Кіріспе
Бірнеше электрондық күшейткіштерді бірдей жүктемені (көпір) немесе бір ортақ жүктемені (параллель) басқару үшін жалғауға болады, осылайша түрлі жағдайларда қолжетімді қуат мөлшерін арттыруға болады. Мұндай жағдайлар көбінесе аудио қолданбаларында кездеседі.
Шолу
Көпірлік немесе параллельді жұмыс режимдері, әдетте аудио қуат күшейткіштерін қамтиды, бір уақытта бірдей жүктемені басқару үшін екі немесе одан көп бірдей күшейткіштерді пайдалану әдістері. Бұл моно, стерео және көп арналы күшейткіштер жиынтығы үшін мүмкін, себебі күшейткіш шығыстары жүктемеге қарай біріктіріледі. Жеке күшейткіштерді біріктіру әдісіне байланысты, көпір немесе параллельді қосу, әртүрлі күшейту мақсаттарына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Соның нәтижесінде күшейткішті көпірлік немесе параллельді қосу арқылы одан әрі біріктіруге болады. Бұл тәсіл бір ұшты күшейткішті пайдалану мүмкін болмағанда, тиімсіз болғанда немесе экономикалық тұрғыдан тиімсіз болғанда жүктемелерді басқару үшін пайдалы болуы мүмкін.
Көшелі күшейткіш
Көпірлі жүктеме (BTL), сонымен қатар көпірлі трансформаторсыз және көпірлі моно ретінде де белгілі, аудио күшейткіштердің шығыс конфигурациясы болып табылады, ол негізінен кәсіби аудио және автомобильдерде қолданылатын кедергіні көпірлеудің бір түрі. Стерео күшейткіштің екі арнасы бір монофониялық аудио сигналымен қуаттандырылады, ал бір арнаның электрлік полярлігі кері қайтарылады. Динамик екі күшейткіш шығысы арасына қосылады, шығыс терминалдарын көпірлейді. Бұл, көпірленбеген күшейткішпен салыстырғанда, жүктемедегі қол жетімді кернеу ауытқуын екі есеге арттырады. Бұл конфигурация көбінесе субвуферлер үшін қолданылады. Белгілі бір шығыс кернеуінің ауытқуы үшін, кедергі неғұрлым төмен болса, күшейткіш жүктемесі соғұрлым жоғары болады. Көпірлеу күшейткіштің төмен кедергілі жүктемелерді жоғары қуатпен басқаруына мүмкіндік береді, себебі қуат кедергіге кері пропорционалды және кернеу квадратына пропорционалды, мына теңдеуге сәйкес. Бұл теңдеу сонымен қатар көпірлеу күшейткіштегі теориялық қуатты төрт есеге арттыратынын көрсетеді, бірақ бұл тек жеткілікті төмен кедергілер үшін ғана дұрыс. Мысалы, күшейткіш бір полюсті режимде толық потенциалына жеткен жүктемелер үшін көпірлеудің ешқандай пайдасы жоқ. Бұл күшейткіштің ток шектеулері болуы мүмкін. Практикалық қолданыстарда, жеткілікті емес жылуды тарату және қуат көзі де қуатты арттыруды шектейді, бірақ егер көпірленген күшейткіштер жеке қуат көздерін қолданса, бұл әдеттегідей, жоғары жүктемелер үшін қуатты екі есеге арттыру шегі болып табылады, өйткені әрбір күшейткіш жалпы қуаттың жартысын ғана береді.
Пайдасы мен кемшіліктері
Екі күшейткіш қарама-қарсы полярлылықта қолданылып, бірдей қуат көзі қолданылғандықтан, көпірлі шығыс "жерден" оқшауланған болады. Бұл күшейткіш пен жүктеме арасындағы тұрақты ток блоктаушы конденсаторды қажетсіз етеді, соның салдарынан шығындар мен орын үнемделеді және конденсатордың төмен жиілікте қуатты азайтуынан сақтануға болады. Осы себепті күшейткіш шығыстары ешқашан жерге қосылмауы керек, әйтпесе күшейткіш зақымдануы мүмкін. Демпфинг-коэффициент екі есеге төмендейді, бұл қуат беруге пайдалы. Дегенмен, кейбір жағдайларда күшейткіштер көпір режимінде жұмыс істеу үшін арнайы жасалған. Мұндай күшейткіштер қажетті ток мөлшерін беруге қабілетті етіп жобаланған. Мұндай жүйелерде көпірлі жұп бір күшейткіш каналы бере алатын қуаттан төрт есе көп қуатты жеткізе алады. Көпір режимі PA жүйелерінде және әсіресе автомобиль аудио жүйелерінде, жоғары қуатпен бас динамиктерін қуаттандыру үшін жиі қолданылады. Автомобиль аудио күшейткіштері көбінесе тек 13,8 вольттық номиналды қуат көзіне ие, бұл шығыстағы кернеу ауытқуын + және -6,9 вольтпен шектейді. Кернеуді тұрақты токқа түрлендіру арқылы жоғары кернеу ауытқуларын қол жеткізуге болса да, көпір режимін пайдалану кернеу ауытқуын екі есеге арттыруға мүмкіндік береді, бұл қарапайым және төмен құнмен жасалған конструкция. Бұл конструкция түрлендіргіштің қуат жоғалтуын болдырмау арқылы тиімділікті арттырады.
Параллельді күшейткіш
Параллельді күшейткіш конфигурациясы бірнеше күшейткіштерді параллель қолдануды білдіреді, яғни екі немесе одан көп күшейткіштер бір фазада ортақ жүктемеге жұмыс істейді. Бұл режимде қол жетімді шығыс тогы екі есеге артады, бірақ шығыс кернеуі өзгеріссіз қалады. Жұптың шығыс кедергісі енді екі есеге төмендейді. Суретте екі бірдей күшейткіш – А1 және А2 параллель конфигурацияда қосылған. Бұл конфигурация көбінесе жалғыз күшейткіш төмен кедергілі жүктемемен жұмыс істей алмайтын жағдайларда немесе күшейткіштердің диссипациясын азайту қажет болғанда қолданылады, жүктеме кедергісін арттырмай немесе жүктемеге берілетін қуатты төмендетпей. Мысалы, егер екі бірдей күшейткіш (әрқайсысы 4 Ом жүктемеге есептелген) 4 Ом жүктемеге параллель қосылса, әр күшейткіш 8 Ом кедергіні көреді, себебі шығыс тогы енді екі күшейткіш арасында бөліседі – әр күшейткіш жүктеме тогының жартысын жеткізеді, ал күшейткіштердің диссипациясы екі есеге төмендейді. Бұл конфигурация (идеалды немесе теориялық жағдайда) әр күшейткіштің бір-бірімен дәлме-дәл сәйкес болуын қажет етеді, әйтпесе олар бір-бірі үшін жүктеме рөлінде көрінеді. Іс жүзінде, әр күшейткіш келесі талаптарға жауап беруі керек: Әр күшейткіште сигнал болмағанда мүмкіндігінше аз шығыс тұрақты ток смещениесі (идеалды жағдайда – нөлдік смещение) болуы керек, әйтпесе жоғары смещениесі бар күшейткіш, аз смещениесі бар күшейткішке тоқ жіберуге тырысып, диссипацияны арттырады. Тең смещениелер де қабылданбайды, себебі бұл жүктемеде қажетсіз ток (және диссипация) тудырады. Бұл мәселені шешу үшін әр күшейткішке смещениесін жоятын тізбек қосылады. Күшейткіштердің күшейту коэффициенттері мүмкіндігінше жақын болуы керек, сигнал болғанда шығыстар бір-бірін итермеу үшін. Қарапайым және сенімді шешім – бұл ортақ кернеу күшейткіш сатысымен басқарылатын, конструкциясы бойынша дәл бірлік күшейту коэффициентіне ие параллельді кернеу іздеушілерді қолдану. Сонымен қатар, күшейткіштер арасында тоқтың дұрыс бөлінуін қамтамасыз ету үшін әр күшейткіштің шығысына кішкентай резисторлар (схемада көрсетілмеген, жүктеме кедергісінен әлдеқайда кішкентай) қосылады. Бұл резисторлар қажет, өйткені екі күшейткіштің шығыс кедергісі, өндірістік ауытқуларға байланысты, мүлдем бірдей болмайды. Шығыс резисторларын енгізу осы тепе-теңдіксіздікті оқшаулайды және екі күшейткіш арасындағы проблемалық өзара әрекеттесудің алдын алады. Күшейткіштерді параллель қосудың тағы бір әдісі – токпен басқаруды пайдалану. Бұл тәсілде жақын сәйкестіктер мен резисторлар қажет емес.
Each amplifier must have as little output DC offset as possible (ideally zero offset) at no signal, otherwise the amplifier with the higher offset will try to drive current into the one with lesser offset thereby increasing dissipation. Equal offsets are also not acceptable since this will cause unwanted current (and dissipation) in the load. These are taken care of by adding an offset nulling circuit to each amplifier. The gains of the amplifiers must be as closely matched as possible so that the outputs don't try to drive each other when signal is present. A simple and robust solution is to use paralleled voltage followers, which by design have exactly unity gain, driven by a common voltage amplification stage. In addition, small resistors (much less than the load impedance, not shown in the schematic) are added in series with each amplifier's output to enable proper current sharing between the amplifiers. These resistances are necessary because the output impedance of the two amplifiers will not, due to manufacturing variation, be perfectly identical. Introduction of output resistors isolates this imbalance and prevents problematic interactions between the two amplifiers. Another method of parallelling amplifiers is to use current drive. With this approach the close matching and resistances are not needed.
Көпір-паралельді күшейткіш
Көпірлік-параллель күшейткіш топологиясы – бұл көпірлік және параллель күшейткіш топологияларының иерархиялық комбинациясы, бір көпірлік-параллель арна жасау үшін кем дегенде төрт жеке шығыс арнасы қажет. Екі топология бір-бірін толықтырады: көпірлеу жоғары кернеу шығысын қамтамасыз етеді, ал параллель қосылу субвуферлерде кең таралған төмен кедергілерді басқаруға қажетті ток өткізу қабілетін ұсынады. Бұл топология көбінесе стерео шығыстары бар және көпірлік режимде жұмыс істейтін интегралдық қуат күшейткіштерінде қолданылады. Бұрынғы бөлімдерде көрсілгендей, екі күшейткіш арнасының көпірлік конфигурациясы қуатты төрт есеге арттырады және жылу шығынын екі есеге көбейтеді. Ал екі күшейткіш арнасының параллель конфигурациясы қуатты өзгеріссіз қалдырады, бірақ жылу шығынын екі есеге азайтады. Сондықтан, екі конфигурация да төрт жеке күшейткіште бірге қолданылғанда, қуат шығысы төрт есеге артады, бірақ әрбір күшейткіштің жылу шығыны арта қоймайды, соның салдарынан жылу мәселелерін шешу жеңілдейді.
Стерео күшейткіштер
Екі бірдей күшейткіш көбінесе ортақ қуат көзімен бір корпус ішінде орналасады және әдетте стерео күшейткіш ретінде қарастырылады. Кез келген стандартты стерео күшейткішті көпір немесе параллель режимде пайдалануға болады, егер ортақ динамик терминалдары (әдетте қара түсті) күшейткіштің ішіндегі жерге қосылған және ортақ болса. Бұл стерео күшейткішті моно күшейткішке айналдырады. Кейбір екі арналы немесе стерео күшейткіштерде кіріс және шығыс қосылымдарын бақылап, арнайы қосқыш арқылы көпір режимінде жұмыс істеу мүмкіндігі қарастырылған. Мұндай опция көбінесе жоғары қуатты үнтаспа жабдықтарында немесе автомобиль аудио жүйелері үшін арналған күшейткіштерде кездеседі. Параллель режимде жұмыс істеу үшін ешқандай арнайы мүмкіндік қажет емес және ол тиісті сыртқы қосылым арқылы жүзеге асырылады. Стерео күшейткіштерде әдетте күштілікті реттеуге арналған ортақ басқару органы болады, сондай-ақ жиі бас және жоғары жиіліктерді реттеуге мүмкіндік беріледі. Көпір режиміне ауысқан кезде әрбір арна автоматты түрде бірдей қадағаланады. Егер екі арналы күшейткіштерде жеке басқару элементтері болса және олар көпір режиміне ауыстырылса, тек бір арнадағы басқару элементтері ғана жұмыс істейді. Егер пайдаланушы көпір немесе параллель режимде қосылымдарды өзі жасаса және күшейткіштерде жеке басқару элементтері болса, екі жиын басқару элементтерінің де бірдей орналасуын қамтамасыз ету керек.