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发表于 2009-8-20
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集成电路的桥接与并联应用简析
集成功放没有测试配对的烦恼，外围电路简洁，制作的成功率高，是爱好者DIY的首选，在IC种类、指标越做越理想的今天，可供选择的元器件非常丰富，音质、音效也越来越好，制作得当的话，效果不输分发烧友推崇的分立件放大电路。集成电路存在主要问题是，功率IC的功率、电流输出能力往往不尽如人意，在驱动一些低阻抗或灵敏度低的“大食”音箱时往往力不从心。
为解决集成电路输出功率不足、输出电流不够的问题，BTL（桥接）、并联等电路被开发出来，在很大程度上弥补了以上缺点，最著名的例子当属jeff roland，使用NS公司的LM3886并联桥接，做出了价值12万元人民币的顶级放大器，听过的人都对其强劲的驱动能力和音色赞不绝口。这里有个有趣的小故事，笔者有一位长期为音响杂志供稿的音响评论人朋友，在广州海印听jeff roland驱动B&W801，气势、音质没什么可挑剔的，一曲做罢，音响店老板得意的炫耀：“jeff roland设计就是没的说！用LM3886能做出这样的机器来，勘称绝技啊！”对电路有一定研究的朋友当即晕倒在沙发上……不知道这位朋友了解价值3万多元的MBL5010和价值5万多元的MBL6010是用1元多一片的NE5534做主放大电路后，会有怎样的表现。
集成电路一般输出功率有限，除了最近几年出现的DRV/MAP系列IGBT放大组件外，一般IC大多只能做到5、60W的输出功率，这还是在最好的外围环境下达到的极限值。一般来说，最进简单的增大输出功率的方式是使用桥接电路，常见的桥接电路如下：
这个是最典型、应用也最多的桥接电路，工作很稳定，缺点是下臂信号从上臂输出选取，在相位上肯定要滞后一些，因此相位失真大一些。
改进型的BTL电路如下：
这个电路上、下臂取信号在同一个点上，因此基本不存在相位失真问题，但反相电路输入不能开路，否则等效于开环放大，必然发生自激，也就是说，这种电路结构最好是有个前级电路。需要注意的是，反相电路的增益计算公式与同相电路不同，切记Rf2与Rf1不能取相同值，否则电路上、下臂波形不对称。
第二个电路如果进行深入分析的话，还存在一个问题：反相放大电路的音色受外围电路、特别是阻抗的影响很大，大多数条件下，很难做的与同相放大电路完全一致。笔者曾用一只LM4766T做实验，一路做同相放大、一路做反相放大，使用两只完全相同的无源音箱来听音，结果是两者在音色上区别非常明显。
桥接电路因为上下臂放大倍数、相位、音色上的差异，往往不能精确对称，因此很多人说到全平衡放大器时，往往都觉得声音比较“粗”。有人试图用完全一致的两个同相放大电路做电流输出，在电路前使用非平衡---平衡转换电路来避免此类问题，但常见的转换电路实际也存在上述的弊病，最理想的非平衡转平衡电路实际上是带中心抽头的变压器，可完全避免相位不对称问题。但使用变压器做转换器的话，音色、频响则非常依赖于变压器自身质量，必须使用性能优异的产品，jeff roland使用的是JENSEN变压器。
桥接电路理想状态下，输出功率是OCL电路的四倍，但是因为电流输出能力等问题，一般只能做到2—3倍数。同时桥接状态下，等效是负载阻抗降低了一半。功放电路对扬声器的控制能力一般是用阻尼系数来表示，可简单的认为阻尼系数等于扬声器（音箱）阻抗除功放电路内阻，阻尼系数高的放大器对音箱控制能力强，低频不拖泥带水，大动态失真小。集成电路内阻高，电流输出能力较差，阻尼系数本就不高，再降低的话，对扬声器的控制能力就更差了。
为解决阻尼系数、电流输出能力的问题，人们开发出了并联电路，最简单的并联电路示意图如下：
并联电路等效是在放大倍数不变的情况下，电流输出能力增强2倍（当然也可以是多倍），电流输出能力增强后，电路的阻尼系数、对音箱的控制能力都明显增强了。理论上说并联电路的输出功率与OCL电路没有区别，实际考虑到一般集成电路的电流输出能力有限，大功率状态下往往电流输出跟不上，失真比较大，因此来说并联电路的输出功率往往要大于OCL电路。
并联电路因为是多路OCL并联，并且有各自的反馈环路，因此一旦有某一路输出有直流漂移、或者是增益不一致的话，很容易因为反馈校正的原因在集成电路之间形成强烈的短路电流，造成上电瞬间集成电路炸毁。
解决这个问题的方法，一是使用高精度电阻来保证各路增益保持一致，并在输出端使用均流电路；其次是使用直流伺服电路来校正输出零漂，典型电路如下：
处理好并联的增益精度、输出零漂问题，桥接电路的增益、相位问题后，就可以搭建具有大功率、强电流输出的并联+桥接电路了，简单的示意图如下：
上图为简便起见，只画出了4片IC的并联+桥接电路，实际在解决好并联与桥接的问题后，完全可以搭建更多路的并联桥接电路，jeff roland的放大器其实就是每声道16片LM3886，上、下臂各8只的设计，在电源充沛、散热良好的情况下，能将B&W801推的虎虎生风，可谓电路设计的顶尖之作。 |
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