Se pueden conectar varios amplificadores electrónicos de modo que impulsen una sola carga flotante (puente) o una sola carga común (paralelo), para aumentar la cantidad de energía disponible en diferentes situaciones. Esto se encuentra comúnmente en aplicaciones de audio .
Descripción general
Los modos de trabajo en puente o en paralelo, que normalmente involucran amplificadores de potencia de audio, son métodos de combinar la salida de dos amplificadores idénticos para proporcionar, lo que en realidad es un amplificador mono. La combinación de más de dos amplificadores se puede realizar utilizando los principios básicos descritos, incluida la posibilidad de combinar los modos puente y paralelo.
Dos amplificadores idénticos se encuentran con mayor frecuencia en un caso común, con una fuente de alimentación común, y normalmente se considerarían como un amplificador estéreo. Cualquier amplificador estéreo convencional puede funcionar en modo puente o paralelo siempre que los terminales de altavoz comunes (normalmente negros) estén conectados y sean comunes al riel de tierra dentro del amplificador.
Algunos amplificadores de dos canales, o amplificadores estéreo, tienen la función incorporada para operar en modo puente operando un interruptor y observando las conexiones de entrada y salida detalladas en el panel posterior o en el manual. Esta opción se encuentra con mayor frecuencia en equipos de megafonía de alta potencia o amplificadores diseñados para aplicaciones de audio para automóviles. El funcionamiento en modo paralelo no requiere ninguna instalación especial y se implementa simplemente mediante la conexión externa adecuada.
Los amplificadores estéreo suelen tener un control común para la ganancia y, con frecuencia, los graves / agudos, y cuando se cambian al modo puente, seguirán automáticamente cada canal de forma idéntica. Cuando los amplificadores de dos canales tienen controles separados y se pueden cambiar al modo puente, solo estarán operativos los controles de un canal.
Cuando el usuario implemente sus propias conexiones para el modo puente o paralelo, y los amplificadores tengan controles individuales, se debe tener cuidado de que ambos conjuntos de controles estén configurados de manera idéntica.
Amplificador puenteado
Una carga atada en puente (BTL), también conocida como puente sin transformador y mono puenteado , es una configuración de salida para amplificadores de audio , una forma de puente de impedancia que se utiliza principalmente en aplicaciones profesionales de audio y automóviles. [1] Los dos canales de un amplificador estéreo reciben la misma señal de audio monoaural , con la polaridad eléctrica de un canal invertida. Un altavoz está conectado entre las dos salidas del amplificador, puenteando los terminales de salida. Esto duplica la oscilación de voltaje disponible en la carga en comparación con el mismo amplificador utilizado sin puente. La configuración se usa con mayor frecuencia para subwoofers . [2]
Circuito típico
Ejemplo. Dos amplificadores, cada uno con una potencia máxima de 100 vatios para una impedancia de 4 Ω (cuatro ohmios ); en modo puente, aparecerán como un amplificador mono, nominal de 200 vatios a 2 ohmios. Este es el modo de operación más comúnmente malentendido y requiere circuitería adicional para implementar si el par de amplificadores no tiene la función incorporada. La imagen muestra dos amplificadores A1 y A2 idénticos conectados en modo puente. Se hace que las señales presentadas a cada amplificador del par estén en antifase. En otras palabras, como la señal en un amplificador oscila positivamente, la señal en el otro oscila negativamente. Si, por ejemplo, la oscilación máxima del voltaje de salida de cada amplificador está entre un pico de + y - 10 voltios, cuando la salida de un amplificador es de + 10 voltios, la salida del otro será de –10 voltios, lo que significa que el La carga (un altavoz) ahora ve una diferencia de pico de 20 voltios entre los terminales de salida "calientes" (normalmente rojos). Conducir la carga entre dos señales de polaridad eléctrica opuesta hace que cada amplificador vea solo la mitad de la impedancia eléctrica de la carga . [3]
La provisión de la señal de entrada de audio antifase se puede proporcionar de varias formas, que requieren conocimientos y habilidades adecuados.
- por una modificación interna como la descrita por Rod Elliot en https://sound-au.com/project20.htm ;
- por un circuito divisor de fase activo simple, externo al amplificador;
- mediante un transformador de entrada de audio de división de fase, externo al amplificador.
La opción del modo puente se usa a menudo en sistemas de megafonía y especialmente en aplicaciones de audio para automóviles para alimentar altavoces de graves a alta potencia. Los amplificadores de audio para automóviles suelen tener solo un suministro de 13,8 voltios y obtener los niveles de voltaje en el circuito del amplificador requeridos para potencias incluso modestas es costoso. La operación en modo puente ayuda a proporcionar la energía requerida a un costo menor.
Beneficios e inconvenientes
Dado que se utilizan dos amplificadores en polaridad opuesta, utilizando la misma fuente de alimentación, no es necesario utilizar un condensador de bloqueo de CC entre el amplificador y la carga. Esto ahorra costes y espacio, y no hay reducción de potencia a baja frecuencia debido al condensador. [4]
Conectar un amplificador aumenta la potencia que se puede suministrar a un altavoz, pero no aumenta la potencia total disponible del amplificador. Debido a que un amplificador puente funciona en modo mono, se requiere un segundo amplificador idéntico para el funcionamiento estéreo. Para los amplificadores puenteados, el factor de amortiguación se reduce a la mitad. Debido a que la salida en puente del amplificador es flotante, nunca debe conectarse a tierra o puede dañar el amplificador. [5]
Mito del poder cuadriplicado
En los foros de chat de audio, algunos aficionados afirman que operar el par estéreo de un amplificador en modo puente puede dar cuatro veces la potencia (de uno de los canales del par). Esta hipótesis hace referencia al hecho de que la potencia es proporcional al cuadrado de la tensión, lo que implica que si se duplica la tensión de salida, como ocurre en el modo puente, la potencia disponible aumenta en un factor de cuatro.
Esto sería cierto si el amplificador en modo puente se usara para controlar altavoces de la misma impedancia que se usa en modo estéreo. Sin embargo, en este caso, la corriente a través del altavoz y el amplificador también se duplicaría, lo que podría superar los valores nominales del amplificador y provocar un sobrecalentamiento y finalmente la destrucción del amplificador. De hecho, la impedancia mínima del altavoz en modo puenteado debería ser el doble de la impedancia mínima nominal para el modo estéreo.
En consecuencia, el funcionamiento de un par de canales de amplificador existentes en modo puente duplica la potencia de salida disponible para la carga. [5]
Amplificador paralelo
A paralelo amplificador configuración utiliza múltiples amplificadores en paralelo, es decir, dos o más amplificadores operan en fase en una carga común.
En este modo, la corriente de salida disponible se duplica, pero el voltaje de salida sigue siendo el mismo. La impedancia de salida del par ahora se reduce a la mitad.
La imagen muestra dos amplificadores A1 y A2 idénticos conectados en configuración paralela. Esta configuración se usa a menudo cuando un solo amplificador no puede funcionar con una carga de baja impedancia o la disipación por amplificador debe reducirse sin aumentar la impedancia de carga o reducir la potencia entregada a la carga. Por ejemplo, si dos amplificadores idénticos (cada uno clasificado para funcionar a 4 ohmios) se conectan en paralelo a una carga de 4 ohmios, cada amplificador ve un equivalente de 8 ohmios ya que la corriente de salida ahora es compartida por ambos amplificadores; cada amplificador suministra la mitad de la corriente de carga. , y la disipación por amplificador se reduce a la mitad. Esta configuración (ideal o teóricamente) requiere que cada amplificador sea exactamente idéntico a los demás, o aparecerán como cargas entre sí. Prácticamente, cada amplificador debe satisfacer lo siguiente:
- Cada amplificador debe tener la menor compensación de CC de salida posible (idealmente compensación cero) sin señal; de lo contrario, el amplificador con la compensación más alta intentará conducir la corriente al que tiene una compensación menor, aumentando así la disipación. Las compensaciones iguales tampoco son aceptables, ya que esto provocará una corriente no deseada (y disipación) en la carga. Estos se solucionan agregando un circuito de anulación de compensación a cada amplificador.
- Las ganancias de los amplificadores deben coincidir lo más posible para que las salidas no intenten excitarse entre sí cuando la señal está presente. Una solución simple y robusta es utilizar seguidores de voltaje en paralelo , que por diseño tienen exactamente una ganancia unitaria, impulsados por una etapa de amplificación de voltaje común.
Además, se añaden pequeñas resistencias (mucho menos que la impedancia de carga, que no se muestran en el esquema) en serie con la salida de cada amplificador para permitir una distribución de corriente adecuada entre los amplificadores. Estas resistencias son necesarias porque la impedancia de salida de los dos amplificadores, debido a la variación de fabricación, no será perfectamente idéntica. La introducción de resistencias de salida aísla este desequilibrio y evita interacciones problemáticas entre los dos amplificadores.
Otro método de conectar amplificadores en paralelo es utilizar un controlador de corriente. Con este enfoque, no se necesitan resistencias ni coincidencias cercanas.
Amplificador de puente paralelo
Una configuración de amplificador en puente paralelo utiliza una combinación de las configuraciones de amplificador en puente y en paralelo. Esto se usa más comúnmente con amplificadores de potencia IC donde se desea tener un sistema capaz de generar una gran potencia en la impedancia de carga nominal (es decir, la impedancia de carga utilizada es la especificada para un solo amplificador) sin exceder la disipación de potencia por amplificador . En las secciones anteriores, se puede ver que una configuración en puente duplica la disipación en cada amplificador, mientras que una configuración en paralelo con dos amplificadores reduce a la mitad la disipación en cada amplificador cuando opera con la impedancia de carga nominal. Entonces, cuando se combinan ambas configuraciones, asumiendo dos amplificadores por configuración, la disipación resultante por amplificador ahora permanece sin cambios mientras opera en la impedancia de carga nominal, pero con casi cuatro veces la potencia de la que cada amplificador es capaz individualmente, entregada a la carga.
Ver también
Referencias
- ^ Eiche, Jon F. (1990). Guía de sistemas de sonido para la adoración . Tecnología de grabación y audio. Hal Leonard Corporation. pag. 87. ISBN 0-7935-0029-X.
- ^ "Stereo, Parallel y Bridge Mono" . Guía de amplificador . DirectProAudio . Consultado el 28 de septiembre de 2011 .
- ^ Roberts, Joe (2007). "Fundamentos del amplificador de potencia de audio" . Notas técnicas de Joe . Consultado el 28 de septiembre de 2011 .
- ^ Yo, Douglas (2009). Manual de diseño de amplificadores de potencia de audio (5 ed.). Prensa Focal. pag. 367. ISBN 0-240-52162-5.
- ^ a b Bartlett, Bruce (1 de mayo de 2010). "Clase magistral de potencia del amplificador: no todas las clasificaciones son similares" . ProSoundWeb . Consultado el 28 de septiembre de 2011 .
Otras lecturas
- Operación en modo puente de amplificadores operacionales de potencia Apex Microtechnology - nota de aplicación AN20, octubre de 2012
- Bridge / Parallel Amplifier (BPA-200) Documentation , nota de aplicación de National Semiconductor , 19 de septiembre de 1997.
- Optimizing Audio Bridged Tied Load Amplifiers , Maxim Integrated Products, Inc. nota de aplicación 1122, 24 de junio de 2002.