提升讯号强度----BTL桥接

BTL Poweramp
什麼是橋接？乍聽之下似乎是蠻複雜的東西！？說穿了，其實只是略動些腦筋，在電路上謀求變通的方法，目的是要讓擴大機團結合作一些，發揮更高效率！特別是受限於某些元件的規格，為了要讓輸出的訊號擺幅有效的提升，橋接是一個相當快速方便的方法。在這篇討論中，我們先從動作原理來討論，之後再規劃實際電路作為參考。

橋接的本質其實很簡單，但只有文字說明，可能還是有很多朋友會看得一頭霧水。說得口沫橫飛，不如畫個圖輔助說明一下，大家會更容易瞭解。

找來兩組一模一樣的擴大機，一組輸入給同相的聲音訊號，另一組給反相的聲音訊號。在圖片的例子中，我們以1Vp（2Vp-p）的正弦波訊號來表示，經過放大器放大之後，分別在輸出端可以得到23Vp的電壓（p代表peak，就是峰值；p-p代表峰對峰值），注意！這邊的電壓是AMP1（或AMP2）的輸出端對地的電壓。

仔細瞧瞧，負載兩端並沒有接到任何一個「地」，一端是接到AMP1的輸出，另一端是接到AMP2的輸出。看起來有一點分工合作的感覺，當AMP1在推的時候，AMP2以相同的力量拉它一把；反之，換AMP2推，AMP1也出相同的力量拉一下。所以負載兩端的端電壓應該會是46Vp的電壓，頓時之間輸出訊號擺幅增加了兩倍！真的是團結力量大！

有這樣美好的技巧，也是有一些該遵守的規則。最重要的，就是兩組放大器必須是一模一樣的雙胞胎，放大倍率要相同，線路結構要相同，最好組成元件也相同。總不能在AMP1推的時候，AMP2拉的力量不一樣！？這樣會有潛在兩組放大器間「互燒」的危險性。

那麼，橋接之後可以增加多少輸出功率？要討論這個問題之前，我們先複習一下基本電學裡面關於計算擴大機輸出功率的公式：

P = Vp-p^2 / 8RL

P：功率（單位：W瓦）
V：電壓（單位：V伏特）
RL：負載電阻（單位：Ω歐姆）

假設負載電阻為8歐姆，單一組放大器的輸出功率是：（46^2）/（8*8）≒33W
橋接之後，輸出電壓擺幅提升了兩倍，那輸出功率是：（92^2）/（8*8）≒132W

不得了，提升了整整四倍！但這是理想的數值，現實中還是會有一些變數影響，例如：放大器輸出電流是否充足（功率OP橋接後常發生的問題）、電源供應部分的內阻……，實際輸出功率還是會打一些折扣的。

OK！知道了橋接是怎麼一回事了。我們接下來要討論的是電路上有哪些要變動的地方？

首先，從負載端往回走，第一個要變動的是後級的接法，原先負載是接在AMP1（或AMP2）的輸出與地之間。現在要改變一下，把負載（揚聲器）分別接到AMP1與AMP2的輸出，SP+接AMP1，SP-接到AMP2。這並不困難，無須動到工具，簡單改變一下連接線就可以了。

繼續往前推進到放大器的輸入端，輸入的訊號要有兩組，分別供應給兩組放大器。兩組訊號內容是相同的，但是相位必須相反。如果是平衡式輸出的前級擴大機，這裡就沒什麼問題，只是訊號連接要注意就行了上。但如果是一般普通的輸出訊號（不平衡式，就是一般RCA接頭連接的方式），就還要再稍稍加工一番，才能整理出這個反相訊號。

怎麼做？其實不難，用最簡單的OP應用線路就可以輕鬆達成。輸入的訊號直接接到AMP1的輸入端；相同的輸入訊號再接到OP組成的反相放大器，放大倍率設定在-1倍，也就是只有將訊號反相倒轉而已，之後才接到AMP2的輸入。

以MPA501系列小後級為範例：兩組相同的放大器，PCB上已經一應俱全了。同相的訊號輸入，就直接接到規劃的AMP1；反相的訊號，就用DC Servo驅動板改！OP所需的穩壓電源已經內建在PCB上了，直接用LM317/337T供給；OP電路部分變動較多：R4空接、C4用跳線短路、C5接22K電阻、R5亦是22K電阻，但是R5一端接OP的Pin2，另一端不要接到PCB上的GND，直接接到訊號輸入的地方。輸出部分R6也是用跳線跳過即可，之後就接回負責反相訊號放大的AMP2。

這樣接起來，DC Servo驅動PCB還會空著半邊沒使用。如果要物盡其用的話，接成電壓隨耦器的方式，放大倍率為+1倍，也就是沒有放大，僅是緩衝隔離，也是可以做各種運用：放在AMP1的輸入端之前，讓AMP1與反相器做個隔離；放在反相器之前，也是類似前一種接法的功用，讓AMP1與反相器做個隔離。不然就是乾脆空著，省時省力也省$$。

Burr-Brown有一枚不平衡轉平衡專用的DRV134，因為電路通通都在其內部規劃好了，運用上相當便利，只要接好穩壓電源及訊號連接線就可以使用了。其等效電路較為複雜，還有考慮到輸出電路兩端的平衡，較為完美化。或是還有另一種比較原始的方法，使用分相交連變壓器，不過變壓器的品質影響甚劇，好貨色絕不便宜，而且買不買得到也是個大問題。

還有一種傳統擴大機常用的接法，不需要在前端透過分相器的方式來做。典型的電路參考資料，在ST意法半導體的TDA7294 datasheet中有提到橋接的線路，乍看之下可能比較難搞懂其動作方式，我們將其重新整理過，比較容易理解。AMP1一樣是將訊號放大+23倍，AMP2的輸入端接地，從AMP1的輸出接一枚22K電阻到AMP2的反相輸入端，與AMP2原本的22K迴授電阻剛好組成一個反相放大器，增益為-1倍。這樣的連接方式雖然簡潔，不過兩組擴大機的迴授結構不一樣，而且AMP2的訊號是由AMP1的輸出端接過來的，多少會有一些時間差，而且某些放大器不一定能在單增益下工作，可能會有一些潛在的問題，並不是相當完美。

當然，橋接也不是萬靈丹，這跟擴大機本質有著直接的關連，尤其是輸出電流不夠大的擴大機，就算橋接了，功率的提升還是會打一些折扣。以LM675T來說，以8歐姆負載做滿功率輸出測試，單一枚功率OP可以得到25W，橋接後理論上應該可以到100W，不過實際測試大約只有60W。主要是因為功率OP內部大多有完善的保護電路，在電流輸出太大的時候，會限制功率OP的輸出，在示波器上看起來像被波形被切割一般。保護多了，是比較安全，但性能也會受到一些限制。

如果不嫌麻煩，先把功率OP併聯輸出，提升輸出電流能力，之後再規劃成橋接的型態，是可以增加不少輸出電流。驅動力也比單一枚OP的狀況下好很多，橋接功率自然水漲船高，不過複雜性亦隨之增加。