Il termine magico è "feedback negativo". Anche con amplificatori non lineari il feedback complessivo dall'uscita a un amplificatore di errore può correggere queste non linearità. Ciò può portare a sistemi altamente lineari, anche quando i singoli componenti non lo sono.

Puoi pensarlo in questo modo:
L'ampiezza di uscita è scalata al livello del segnale di ingresso (un semplice divisore di resistenza ha a malapena problemi di non linearità) e viene restituita allo stadio di ingresso. Qui questo segnale di uscita ridotto viene confrontato con il segnale di ingresso. Se non corrispondono, lo stadio di input può correggere l'output e quindi eliminare la distorsione.

^{simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab}

Nello schema sopra il feedback è 1: 1, non viene ridimensionato. Ciò significa che la tensione di uscita sarà la stessa della tensione di ingresso, ma puoi assorbire molta più corrente.
Se si inserisce un partitore di tensione 2: 1 nel percorso di feedback, la tensione di uscita sarebbe il doppio della tensione di ingresso.

Il feedback negativo viene discusso in altre risposte ed è la solita soluzione moderna.

Inoltre, c'è almeno un altro approccio per realizzare un amplificatore di potenza lineare da elementi non lineari:

Pre-distorsione del segnale in ingresso in modo da compensare e / o annullare la non linearità dei potenti elementi di uscita o dell'intero stadio finale.

Un buon esempio (ma non l'unico) è come funzionano gli amplificatori in classe D. Il segnale viene prima utilizzato per PWM su una frequenza portante, quindi inviato a uno stadio di potenza profondamente non lineare. L'output filtrato è più o meno lineare.

Un altro esempio è contemporaneo alla "regola del 10%" e alle valvole termoioniche:

1. il segnale viene invertito tra due stadi di non linearità simile. Il primo stadio distorce il segnale in qualche modo, il secondo lo distorce più o meno in modo opposto.

2. Il segnale è invertito. Entrambi i percorsi invertiti e non invertiti sono alimentati nella coppia di tubi (o transistor) che lavorano in direzioni opposte dell'ultimo stadio di classe A o di classe AB. Le non linearità dei due elementi si annullano in larga misura.

Ai vecchi tempi, prima di Harry Black, gli amplificatori a valvole venivano utilizzati in loop aperto. Erano già abbastanza lineari, abbastanza lineari per l'audio, ma non abbastanza lineari da amplificare più portanti telefoniche in frequenza multiplexata su una linea, senza distorsioni dall'una all'altra.

Il suo primo pensiero è stato quello di rilevare la differenza tra l'input e una frazione dell'output, quindi applicare la giusta quantità di guadagno e aggiungerla all'output come correzione. Meglio, ma a causa della corrispondenza in ampiezza e ritardo necessari, non ha mai funzionato abbastanza bene nel mondo reale per valerne la pena. Solo ora sta tornando in auge poiché il DSP consente la corrispondenza regolabile in tempo reale ed è in grado di offrire un'ottima efficienza energetica.

Poi ha pensato di rilevare la differenza tra l'input e una frazione dell'output e di usarla con un guadagno molto molto grande come output. Sembra improbabile se lo dici così, forse per questo non è stato il suo primo pensiero. Poiché il guadagno non deve essere giusto, ma enorme, è stato quello che ha funzionato e, una volta elaborata la teoria per gestire la stabilità, ha conquistato il mondo.

L'output di PA ha effettivamente una relazione non lineare con il suo input.In effetti, questa non linearità è ciò che aiuta la PA ad avere una maggiore efficienza.Ad esempio, passare dalla classe A alla classe B / C riduce l'angolo di conduzione e quindi il periodo di tempo in cui il transistor è "ON".Nella commutazione di PA o PA di classe D / E i transistor agiscono in realtà come interruttori che idealmente non avranno perdite di corrente continua e quindi un'efficienza infinita.In realtà, l'efficienza potrebbe raggiungere solo il 60-70% circa a causa della perdita di potenza durante la transizione.
Avere un'uscita non lineare implica che nel dominio della frequenza l'uscita conterrà il segnale e le sue armoniche.Questi vengono poi filtrati da un filtro passa-banda che lascia passare solo il componente fondamentale.
In sintesi, la non linearità è il prezzo che paghiamo per avere una maggiore efficienza per la PA.

Affrontare la domanda originale nel suo senso più generale: al centro di qualsiasi amplificatore di potenza efficiente ci sono alcuni transistor che funzionano in modo molto non lineare, ma generano molta potenza. Per rendere quell'amplificazione non lineare utilizzabile per la trasmissione radio, devono esserci altri circuiti per ridurre la parte distorta del segnale. Esistono numerosi circuiti o sistemi per rimuovere la non linearità. Il feedback negativo è l'approccio più semplice, ma ha i suoi limiti, principalmente l'efficacia è scambiata per una buona linearizzazione. Talvolta viene utilizzata anche la linearizzazione feed forward. Se il segnale è molto stretto e ha una frequenza fissa, è possibile utilizzare un filtro passa banda stretto (molto spesso viene utilizzato anche un filtro più ampio). Nelle radio cellulari, viene tipicamente utilizzata la predistorsione digitale (un sistema digitale che misura il comportamento non lineare e utilizza tali informazioni per applicare la distorsione inversa al segnale di ingresso). Esistono anche alcune tecniche che dipendono dall'abbinamento delle caratteristiche non lineari di due dispositivi in ​​modo che la loro distorsione venga annullata.

Malvino sta parlando di un circuito a emettitore comune che amplifica la tensione; quello non è un amplificatore di potenza.

Questo è diverso da un emettitore-follower che non amplifica la tensione. Uno stadio di uscita di classe B di un amplificatore di potenza è basato su una coppia di seguitori di emettitori complementari.

Un inseguitore di emettitore è abbastanza lineare perché riproduce la tensione di ingresso senza guadagno. La tensione di uscita è collegata all'ingresso direttamente tramite una caduta di tensione sul dispositivo.

Se immaginiamo un emettitore follower single-ended, c'è una tensione \ $ V_o \ $ nella parte superiore del carico. La tensione di ingresso è \ $ V_i \ $ appare alla base del transistor. La differenza tra loro è solo \ $ V _ {\ text BE} \ $ : l'approccio. \ $ 0.7V \ $ dalla base all'emettitore. Rimane più o meno lo stesso durante l'oscillazione di tensione.

Non è questo il motivo per cui un intero dispositivo di un amplificatore di potenza è lineare, ovviamente. Quello che chiamiamo amplificatore di potenza è un dispositivo composto da almeno tre circuiti (secondo un possibile modello, l'architettura Lin): uno stadio di ingresso differenziale, uno stadio di amplificazione di tensione e uno stadio di uscita. I primi due stadi hanno un enorme guadagno di tensione ad anello aperto; troppo grande per essere pratico (centinaia di migliaia!). Il ciclo viene chiuso collegando un feedback negativo globale dall'uscita all'ingresso differenziale. Il guadagno a circuito chiuso è notevolmente ridotto rispetto al guadagno a circuito aperto e attributi come la linearità e la risposta in frequenza migliorano dello stesso fattore.

La non linearità intrinseca dell'amplificatore di potenza è in gran parte nel suo stadio di ingresso differenziale e VAS perché, come notato sopra, lo stadio di uscita segue semplicemente la tensione proveniente dal VAS.

Lo stadio di uscita ha certamente delle non linearità, e in particolare la disposizione B che prevede l'accensione e lo spegnimento di due transistor ha alternativamente una distorsione di crossover: una discontinuità totale.Quando si varia la tensione applicata allo stadio di uscita di classe B da positivo a negativo o viceversa , un transistor deve spegnersi e l'altro accendersi.Ci sarà un "punto morto" nel mezzo dove ci troviamo tra \ $ - 0.7V \ $ e \ $ 0.7V\ $ quando entrambi i dispositivi vengono interrotti.

Il feedback negativo globale è così efficace che elimina persino questa distorsione crossover, non solo le non linearità nel VAS.