à la forme d’onde de sortie. Cela entraîne une condition communément appelée Distorsion de Crossover.

La distorsion de crossover produit un « point plat » ou « zone morte » de tension zéro sur la forme d’onde de sortie lorsqu’elle passe d’une moitié de la forme d’onde à l’autre. La raison en est que la période de transition lorsque les transistors passent de l’un à l’autre ne commence ni ne s’arrête exactement au point de crossover zéro, provoquant ainsi un petit décalage entre le premier transistor passant à « OFF » et le second transistor passant à « ON ». Ce décalage entraîne les deux transistors étant commutés à « OFF » au même instant, produisant une forme d’onde de sortie comme montré ci-dessous.

Forme d’Ondes de Distorsion de Crossover

Pour qu’il n’y ait pas de distorsion de la forme d’onde de sortie, nous devons supposer que chaque transistor commence à conduire lorsque sa tension de base à émetteur dépasse juste zéro, mais nous savons que ce n’est pas vrai car pour les transistors bipolaires en silicium, la tension de base-émetteur doit atteindre au moins 0,7 V avant que le transistor ne commence à conduire à cause de la chute de tension de diode directe de la jonction pn de base-émetteur, produisant ainsi ce point plat. Cet effet de distorsion de crossover réduit également la valeur globale de crête à crête de la forme d’onde de sortie, diminuant la puissance maximale de sortie, comme illustré ci-dessous.

Caractéristiques de Transfert Non Linéaires

Cet effet est moins prononcé pour de grands signaux d’entrée car la tension d’entrée est généralement assez élevée, mais pour des signaux d’entrée plus petits, cela peut être plus sévère, provoquant une distorsion audio à l’amplificateur.

Pré-biais pour Réduire la Distorsion de Crossover

Le problème de distorsion de crossover peut être considérablement réduit en appliquant une légère tension de biais de base en avance (même idée que celle vue dans le tutoriel sur les transistors) aux bases des deux transistors via le centre du transformateur d’entrée, ainsi les transistors ne sont plus biaisés au point de coupure zéro mais plutôt « pré-biaisés » à un niveau déterminé par cette nouvelle tension de biais.

Amplificateur Push-pull avec Pré-biaisage

Ce type de pré-biaisage par résistance fait en sorte qu’un transistor s’allume « ON » exactement au même moment que l’autre transistor s’éteint « OFF » puisque les deux transistors sont maintenant biaisés légèrement au-dessus de leur point de coupure d’origine. Cependant, pour atteindre cela, la tension de biais doit être au moins deux fois supérieure à celle de la tension de base à émetteur pour activer « ON » les transistors. Ce pré-biaisage peut également être mis en œuvre dans des amplificateurs sans transformateur qui utilisent des transistors complémentaires en remplaçant simplement les deux résistances de pont de tension par des diodes de Biaisage, comme montré ci-dessous.

Pré-biaisage avec Diodes

Cette tension de pré-biais, qu’il s’agisse d’un circuit d’amplificateur transformateur ou sans transformateur, a pour effet de déplacer le point Q des amplificateurs au-delà du point de coupure d’origine, permettant ainsi à chaque transistor de fonctionner dans sa région active pour légèrement plus de la moitié ou 180^o de chaque demi-cycle. En d’autres termes, 180^o + Biais. La quantité de tension de biais de diode présente au terminal de base du transistor peut être augmentée en multipliant en ajoutant des diodes supplémentaires en série. Cela produit alors un circuit amplificateur communément appelé un Amplificateur de Classe AB et son arrangement de biais est donné ci-dessous.

Caractéristiques de Sortie Classe AB

Résumé de la Distorsion de Crossover

Pour résumer, la distorsion de crossover se produit dans les amplificateurs de classe B parce que l’amplificateur est biaisé à son point de coupure. Cela entraîne alors que les DEUX transistors sont commutés à « OFF » au même instant alors que la forme d’onde traverse l’axe zéro. En appliquant une petite tension de biais à la base, soit en utilisant un circuit de pont de résistance ou un biaisage par diode, cette distorsion de crossover peut être grandement réduite, voire complètement éliminée en portant les transistors au point d’être juste commutés à « ON ».

L’application d’une tension de biais produit un autre type ou classe de circuit amplificateur communément appelé un Amplificateur Classe AB. Ainsi, la différence entre un amplificateur de classe B pur et un amplificateur de classe AB amélioré réside dans le niveau de biais appliqué aux transistors de sortie. Un des principaux avantages d’utiliser des diodes plutôt que des résistances est que leurs jonctions PN compensent les variations de température des transistors.

Nous pouvons donc correctement dire que l’amplificateur de classe AB est effectivement un amplificateur de classe B avec un « Biais » ajouté et nous pouvons le résumer comme suit :

• Amplificateurs de Classe A – Pas de distorsion de crossover car ils sont biaisés au centre de la ligne de charge.
• Amplificateurs de Classe B – Grande quantité de distorsion de crossover en raison d’un biais au point de coupure.
• Amplificateurs de Classe AB – Certaines distorsions de crossover si le niveau de biais est réglé trop bas.

En plus des trois classes d’amplificateurs mentionnées ci-dessus, il existe plusieurs classes d’amplificateurs haute efficacité liées à des conceptions d’amplificateurs à commutation qui utilisent différentes techniques de commutation pour réduire les pertes d’énergie et augmenter l’efficacité. Certaines de ces conceptions d’amplificateurs utilisent des résonateurs RLC ou plusieurs tensions d’alimentation pour aider à réduire les pertes d’énergie et la distorsion.