本文的測量與分析，以輸入及輸出均為變壓器耦合的經(jīng)典電路為原型。

至于另一種也被廣泛使用的單端推挽電路，僅僅是輸入信號的激勵方式，以及輸出信號的整合方式不同，下述的基本原理依然適用。

電子管推挽放大器也會發(fā)生相同性質(zhì)的失真，故本文中關(guān)于失真機(jī)理的描述也適用于理解電子管放大器。

本文僅單獨(dú)研討交越失真的成因及消除方法，至于推挽放大器的其它特性，不在研討范圍。

眾所周知，推挽放大器，是一種需要由兩個（或兩組）晶體管來共同完成放大作用的放大器，電路中的兩個晶體管，分別負(fù)責(zé)放大信號的正半周和負(fù)半周，再由輸出變壓器把兩個半周的輸出信號整合為一個完整的輸出信號。

圖 1 為推挽放大器的原理電路，輸入信號由輸入變壓器倒相后，分別饋送到兩個晶體管的基極，饋送給兩個晶體管基極的都是一個完整的信號，只是它們的相位是相反的，相差了 180 度；

我們知道，結(jié)型為 NPN 的晶體管，只有當(dāng)輸入信號為正極性電壓的時候，晶體管才會導(dǎo)通，輸入信號電壓為負(fù)極性時，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，所以，在兩個晶體管的集電極，我們只能分別得到半個周期的輸出信號；兩個晶體管分別把自己放大后的信號加載到輸出變壓器，變壓器又把這兩個半周的信號相繼饋送給同一個負(fù)載，于是負(fù)載實(shí)際上得到的，是一個完整的放大信號。

圖 1：原理電路及輸出信號的合成

如果我們完全依照原理電路搭建一個推挽放大器，那么我們所得到的放大信號將是這樣的：

圖 2：輸出信號波形

圖 3：輸入信號波形與輸出信號波形作疊加對比

顯然，這不是我們期待得到的放大信號，它并沒有一個完整的信號周期，產(chǎn)生了明顯的失真；

圖 3 中可以看到，當(dāng)上面那個晶體管已經(jīng)脫離放大區(qū)域，停止工作，而下面那個晶體管卻尚未進(jìn)入工作狀態(tài)；同樣，當(dāng)下面那個晶體管已經(jīng)脫離放大區(qū)域，停止工作，上面那個晶體管也是未有進(jìn)入工作狀態(tài)；

這個失真發(fā)生在兩個晶體管所各自負(fù)責(zé)的半個周期之交接區(qū)域中，放大器理論把這種發(fā)生在信號上下半周交接區(qū)域產(chǎn)生的失真稱為“交越失真”。

交越失真的成因

要知道這個交越失真是怎樣產(chǎn)生的，首先要知道的是令晶體管工作所需的電壓條件；

大多數(shù)涉及晶體管電路原理的書籍中都會提到，在晶體管的 PN 結(jié)上，要加上一定的正向電壓才能使其進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，半導(dǎo)體物理學(xué)把這個令晶體管進(jìn)入正向?qū)顟B(tài)的電壓，稱為晶體管的“特征電壓”；不同材質(zhì)的晶體管其導(dǎo)通電壓并不相同，電路理論中，鍺材料晶體管的“特征電壓”被定為 0.2V，硅材料晶體管的“特征電壓”被定為 0.7V。

實(shí)際應(yīng)用中需要留意的是：即使材質(zhì)相同的晶體管，其導(dǎo)通電壓也會略有不同，并且，這個“特征電壓”也不是一個固定的值，而是在這個值附近的一個范圍。

我們再來看看原理電路中，兩個晶體管到底是怎樣的一個工作情況

圖 4：上晶體管的輸出波形與輸入信號波形的疊加對比

圖 5：下晶體管的輸出波形與輸入信號波形的疊加對比

圖 4、圖 5 中兩個晶體管的輸出波形與輸入信號波形的疊加對比，都反映了同樣的問題：在信號的兩個半周，上下晶體管都沒有完整地工作在其負(fù)責(zé)放大的半周期內(nèi)，只是在信號電壓超過其“特征電壓”時才開始工作，當(dāng)信號電壓低于其“特征電壓”，但尚未回到 0 的時候，就脫離了工作狀態(tài)，這種偷工減料的行為致使工作交替過程期間的信號被丟失，這就是導(dǎo)致推挽放大器產(chǎn)生“交越失真”的成因。

消除交越失真的方法

面對所出現(xiàn)的問題，首先是要找出問題的成因，才能據(jù)此探求解決問題的辦法。

上面的測量中，我們找到了造成“交越失真”是因?yàn)榫w管的“特征電壓”在作怪，那么我們就可以這樣做：預(yù)先為晶體管基極設(shè)置一個導(dǎo)通電壓，令其在尚未有輸入信號的時候，已經(jīng)提前進(jìn)入工作區(qū)域，這樣，晶體管就可以在信號到來時馬上進(jìn)入工作狀態(tài)，兩個晶體管的信號交接過程就會變得暢順，交越失真就可以消除。

這個為晶體管基極預(yù)置的電壓，在晶體管放大器理論中稱為“偏置電壓”；也因?yàn)榫w管是電流控制器件，預(yù)置這個電壓的實(shí)際目的是為晶體管基極注入一個小電流，令晶體管進(jìn)入工作區(qū)域，所以這個注入的小電路也被稱為晶體管的“偏置電流”。

圖 6：設(shè)置有“偏置電壓”的實(shí)際工作電路

測試一下加入偏置電壓后，晶體管的工作區(qū)域發(fā)生了什么改變；

圖 7 為上晶體管的輸出波形，從 0V 基線的位置可以看到，上晶體管已經(jīng)工作在一個完整的半周期范圍，它的截止區(qū)已經(jīng)逾越了這個范圍，落在下晶體管的工作區(qū)域。

圖 7：上晶體管工作區(qū)域

圖 8 為下晶體管的輸出波形，同樣可以看到，此時下晶體管也已經(jīng)工作在一個完整的半周期范圍，它的截止區(qū)也逾越了這個范圍，落在上晶體管的工作區(qū)域。

圖 8：下晶體管工作區(qū)域

綜合測試

我們調(diào)整圖 6 偏置電路中的 R1，使基極電壓從 0 開始逐步增加，再看看原有的交越失真發(fā)生了什么變化。

圖 9：偏置電壓略為增加后，對比圖 3 中原來交越區(qū)域的不工作范圍變窄，交越失真得到改善。

圖 10：當(dāng)偏置電壓增加到令晶體管已經(jīng)完全進(jìn)入工作狀態(tài)，此時的交越失真也同時被消除。（圖 10 中有意把輸入、輸出兩個信號略作移位，以方便對比兩個波形）

以上測試過程，我們解決了晶體管推挽放大器的交越失真問題，兩個晶體管已經(jīng)可以分別工作在各自的半個周期范圍，負(fù)載得到了一個完整周期的不失真信號；

放大器理論中，把擔(dān)負(fù)放大作用的器件（晶體管或電子管），在無輸入信號時處于不工作狀態(tài)的這種放大器，稱為“乙類（B 類）放大器”；把放大器件預(yù)先進(jìn)入工作狀態(tài)，但其依然主要是承擔(dān)信號半個周期放大任務(wù)的這種放大器，稱為甲乙類（AB 類）放大器。

在音頻放大器中，為消除這種非線性失真，不使用乙類（B 類）放大器，只使用甲乙類（AB 類）放大器。

如果我們繼續(xù)增加偏置電壓，令晶體管產(chǎn)生更大的基極電流，則其截止區(qū)還會繼續(xù)向?qū)Ψ骄w管的工作區(qū)域延伸，直到最后完全覆蓋對方的整個工作區(qū)域，兩個晶體管都會工作在完整的信號周期范圍，此時，放大器的屬性也隨之發(fā)生了改變，它脫離了甲乙類（AB 類）放大器，變成為純甲類（A 類）推挽放大器。