Amplificadores en puente y en paralelo

Se pueden conectar varios amplificadores electrónicos para que controlen una única carga flotante (en puente) o una única carga común (en paralelo), aumentando así la potencia disponible en diferentes situaciones. Esto es habitual en aplicaciones de audio .

Los modos de funcionamiento en puente o en paralelo, que normalmente involucran amplificadores de potencia de audio, son métodos para usar dos o más amplificadores idénticos para alimentar la misma carga simultáneamente. Esto es posible con conjuntos de amplificadores mono, estéreo y multicanal, ya que las salidas de los amplificadores se combinan para cada carga. Según el método de combinación de los amplificadores (puente o en paralelo), se pueden lograr diferentes objetivos de amplificación. El resultado es un amplificador que puede combinarse aún más mediante puente o en paralelo. Este enfoque puede ser beneficioso para alimentar cargas para las que el uso de un amplificador de un solo extremo es imposible, poco práctico o menos rentable.

Una carga en puente (BTL), también conocida como puente sin transformador y puente mono , es una configuración de salida para amplificadores de audio , una forma de puenteo de impedancia utilizada principalmente en audio profesional y aplicaciones automotrices. ^{[ 1 ]} Los dos canales de un amplificador estéreo reciben la misma señal de audio mono , con la polaridad eléctrica de un canal invertida. Un altavoz se conecta entre las dos salidas del amplificador, puenteando los terminales de salida. Esto duplica la amplitud de voltaje disponible en la carga en comparación con el mismo amplificador utilizado sin puenteo. La configuración se utiliza con mayor frecuencia para subwoofers . ^{[ 2 ]}

Para una determinada amplitud de voltaje de salida, cuanto menor sea la impedancia, mayor será la carga del amplificador. El puenteo se utiliza para permitir que un amplificador conduzca cargas bajas a mayor potencia, ya que la potencia es inversamente proporcional a la impedancia y proporcional al cuadrado del voltaje, según la ecuación${\displaystyle P=V^{2}/R}$Esta ecuación también muestra que la configuración en puente cuadruplica la potencia teórica de un amplificador; sin embargo, esto solo es cierto para cargas suficientemente bajas. Por ejemplo, para cargas donde el amplificador alcanza su máximo potencial en modo de terminación simple, no se obtiene ninguna ganancia con la configuración en puente. Esto se debe a que un amplificador puede tener limitaciones de corriente. En aplicaciones prácticas, la disipación de calor y la fuente de alimentación inadecuadas también limitan el aumento de potencia, aunque si los amplificadores en puente utilizan fuentes de alimentación independientes, lo cual es habitual, el límite de aumento para cargas altas es la duplicación de la potencia, ya que cada amplificador solo entrega la mitad de la potencia total.

Circuito típico

Ejemplo: La imagen muestra dos amplificadores idénticos, A1 y A2, conectados en modo puente. El sistema está configurado de tal manera que las salidas de los amplificadores están invertidas entre sí. En otras palabras, mientras la señal en un amplificador es positiva, la señal en el otro es negativa. Cuando la salida de un amplificador es de +10 voltios, la salida del otro será de -10 voltios, y viceversa. La carga está conectada entre las salidas "calientes" (generalmente rojas) de los dos amplificadores y está sujeta a la diferencia de potencial entre ellas. Si el potencial instantáneo en la salida de un amplificador es de +10 voltios, entonces la salida del otro será de -10 voltios, y la diferencia de potencial a través de la carga será de 20 voltios, o el doble del potencial disponible de un solo amplificador.

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La señal de entrada de audio en contrafase se puede proporcionar de varias maneras, lo que requiere conocimientos y habilidades adecuados.

1. mediante una modificación interna como la descrita por Rod Elliot en https://sound-au.com/project20.htm ;
2. mediante un sencillo circuito divisor de fase activo , externo al amplificador;
3. mediante un transformador de entrada de audio con división de fase, externo al amplificador.

Una configuración de amplificadores en paralelo utiliza varios amplificadores conectados en paralelo, es decir, dos o más amplificadores que operan en fase conectados a una carga común.

En este modo, la corriente de salida disponible se duplica, pero la tensión de salida permanece igual. La impedancia de salida del par se reduce a la mitad.

La imagen muestra dos amplificadores idénticos, A1 y A2, conectados en paralelo. Esta configuración se usa a menudo cuando un solo amplificador no puede funcionar con una carga de baja impedancia o cuando se desea reducir la disipación por amplificador sin aumentar la impedancia de carga ni disminuir la potencia suministrada. Por ejemplo, si dos amplificadores idénticos (cada uno con una impedancia nominal de 4 ohmios) se conectan en paralelo a una carga de 4 ohmios, cada amplificador percibe una impedancia equivalente a 8 ohmios, ya que la corriente de salida se comparte entre ambos: 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 se comportarán como cargas entre sí. En la práctica, cada amplificador debe cumplir lo siguiente:

• Cada amplificador debe tener la menor desviación de CC posible en su salida (idealmente, cero) en ausencia de señal. De lo contrario, el amplificador con mayor desviación intentará inyectar corriente en el de menor desviación, aumentando así la disipación. Tampoco se aceptan desviaciones iguales, ya que esto provocará corriente (y disipación) no deseada en la carga. Esto se soluciona añadiendo un circuito de anulación de desviación a cada amplificador.
• Las ganancias de los amplificadores deben ser lo más similares posible para evitar que las salidas interfieran entre sí cuando hay señal. Una solución sencilla y robusta consiste en utilizar seguidores de voltaje en paralelo , que por diseño tienen una ganancia unitaria, controlados por una etapa de amplificación de voltaje común.

Además, se añaden resistencias pequeñas (de impedancia mucho menor que la de carga, no mostradas en el esquema) en serie con la salida de cada amplificador para permitir una correcta distribución de la corriente entre ellos. Estas resistencias son necesarias porque la impedancia de salida de los dos amplificadores no será perfectamente idéntica debido a variaciones en la fabricación. La introducción de resistencias de salida aísla este desequilibrio y evita interacciones problemáticas entre los dos amplificadores.

Otro método para conectar amplificadores en paralelo es mediante la excitación por corriente. Con este método, no se requieren resistencias ni una coincidencia precisa.

Una topología de amplificador puente-paralelo es una combinación jerárquica de las topologías de amplificador puenteado y paralelo, con al menos cuatro canales de terminación simple necesarios para producir un canal puente-paralelo. Las dos topologías se complementan entre sí, ya que el puenteado permite una salida de voltaje más alta y el paralelismo proporciona la capacidad de manejo de corriente necesaria para controlar bajas impedancias, típicas en aplicaciones de subwoofer. Se usa más comúnmente con amplificadores de potencia IC con salidas estéreo que operan en modo puenteado. ^{[ 6 ]} Puede verse en las secciones anteriores que una configuración puenteada de dos canales de amplificador entrega cuatro veces la potencia y duplica la disipación. Una configuración paralela de dos canales de amplificador entrega la misma potencia y reduce la disipación a la mitad. Por lo tanto, cuando ambas configuraciones se combinan en un conjunto de cuatro amplificadores de terminación simple, la potencia de salida aumenta cuatro veces, pero la disipación de potencia de cada amplificador constituyente no aumenta, y los problemas térmicos son más fáciles de manejar.

• Amplificador
• Amplificador de audio
• Señalización de un solo extremo

• Funcionamiento en modo puente de amplificadores operacionales de potencia - Nota de aplicación AN20 de Apex Microtechnology, octubre de 2012
• Documentación del amplificador puente/paralelo (BPA-200) , nota de aplicación de National Semiconductor , 19 de septiembre de 1997.
• Optimización de amplificadores de carga en puente con conexión en audio , nota de aplicación 1122 de Maxim Integrated Products, Inc., 24 de junio de 2002.