วันวานของแอมป์โซลิดสเตจ

[sansirn]

มนุษย์เราพยายามสร้างอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกันมาตั้งแต่สมัยยุคปี 50 เพื่อจะนำมาใช้ทดแทนหลอดสุญญากาศ เนื่องจากหลอดมีปัญหาในเรื่องขนาดที่ใหญ่ น้ำหนักมาก และการบริโภคกำลังงานที่มากมาย กว่าจะเป็นตัวเป็นตนใช้งานได้ก็ปาเข้าไปยุคปี 60 ในวงการเครื่องเสียงก็ไม่เบาครับ พอมีทรานซิสเตอร์เกิดขึ้นปุ๊บก็มีแอมป์ทรานซิสเตอร์เกิดขึ้นปั๊บเหมือนกัน โดยแอมป์ทรานซิสเตอร์สมัยนั้นก็ยังมีโครงสร้างเดียวกับแอมป์หลอด คือมีการใช้หม้อแปลงคับปลิ้ง

แอมป์ Push-Pull
แอมป์ SS ยุคแรกยังต้องใช้หม้อแปลงคับปลิ้ง (OPT) ทำหน้าที่ถ่ายทอดกำลังงานจากตัวทรานซิสเตอร์ไปสู่ลำโพง ส่วนภาคขยายกำลังก็ใช้ทรานซิสเตอร์ชนิดเดียวคือ NPN จัดวงจรเป็นแบบ Push-pull ทำงานใน Class B ดูไปแล้วเหมือนกับเอาวงจรแอมป์หลอด PP มาดัดแปลงใส่ทรานซิสเตอร์ลงไปแทน ซึ่งระบบนี้ยังติดปัญหาเรื่องการตอบสนองความถี่ที่ถูกจำกัดโดยตัว OPT เองอีกทั้งน้ำหนักเครื่องที่มากรวมๆ แล้วแทบไม่ต่างจากแอมป์หลอด จึงต้องพัฒนาหาทางยกเลิก OPT กันต่อไปอีก แต่ก็มีผู้ผลิตแอมป์รายใหญ่อย่าง Mcintosh ที่ยังคงตั้งหน้าตั้งตาใช้ OPT ในแอมป์ SS บางรุ่นของเขาจนถึงปัจจุบัน

[sansirn]

แอมป์ OTL (Output Transformer Less)
หลังจากแอมป์ SS-PP ถูกสร้างขึ้นมาไม่นานก็มีความพยายามตัด OPT ออกไปเพื่อให้แอมป์สามารถตอบสนองความถี่ได้กว้างขึ้น ในที่สุดก็ทำสำเร็จในช่วงต้นของยุคปี 60 นั่นเอง วงจรในขณะนั้นใช้ไฟเลี้ยงทางเดียว วงจรอินพุตเป็นแบบ Single end ส่วนทางภาคเอาต์พุตจัดวงจรแบบ Quasi-Complementary คือใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN 2 ตัวแยกกันขยายสัญญาณในฝั่งบวกและลบ  และใช้ C (Capacitor) เป็นตัวคับปลิ้งกำลังงานจากทรานซิสเตอร์เอาต์พุตไปสู่ลำโพง เนื่องจากตรงจุดเชื่อมต่อระหว่างทรานซิสเตอร์ขยายกำลังซีกบวกและลบนั้น มีแรงดันไฟ DC อยู่ครึ่งหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟ

ความสำเร็จในครั้งนั้น นอกจากทำให้แอมป์มีแบนวิดท์ที่กว้างขึ้นจนเลยออกนอกแบนด์ความถี่เสียงที่มนุษย์ได้ยินแล้ว (20Hz-20kHz) ยังสามารถทำให้ค่าความเพี้ยน (THD : Total Harmonics Distortion) ต่ำลงถึงระดับ 0.01% ในขณะที่แอมป์หลอดยุคนั้นบางรุ่นมีค่า THD มากว่า 1% ยิ่งถ้าวัดกันที่กำลังสูงสุดด้วยแล้วอาจถึง 10% เลยทีเดียว

[sansirn]

แอมป์ OCL (Output Capacitor Less)
แอมป์ระบบ OTL เองถึงจะมีผลการทดสอบออกมาดีมากก็ตาม แต่ก็ยังมีนักออกแบบแอมป์อีกกลุ่มนึงที่มองเห็นว่าตัว C ที่กั้นไฟ DC กับลำโพงอยู่นั้นไปจำกัดผลการตอบสนองความถี่ต่ำ ต้องชดเชยด้วยการใช้ค่า C ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่ง C ค่าสูงจะมีผลกระทบเรื่องของขนาดตัวที่ใหญ่ มีความต้านทานแฝงและค่าอินดัคเตอร์แฝงที่สูง ทำให้ผลการตอบสนองความถี่สูงไม่ดีตามไปอีก จึงพยายามคิดค้นแอมป์แบบ Direct coupling กันจนสำเร็จในช่วงตอนปลายของยุค 60 โดยวงจรในช่วงแรกนั้นยังคงใช้ภาคเอาต์พุตแบบ Quasi complementary อยู่ เนื่องจากทรานซิสเตอร์ PNP ในช่วงนั้นยังทำได้ไม่ดีพอ เมื่อนำมาต่อวงจร Complementary จะให้ค่าความเพี้ยนที่สูงมาก

วงจรแอมป์แบบ OCL ต่างจาก OTL ตรงที่ใช้แหล่งจ่ายไฟคู่ (บวก-ลบ) เพื่อให้จุดต่อของทรานซิสเตอร์เอาต์พุตซีกบนกับซีกล่างมีไฟสมดุลย์กันคือ 0V เมื่อเทียบกับกราวด์ ทำให้สามารถต่อลำโพงเข้ากับวงจรเอาต์พุตได้โดยตรง ได้ผลการตอบสนองความถี่ต่ำถึงระดับไฟ DC เลยทีเดียว และขณะที่แอมป์ OCL กำลังพัฒนาอยู่นั้น (ยุคต้นปี 70) เป็นช่วงที่เทคโนโลยีอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำได้ถูกพัฒนาให้ดีขึ้นกว่าช่วงแรกมาก ส่งผลให้แอมป์ OCL โดดเด่นและมาแรงจนฉุดไม่อยู่ ผู้ผลิตแอมป์หลายค่ายต่างแข่งกันพัฒนาและผลิตออกขายกันอย่างดุเดือด

[sansirn]

BTL (Bridge Tied Load)
BTL มักเรียกสั้นๆ ว่าบริดจ์แอมป์ ออกแบบมาสำหรับงานขยายสัญญาณเสียงที่มีแหล่งจ่ายไฟจำกัด เช่น แอมป์รถยนต์สมัยก่อนที่เทคโนโลยีสวิตชิ่งจะเข้ามา ซึ่งแอมป์ระบบนี้ต้องใช้ ภาคขยายกำลังที่มีคุณสมบัติเหมือนกัน 2 ชุดมาทำงานร่วมกัน โดยให้แอมป์ตัวแรก (AMP_A) ขยายสัญญาณที่เฟสปกติ (0 องศา) และให้แอมป์ตัวที่สอง (AMP_B) ขยายสัญญาณที่เฟสถูกกลับมาแล้ว (180 องศา) โดย AMP_B จะรับสัญญาณแบบกลับเฟสมาจากชุดวงจร Phase Inverter ....... เมื่อสัญญาณมารวมกันที่เอาต์พุตจะเกิดแรงดันตกคร่อมลำโพงเป็น 2 เท่าของแอมป์ทั่วไป ทำให้ได้กำลังเอาต์พุตมากกว่าเดิม 4 เท่า

ยกตัวอย่าง แอมป์ปกติสามารถจ่ายแรงดันเอาต์พุตสูงสุดได้ 50V เมื่อคำนวณกำลังขับที่ลำโพง 8 โอห์มจะได้
P = (50x50)/8 = 312.5W

หากนำแอมป์ดังกล่าวมาต่อแบบบริดจ์ แรงดันเอาต์พุตสูงสุดจะเพิ่มเป็น 2 เท่าคือ 100V เมื่อคำนวณกำลังขับที่ลำโพง 8 โอห์มจะได้
P = (100x100)/8 = 1250W

กำลังขับที่ได้ออกมานั้นดูเหมือนจะมากมายก็จริง แต่ทั้งนี้ชุดจ่ายไฟต้องถึงด้วย นั่นหมายความว่าถ้าจะต่อบริดจ์แอมป์ให้ได้ 1250W ชุดจ่ายไฟก็ต้องสามารถจ่ายกำลังได้เพียงพอกับโหลดขนาด 1250W ด้วย และนอกจากนี้การใช้งานบริดจ์แอมป์จะต้องต่อกับลำโพงที่มีอิมพีแดนซ์ 2 เท่าของโหลดต่ำสุดที่แอมป์ขับได้ เช่น แอมป์เดิมๆ ก่อนบริดจ์ออกแบบมาใช้กับลำโพงที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำสุด 4 โอห์ม เมื่อนำมาต่อแบบบริดจ์จะต้องต่อกับลำโพงอย่างต่ำ 8 โอห์ม

[birdwhistle]

มีอยู่ช่วงหนึ่งราวปี 2517-2519 ได้มีการพยายามพัฒนาจุดด้อยสุดท้ายของ OCL นั่นคือ ยังคงใช้ Input coupling capacitor ที่เป็น Electrolytic ทำให้เกิดเฟสชิฟ  จำได้ว่ามีการพยายามออกแบบเป็นวงจร ECL (electrolytic capacitorless)  โดยออกแบบให้ Zin ของวงจรสูงชึ้น แล้วใช้ c ค่าต่ำ ๆ น้อยกว่า 1 ไมโครฟารัด มาเป็น input coupling

มีนิตpสารฉบับหนึ่งชื่อ "นภาสัมพันธ์" นำวงจรมาเผยแพร่  ใช้ 2N3565 เป็น diff amp ใช้ 2N3569 เป็น predrive   ใช้ 2N3569 + 2N4355 เป็นคู่drive. และใช้คู่ Power ยอดนิยม ดาวค้างฟ้าข้ามสหัสวรรษ นั่นคือ 2N3055 + MJ2955  

ได้เห็นวงจรนั้นอยูjครั้งเดียว แล้วก็ไม่มีมาให้เห็นอีก