Złącze p-n

Budowa złącza

Złącze p-n jest to obszar półprzewodnika monokrystalicznego, utworzony przez dwa graniczące ze sobą warstwy typu p i typu n. W półprzewodniku typu n istnieją dodatnie nieruchome ładunki zjonizowanych atomów domieszki donorowej i ujemne ładunki ruchomych elektronów - nośników większościowych. Ponadto istnieje niewielka liczba dziur – nośników mniejszościowych. W półprzewodniku typu p istnieją nieruchome ładunki zjonizowanych atomów domieszki akceptorowej oraz dodatnie ładunki ruchomych dziur – nośników większościowych. Jest tam jeszcze niewielka liczba elektronów – nośników mniejszościowych.

Po zetknięciu półprzewodników typu p i n, wskutek dużej koncentracji ruchomych nośników ładunku, nastąpi proces dyfuzji elektronów z materiału n do p oraz dziur z materiału p do n. Powstaną dwa strumienie prądu dyfuzyjnego J_pd i J_nd. Proces ten ma na celu wyrównanie koncentracji nośników ładunku. Powstają również dwa strumienie prądu unoszenia nośników (dziur z obszaru n do p – prąd J_pu i elektronów z obszaru p do n – prąd J_nu) skierowane przeciwnie do odpowiednich strumieni prądów dyfuzyjnych. Dwa ostatnie strumienie powstają wskutek tego, że nieskompletowane jony po obu stronach złącza tworzą dipolową warstwę ładunku wytwarzającą pole przeciwdziałające dalszej dyfuzji nośników większościowych. Skutkiem tego działania jest unoszenie elektronów i dziur w kierunkach przeciwnych.

W złączu dochodzi do równowagi dynamicznej, tzn. sumaryczny prądy płynący przez złącze musi mieć wartość zero , a ładunek przestrzenny wartość ustaloną czyli: J_pd − J_pu = 0;  J_nd − J_nu = 0;

Skutkiem tej równowagi dynamicznej jest zachowanie istnienia na złączu dipolowej warstwy ładunków, którą nazywa się warstwą zaporową. Napięcie wytworzone w obszarze granicznym złącza nosi nazwę bariery potencjału lub napięcia dyfuzyjnego U_D.

Polaryzacja złącza

Złącze p-n można polaryzować w kierunku zaporowym lub przewodzenia.

Polaryzacja złącza p-n w kierunku zaporowym ma miejsce, gdy zewnętrzne źródło napięcia jest połączone biegunem dodatnim z obszarem typu n, a biegunem ujemnym z obszarem typu p. W tym przypadku polaryzacja zewnętrzna jest zgodna z biegunowością napięcia dyfuzyjnego. Uogólniając można stwierdzić, że przy polaryzacji złącza p-n w kierunku zaporowym płynie prąd nośników mniejszościowych (prąd unoszenia) w dużym zakresie niezależny od przyłożonego napięcia. Prąd ten nazywany prądem nasycenia i oznaczany I_s.

Polaryzacja złącza p-n w kierunku przewodzenia ma miejsce wtedy, gdy źródło zewnętrzne jest połączone biegunem dodatnim z obszarem typu p pół-przewodnika, a biegunem ujemnym z obszarem typu n. Uogólniając można stwierdzić, że przy polaryzacji złącza p-m w kierunku przewodzenia płynie prąd nośników większościowych (prąd dyfuzyjny), którego wartość silnie zależy od przyłożonego napięcia zewnętrznego.

Zależność prądu złącza od napięcia opisuje się funkcją wykładniczą:

$$I = I_{s}\left\lbrack \exp\left( \frac{U}{\varphi_{t}} \right) - 1 \right\rbrack,\ gdzie\ I_{s} - prad\ nasycenia,\ \varphi_{t} = \left( \frac{\text{kT}}{q} \right) - potencjal\ termiczny\ elektronu,\ q = 1,6*10^{- 19}C - ladunek\ jednostkowy,\ k - stala\ Bolzmana$$

Przebicie złącza

Przebiciem złącza p-n nazywamy zjawisko gwałtownego przyrostu prądu przy polaryzacji w kierunku zaporowym napięciem o wartości wyższej niż pewna charakterystyczna dla danego złącza wartość, nazywana napięciem przebicia. Wyróżnia się dwie podstawowe przyczyny gwałtownego wzrostu prądu.
Przebicie Zenera (zjawisko Zenera) występuje w złączach o cienkiej warstwie zaporowej. Przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym natężenie pola w cienkiej warstwie zaporowej może osiągnąć takie wartości, że jest możliwe wyrwanie elektronów z wiązania kowalencyjnego atomów w sieci krystalicznej. Przebicie Zenera może wystąpić w złączach silnie domieszkowanych, gdy warstwa zaporowa jest cienka. Zjawisko Zenera charakteryzuje mała wartość napięcia przebicia U < 5V.

Jeśli złącze ulega przebiciu przy napięciu wyższym, tj. U > 7V, oznacza to, że gwałtowny wzrost prądu spowodowany był zjawiskiem lawinowej jonizacji zderzeniowej. Zjawisko to polega na rozerwaniu wiązań w sieci krystalicznej na skutek dostarczania energii przez swobodny nośnik ładunku rozpędzony w silnym polu elektrycznym.

- zmiana szerokości warstwy zaporowej przy zmianie napięcia polaryzacji złącza:

przy polaryzacji w kierunku zaporowym warstwa zaporowa rozszerza się.

$$l_{d} \approx \sqrt{U_{d} - U}$$

W złączu ładunek jest magazynowany w warstwie zaporowej tworząc pojemność złączową.

Jest to pojemność jakby kondensatora utworzonego z dipolowych warstw ładunków oddalonych od siebie na odległość równą szerokości warstwy zaporowej.

Dioda Zenera

Diody Zenera są to diody półprzewodnikowe, których typowy obszar pracy znajduje się na odcinku charakterystyki

prądowo-napięciowej, w którym następuje gwałtowny wzrost prądu przy polaryzacji zaporowej.

Diody Zenera zwane są też diodami stabilizacyjnymi. Przeznaczone są do stosowania w układach stabilizacji napięć, układach ograniczników lub jako źródło napięć odniesienia.

W grupie parametrów charakteryzujących diody Zenera wyróżnia się:

- napięcie Zenera (napięcie stabilizacji) U_z definiowane zwykle jako napięcie na diodzie przy prądzie stabilizacji równym dziesiętnej części maksymalnego prądu stabilizacji (lub napięcie odpowiadające umownej wartości prądu stabilizacji)

- temperaturowy współczynnik napięcia Zenera TKU_z definiowany wzorem:

$$\text{TKU}_{z} = \frac{1}{U_{z}}\frac{dU_{z}}{\text{dT}}|_{I_{z} = const}$$

Wyraża on stosunek względnej zmiany napięcia stabilizacji dU_z/U_z do bezwzględnej zmiany temperatury dT przy określonym prądzie stabilizacji ; wyrażany jest w $\frac{1}{}$

Temperaturowy współczynnik napięcia Zenera przyjmuje wartości :

- ujemne dla diod, w których gwałtowny wzrost prądu jest spowodowany zjawiskiem Zenera (U_z < 5V)

- dodatnie dla diod, w których występuje zjawisko powielania lawinowego (U_z > 7V)

- bliskie zeru dla diod gdzie oba zjawiska występują jednocześnie (U_z = 5 − 7V)

- rezystancję dynamiczną: $r_{z} = \frac{U_{z}}{I_{z}}$, którą można wyznaczyć z nachylenia charakterystyki statycznej w zakresie przebicia.

Rezystancja dynamiczna zależy od wartości napięcia Zenera diody i prądu stabilizacji, tj. od punktu pracy diody.

- maksymalną moc strat P_max = U_zI_zmax określającą przebieg hiperboli mocy admisyjnej. Wynika ona z możliwości odprowadzenia określonej ilości ciepła przez diodę i podawana jest dla temperatury otoczenia 25.

Dioda LED i fotodioda

Fotodioda jest to dioda półprzewodnikowa, której parametry elektryczne zależą od padającego promieniowania świetlnego. W tym celu umieszczania jest ona w specjalnej obudowie z przezroczystym oknem. Podczas analizy charakterystyki prądowo-napięciowej można rozróżnić przebiegi w różnych ćwiartkach układy współrzędnych. Przebieg charakterystyki w trzeciej ćwiartce obrazuje wykorzystanie fotodiody jako czujnika oświetlenia. Przy polaryzacji wstecznej złącza bez oświetlenia jego powierzchni płynie tzw. prąd ciemny fotodiody. Odpowiada on prądowi nasycenia złącza p-n.

Diody elektroluminescencyjne, zwane też diodami LED są diodami emitującymi promieniowanie świetlne, gdy przepływa przez nie prąd przewodzenia. W złączu spolaryzowanym w kierunku przewodzenia następuje proces rekombinacji elektronów i dziur z wydzieleniem pewnej porcji energii.

W krzemie energia ta przekazywana jest sieci krystalicznej półprzewodnika nagrzewając kryształ. W innych półprzewodnikach wydziela się w postaci promieniowania świetlnego.

Natężenie promieniowania zależy od wartości prądu przewodzenia. Już przy prądzie kilku mA widoczne jest wyraźne świecenie.

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody elektroluminescencyjnej ma kształt charakterystyki złącza p-n.

Napięcia przebicia tych diod są niewielkie (kilka woltów).

Spadki napięcia w kierunku przewodzenia zależą od zastosowanego materiału półprzewodnikowego i są w granicach 1,3-5 V

Długości fali zależy od szerokości pasma zabronionego. Szerokość pasma zabronionego jest cechą określonego rodzaju półprzewodnika. O barwie emitowanego światła decyduje rodzaj półprzewodnika użytego do budowy diody: arsenek galu - dioda na podczerwień; arsenofosforek galu - światło czerwone; fosforek galu - światło zielone; azotek galu – światło niebieskie

Tranzystor polowy z izolowaną bramką

Tranzystory unipolarne (polowe) - przyrządy półprzewodnikowe w których sterowanie wielkością prądu odbywa się przy wykorzystaniu pola elektrycznego.

Tranzystor polowy różni się od tranzystora bipolarnego:

1. Działanie jego zależy wyłącznie od przepływu nośników większościowych i dlatego nazywa go się przyrządem unipolarnym, czyli wykorzystującym jeden typ nośników.

2. Jest łatwiejszy do wytwarzania i w postaci scalonej zajmuje mniej miejsca.

3. Charakteryzuje się dużą rezystancją wejściową (kilkaset MΩ i więcej).

4. Jest przyrządem o mniejszych szumach niż tranzystor bipolarny.

Uziemiamy podłoże, a na bramkę podamy napięcie dodatnie. Powstanie pole elektryczne skierowane prostopadle przez warstwę izolatora. Linie sił pola indukują w półprzewodniku ładunki ujemne, które w podłożu typu p są nośnikami mniejszościowymi. Ze wzrostem napięcia bramki zwiększa się zaindukowany ujemny ładunek elektronów zgromadzony w sąsiedztwie izolatora. Są to nośniki typu n. Okazać się może, że jest ich tak dużo, iż nastąpiła inwersja czyli zmiana typu materiału półprzewodnikowego. W bezpośrednim sąsiedztwie izolatora koncentracja elektronów w półprzewodniku może okazać się większa od koncentracji dziur i dren ze źródłem zostaną elektrycznie połączone poprzez materiał o tym samym typie przewodnictwa, a więc typie n. Zaczyna wtedy płynąć pomiędzy tymi elektrodami prąd, którego wielkość jest zależna od napięcia sterującego bramki, gdyż w ten sposób regulowana jest grubość zaindukowanego kanału (grubość warstwy inwersyjnej).

1)tranzystory normalnie

wyłączone (normally off) - inaczej z kanałem wzbogacanym

2)tranzystory normalnie włączone (normally on) - inaczej z kanałem zubożanym

W zakresie nienasycenia kanał spełnia funkcję liniowego rezystora łączącego źródło z drenem. W tym zakresie napięcie drenu zmiany prądu I_D w funkcji napięcia U_DS są liniowe. W miarę wzrostu U_DS zwiększa się wartość prądu I_D i na rezystancji kanału odkłada się znaczny spadek napięcia. Spadek napięcia na kanale powoduje zmniejszanie różnicy potencjałów między bramką a kanałem tj. zmniejszanie natężenia pola elektrycznego prostopadłego do powierzchni półprzewodnika.

Dalszy wzrost napięcia prowadzi do usunięcia inwersji z części kanału sąsiadującego z drenem. Naruszona zostaje liniowa zależność prądu I_D w funkcji U_DS. Kanał zostaje odcięty i tranzystor pracuje w obszarze nasycenia. W tym obszarze prąd drenu osiąga, praktycznie biorąc, stałą wartość mimo dalszego zwiększania napięcia U_DS.

Stany pracy i konfiguracje pracy tranzystora bipolarnego

Tranzystor jest to trójkońcówkowy element półprzewodnikowy zdolny do wzmacniania sygnałów prądu stałego i zmiennego.

Każdy tranzystor jest zatem wzmacniaczem.

Termin bipolarny oznacza, że istotną rolę w działaniu tego przyrządu odgrywają jednocześnie oba rodzaje nośników (dziury i elektrony)

Zakresy pracy tranzystora

Zakres pracy	Polaryzacja złącza
	B-E
Aktywny	Przewodzenia
Nasycenia	Przewodzenia
Zatkania	Zaporowo
Inwersyjnie aktywny	Zaporowo

Konfiguracje pracy tranzystora

WB konfiguracja wspólnej bazy, wejście sygnału jest między emiterem a bazą a wyjście pomiędzy kolektorem a bazą; baza jest elektrodą wspólną;

WE konfiguracja wspólnego emitera, wejście sygnału jest pomiędzy bazą a emiterem a wyjście pomiędzy kolektorem a emiterem, emiter jest elektrodą wspólną;

WC konfiguracja wspólnego kolektora, wejście sygnału jest pomiędzy bazą a kolektorem, wyjście pomiędzy emiterem a kolektorem, kolektor jest elektrodą wspólną.

Tyrystor SCR

Tyrystory są półprzewodnikowymi przyrządami mocy pracującymi jako łączniki dwustanowe to znaczy posiadające stan włączenia (charakteryzujący się małą rezystancją) i stan wyłączenia (o dużej rezystancji)

Tyrystor SCR (Silicon Controlled Rectifier) - przyrząd półprzewodnikowy o strukturze czterowarstwowej. Ma trzy wyprowadzenia: anodę (A), katodę (K) i bramkę (G). Bramka jest elektrodą sterującą.

Wyróżnić można zakresy dodatniej polaryzacji anody względem katody (pierwsza ćwiartka układu współrzędnych) i polaryzacji ujemnej (ćwiartka trzecia).

W zakresie dodatniej polaryzacji anody tyrystor może znajdować się w dwóch stanach stabilnych, tj. stanie blokowania i stanie

przewodzenia.

W zakresie ujemnej polaryzacji anody tyrystor jest w stanie zaworowym. Stan zaworowy i blokowania są stanami wyłączenia tyrystora. Stan przewodzenia jest stanem włączenia tyrystora.

W stanie zaworowym, przy ujemnym napięciu anoda - katoda, właściwości tyrystora są podobne do właściwości diody. Dopóki napięcie nie przekroczy pewnej granicznej dopuszczalnej wartości, dopóty przez tyrystor płynie niewielki prąd, którego wartość zależy od temperatury złącza. Zdolność zaworowa tyrystora jest ograniczona powtarzalnym szczytowym napięciem wstecznym U_RRM i niepowtarzalnym szczytowym napięciem wstecznym U_RSM.

W stanie blokowania, przy dodatnim napięciu anoda-katoda, gdy prąd bramki nie płynie (I_G=0) przebieg charakterystyki jest podobny jak w stanie zaworowym. Przekroczenie napięcia U_B0 powoduje przełączenie tyrystora w stan przewodzenia.

Przełączenie tyrystora w stan przewodzenia przy napięciu mniejszym niż U_B0 wymaga przepływu prądu bramki o wartości tym większej, im mniejsze jest napięcie pomiędzy anodą a katodą tyrystora.

W stanie przewodzenia minimalna wartość prądu, jaki musi popłynąć tuż po przełączeniu ze stanu blokowania jest określona przez prąd załączenia I_HS

Wartość graniczna prądu przy przejściu ze stanu przewodzenia do stanu blokowania to prąd podtrzymania I_H

Gdy prąd anodowy tyrystora zmniejszy się poniżej tej wartości tyrystor przechodzi ze stanu przewodzenia w stan

blokowania, zatem jest wyłączany

W stanie zaworowym złącza j₁ i j₃ są spolaryzowane w kierunku zaporowym, a złącze j₂ w kierunku przewodzenia. W miarę zwiększania napięcia przy pewnej jego wartości następuje przebicie złącza, przy czym pierwszej kolejności przebija się

złącze j₁, a następnie złącze j₃. Dzieje się tak uwagi na niesymetryczne właściwości złączy wynikające z technologii produkcji.

Charakterystyka tyrystora w zakresie przebicia jest podobna do charakterystyki diody.

W stanie blokowania złącza j₁ i j₃ są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze j₂ w kierunku zaporowym.

W stanie przewodzenia wszystkie złącza są spolaryzowane kierunku przewodzenia. Napięcie na złączu j₂ ma przeciwną biegunowość odejmuje się od spadków napięć na złączach pozostałych.

Analizując schemat zastępczy z uwzględnieniem pracy tranzystorów, można napisać układ równań:

I_C1 = α₁I_E1 + I_CB01

I_C2 = α₂I_E2 + I_CB02

α₁,  α₂ – współczynniki wzmocnienia prądowego dla tranzystorów w konfiguracji WB

I_CB01,  I_CB02 – prądy nasycenia złącz kolektorowych

Suma pradów kolektorowych musi być równa prądowi anodowemu tyrystora, zatem:

I_C1 + I_C2 = I_A

Wprowadzając oznaczenie, że: I_C0 = I_CB01 + I_CB02 otrzymujemy wyrażenie na prąd andodowy tyrystora:

$$I_{A} = \frac{I_{C0} + \alpha_{2}I_{G}}{1 - (\alpha_{1} + \alpha_{2})}$$

Włączanie tyrystora SCR

Sterowanie prądem bramki jest podstawowym sposobem włączenia tyrystora

Pozostałe możliwości:

1) wzrost napięcia anodowego w stanie blokowania tyrystora do wartości, przy której zostanie zapoczątkowany proces przebicia lawinowego zaporowo spolaryzowanym złączu j₂ - powoduje to wzrost prądu i przełączenie tyrystora do stanu przewodzenia.

2) skokowe zmiany napięcia anodowego o dużej stromości narastania zboczy. Zaporowo spolaryzowane złącze j₂ w stanie blokowania tyrystora ma określoną pojemność i przez tę pojemność przepłynie prąd, który może włączyć tyrystor.

3) przekroczenie dopuszczalnej temperatury złączy. Przy wysokiej temperaturze prąd generacji cieplnej obu tranzystorów wzrasta do wartości powodującej przełączenie tyrystora.

4) promieniowanie świetlne. Bezpośrednie naświetlenie struktury złącza j₂ powoduje generację par elektron-dziura, przez co wzrasta prąd powodując włączenie tyrystora. Wykorzystywane jest to z reguły w fototyrystorach, gdzie funkcję sterującą bramki przejmuje strumień świetlny padający przez okno obudowie tyrystora.

Wyłączanie tyrystora SCR (tj. przejście ze stanu przewodzenia do stanu blokowania)

Tylko w jeden sposób: wyłączenie następuje to po zmniejszeniu jego prądu anodowego poniżej wartości prądu podtrzymania I_H

Zwykle wyłączenie następuje wskutek chwilowej zmiany polaryzacji napięcia przemiennego zasilającego obwód anoda-katoda tyrystora lub w wyniku przejmowania prądu tyrystora przez inny obwód równoległy znajdujący się w jego układzie pracy.

Sprzężenie zwrotne

Sprzężenie zwrotne (feedback) jest to podanie części sygnału wyjściowego z układu na jego wejście. Sygnały te są sumowane i ta kombinacja służy do sterowania układu.

Na schemacie blokowym układu ze sprzężeniem zwrotnym wydzielono dwie części: blok wzmacniacza – przenoszący sygnał od wejścia do wyjścia i blok sprzężenia zwrotnego – dostarczający część sygnału wyjściowego wzmacniacza z powrotem na jego wejście. Transmitancję wzmacniacza oznacza się zwykle literą k, a transmitancję toru sprzężenia zwrotnego literą β. Transmitancję te wiążą prądy lub napięcia wejściowe i wyjściowe oznaczone na schemacie obok ogólnie literą X.

$$k = \frac{X_{2}}{X_{\text{in}}};\ \beta = \frac{X_{f}}{X_{2}}$$

Sygnał zwrotny jest proporcjonalny do prądu lub napięcia wyjściowego wzmacniacza i sumuje się z sygnałem wejściowym X₁ tworząc sygnał sterujący X_in:

X_in = X₁ + X_f

Wypadkowa transmitancji k_f całego układu ze sprzężeniem zwrotnym zależy zarówno od k, jak i β i dana jest wzorem: $k_{f} = \frac{X_{2}}{X_{1}} = \frac{X_{2}}{X_{\text{in}} - X_{f}} = \frac{X_{2}}{X_{\text{in}}(1 - \frac{X_{f}}{X_{\text{in}}})} = \frac{X_{2}}{X_{\text{in}}(1 - \frac{X_{f}}{X_{\text{in}}}\frac{X_{2}}{X_{2}})} = \frac{k}{1 - k\beta}$

Ta zależność jest podstawową w elementarnej teorii sprzężenia zwrotnego i bardzo użyteczną w analizie właściwości układów ze sprzężeniem zwrotnym.

Sprzężenie ujemne - gdy wzmocnienie układu maleje po zastosowaniu sprzężenia, tj. gdy |k_f|  < | k|

Wtedy |1−kβ| > 1

Sprzężenie dodatnie - gdy wzmocnienie układu rośnie po zastosowaniu sprzężenia, tj. gdy |k_f| > | k|

Wtedy |1−kβ| < 1

Warunek generacji drgań - gdy |1−kβ| = 0

Ze względu na sposób połączenia bloków (czwórników) k i β na wejściu i wyjściu układu, rozróżnia się cztery układy sprzężenia zwrotnego:

a) sprzężenie napięciowe - równoległe

b) sprzężenie napięciowe - szeregowe

c) sprzężenie prądowe - szeregowe

d) sprzężenie prądowe - równoległe

Stabilizator ze sprzężeniem zwrotnym

Stabilizator ze sprzężeniem zwrotnym Napięcie wyjściowe U_z jest stabilizowane dzięki tranzystorowi T włączonemu między źródło U₁ i obciążenie. Tranzystor ten spełnia funkcję szeregowego elementu regulacyjnego. Układ ten jest układem z ujemnym napięciowym sprzężeniem zwrotnym. Wszelkie zmiany napięcia wyjściowego względem ustalonej wartości odniesienia powodują powstawanie T, gdy napięcie U ma tendencję zmniejszania się i zmniejszania przewodnika T gdy napięcie Uz się zwiększa. Jest to zatem układ śledzący zmiany napięcia wyjściowego względem napięcia wzorca i regulujący zawsze wtedy gdy na wyjściu nastepuje odchylenie od warunków znamionowych. Szybkość reakcji na zmiany w dużym stopniu zalezy od wzmacniacza. Działanie stabilizacyjne tego układu sprowadza się do tego, że pod wpływem większego lub mniejszego napięcia pobieranego z dzielnika R₁,R₂ tranzystor T₂ przewodząc silniej lub słabiej odprowadza ze wspólnego węzła w obwodzie kolektora większą lub mniejszą pradu płynącego przez rezystor Rb, wskutek czego do bazy tranzystora regulacyjnego T₁ dopływa mniejsza lub większa część tego prądu. Poprawienie tłumienia tętnień napięcia wejściowego umozliwia zastosowanie w obwodzie sterującym wstępnej filtracji tętnień przez włączenie odpowiednio dużej pojemności C₁ w sposób pokazany na rys linią przerywaną

Wzmacniasz klasy AB

Wzmacniacze mocy są układami elektronicznymi, których zadaniem jest dostarczenie do obciążenia wymaganej (na ogół dużej) mocy wyjściowej przy możliwie dużej sprawności i małych zniekształceniach sygnału.

Wzmacniacze klasy B mają pewną wadę, która ujawnia się przy naprzemiennym przejmowaniu pracy przez tranzystory T₁i T₂. Otóż w zakresie małych napięć U_BEcharakterystyka wejściowa tranzystora jest silnie nieliniowa. Ponadto dla wartości mniejszych niż ok. 0,5 V prąd bazy jest pomijalnie mały. Przebieg napięcia na obciążeniu dla zakresu mały napięć sygnału jest zatem silnie zniekształcony. Zniekształcenia te noszą nazwę zniekształceń skrośnych. Aby ich uniknąć, należy punkt pracy każdego tranzystora przesunąć powyżej silnego zagięcia charakterystyki wejściowej występującego dla małych prądów . Realizuje się to poprzez dostarczenie napięcia polaryzacji wstępnej w postaci jednego źródła U_AB lub dwóch źródeł U_AB/2. W ten sposób otrzymuje się klasę AB pracy wzmacniaczy mocy.

Wzmacniacz klasy AB jest kompromisem między dużą sprawnością a małymi zniekształceniami. Przy małych sygnałach pracują obydwa tranzystory. Dla dużych sygnałów jeden z tranzystorów zostaje odcięty i pracuje tylko drugi. Uzyskiwana w tych wzmacniaczach sprawność jest nieco mniejsza niż we wzmacniaczach klasy B i zależy od wielkości prądu w spoczynkowym punkcie pracy. Ważnym problemem pracy przy wzmacniaczu AB jest utrzymanie stałej wartości prądu spoczynkowego w szerokim zakresie zmian temperatury. Przy nagrzewaniu się tranzystorów prąd spoczynkowy bowiem rośnie. Może to prowadzić do dalszego wzrostu temp tranzystora i dalszego wzrostu prądu spoczynkowego. Zjawisko to nazywamy termicznym dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Może ono prowadzić do uszkodzenia cieplnego tranzystorów końcowych stopnia mocy wzmacniacza. Wzrostowi prądu spoczynkowego można zapobiec zmniejszając wartość napięcia polaryzacji wstępnej jednocześnie ze wzrostem temp tranzystorów. W tym celu można zastosować diody mieszane na radiatorach tranzystorów lub w strukturze układu wzmacniacza, gdy jest on konstrukcją scaloną. Nie muszą płynąć prądy wyrównawcze powodujące w konsekwencji termiczne dodatnie sprzężenie zwrotne.

Aby otrzymać dużą moc wyjściową wzmacniacza trzeba stosować tranzystory o dużej wartości współczynnik wzmocnienia prądowego -beta. W tym celu używa się często 2 tranzystorów zestawianych w układzie Darlingtona. Oba tranzystory można traktować jako jeden o końcówkach jak na rys. Współczynnik wzmocnienia w układzie Darlingtona wynosi β= β1*β2 (141,142)

Wpływ sprzężenia zwrotnego ujemnego na wzmacniacze 

1. Uniezależnienie wzmocnienia

wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym od: wzmocnienia samego bloku wzmacniacza

$$k_{f} = \frac{k}{1 - k\beta} = - \frac{1}{\beta}\frac{1}{1 - \frac{1}{\text{kβ}}} \approx - \frac{1}{\beta},\ gdy\ \left| \text{kβ} \right| \gg 1$$

1. Zmniejszenie wrażliwości wzmocnienia:

$$S = \frac{\frac{\partial k_{f}}{k_{f}}}{\frac{\partial k}{k}} = \frac{k}{k_{f}}*\frac{\partial k_{f}}{\partial k} = \frac{k}{k_{f}}*\frac{1}{\left( 1 - k\beta \right)^{2}} = \frac{1}{1 - k\beta}$$

1. Redukcja zniekształceń

nieliniowych polepszająca liniowość wzmacniaczy

wskaźnikiem wielkości zniekształceń - współczynnik zawartości harmonicznych

indeks 1 – wartość skuteczna składowej podstawowej sygnału,

indeksy wyższe - składowe harmoniczne

$$h = \frac{\sqrt{U_{2}^{2} + U_{3}^{2} + \ldots + U_{n}^{2}}}{U_{1}}$$

Na skutek działania ujemnego sprzężenia zwrotnego współczynnik zawartości harmonicznych w sygnale wyjściowym zmniejsza się zgodnie z: $h_{f} \approx \frac{h}{1 - k\beta}$

1. Ujemne sprzężenie zwrotne

wpływa na impedancję wejściową, wyjściową oraz wzmocnienie. Można te parametry kształtować stosując odpowiedni układ.

1. Ujemne sprzężenie zwrotne

wpływa na kształtowanie charakterystyk częstotliwościowych wzmacniaczy – poszerza pasmo f = f_g − f_d

Pole wzmocnienia GB pozostaje wartością stałą GB = k_o(f_g−f_d) = k_of(f_gf−f_df) = const

Ilustracja zachowania pola wzmocnienia wzmacniacza:

a) wzmacniacz bez sprzężenia zwrotnego,

b) wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym ujemnym

f_gf = f_g(1−β₀k_o)

$$f_{\text{df}} = \frac{f_{d}}{(1 - \beta_{0}k_{o})}$$