증폭기 클래스 설명: 클래스 A, B, AB, D, G, H 및 올바른 선택 방법

500와트 서브우퍼를 캐비닛에 넣으면 무엇보다 먼저 하나의 사양 결정이 필요합니다. 즉, 어떤 앰프 클래스가 출력단을 구동할지입니다. 이러한 단일 선택에 따라 방열판 질량, 전원 공급 장치 무게, 인클로저 볼륨 및 왜곡이 들리기 전에 남아 있는 헤드룸의 양이 결정됩니다. 시스템 빌더를 위한 실용적인 결론: 클래스 D는 공급 전력의 85~95%를 신호로 변환하므로 새로운 전문 오디오 모듈 설계를 지배합니다. 클래스 AB는 투명한 사운드와 예측 가능한 서비스를 위한 아날로그 기준으로 남아 있습니다. 클래스 G 및 클래스 H는 열이 덜 필요한 고전력 선형 스테이지를 위한 중간 경로를 제공합니다. 클래스 A와 클래스 B는 오늘날 주로 개념으로 중요하지만 전도각 동작은 이후의 모든 클래스를 설명합니다.

증폭기 클래스를 정의하는 것은 무엇입니까?

모든 증폭기 클래스는 출력 장치의 전도각(트랜지스터가 전류를 전달하는 동안 각 입력 사이클의 일부)에 의해 정의됩니다. 360도 전도하는 장치는 지속적으로 켜져 있습니다. 180도 전도하는 장치는 파형의 절반만 처리합니다. 전도 각도는 이론적 효율 상한을 설정합니다. 왜냐하면 신호에 기여하지 않는 전도 장치는 여전히 전력을 소모하기 때문입니다. 또한 스테이지의 왜곡 시그니처를 예측합니다.

아래 수업은 오디오 시스템 디자이너가 접하게 될 모든 것을 다룹니다. 클래스 C는 참조용으로만 나타납니다. 180도 미만에서 작동하면 효율이 70% 이상 높아지지만 출력이 너무 평탄해져서 오디오가 아닌 무선 주파수 송신기로 제한됩니다. 효율 값은 확립된 전자 참고 자료 및 모듈 데이터시트에 인용된 실제 범위입니다. 정확한 숫자는 공급 전압, 부하 및 작동 수준에 따라 다릅니다.

클래스 A: 높은 운영 비용의 선형성

클래스 A 출력 스테이지는 전체 360도에서 작동합니다. 단일 장치 또는 단일 종단 모드에서 실행되는 쌍은 입력 신호가 없을 때에도 활성 영역에 유지됩니다. 이는 클래스 A를 아날로그 제품군 중 가장 선형적인 토폴로지로 만듭니다. 즉, 장치 간 핸드오프가 없으므로 크로스오버 왜곡이 정의상 존재하지 않습니다. 가격은 엄청난 유휴 소산입니다. 실용적인 단일 종단 클래스 A 효율은 20~30%이므로 100와트 앰프는 200~300와트를 열로 배출합니다. 방열판이 늘어나고, 변압기가 늘어나고, 운영 비용이 영구적이 됩니다. 전문 오디오 모듈에서 전체 클래스 A 출력 단계는 프리앰프 레벨에만 존재합니다. 전력 증폭기 내에서 클래스 A는 클래스 AB 입력 단계의 소신호 바이어스 영역으로 유지됩니다.

클래스 B: 푸시풀 원점

클래스 B는 파형을 두 부분으로 나눕니다. 한 트랜지스터는 양의 반주기를 밀고 다른 트랜지스터는 음의 반주기를 끌어당기므로 각 장치는 정확히 180도로 전도됩니다. 이론적 효율은 78.5%로 증가하지만 두 장치 모두 완전히 제어할 수 없을 때 제로 크로싱에서의 전환으로 인해 크로스오버 왜곡이 발생합니다. 낮은 신호 레벨에서 불연속성이 들리기 때문에 순수한 클래스 B에서는 심각한 오디오 출력 단계가 실행되지 않습니다. 설계자는 작은 바이어스 전류를 추가하여 두 장치가 모두 제로 크로싱에서 약간 켜져 있게 하며, 이러한 조정이 클래스 AB를 정의합니다.

클래스 AB: 아날로그의 주력 제품

클래스 AB는 푸시-풀 구조에 제어된 정지 바이어스를 추가합니다. 두 출력 장치 모두 제로 크로싱에서 약간 작동하여 크로스오버 노치를 제거한 다음 신호가 증가함에 따라 컷오프 방향으로 물러납니다. 실제 오디오 설계에서는 효율성이 50~65% 사이로 유지됩니다. 600와트 클래스 AB 모듈은 강하게 구동할 때 여전히 200~300와트를 방출하므로 깊은 핀이 있는 방열판과 때로는 강제 공기가 설계의 일부로 남아 있습니다.

엔지니어는 음색 동작이 우선순위이고 인클로저 크기가 허용되는 경우 클래스 AB를 선택합니다. 바이어스 전류, 왜곡 및 열 부하 사이의 관계는 매우 섬세하여 제조업체는 수년간의 생산 개선을 통해 이를 보정합니다. 이것이 바로 엔지니어가 드라이버와 마찬가지로 출력 단계에서도 많은 시간을 보내는 이유입니다. 앰프 모듈이 음질에 미치는 영향 측정하는 것보다 듣기가 더 쉽습니다.

클래스 D: 효율성을 위한 스위칭

클래스 D는 전도각 모델을 완전히 포기합니다. 출력 트랜지스터는 오디오 대역(보통 400kHz ~ 1MHz)보다 훨씬 높은 반송파 주파수에서 완전 포화와 완전 차단 사이를 번갈아 가며 오디오 신호는 결과적인 펄스 폭 변조 파형의 듀티 사이클을 따릅니다. LC 필터는 출력에서 ​​오디오 대역을 재구성합니다. 포화 스위치는 전압 강하가 거의 없고 차단 스위치는 전류가 거의 흐르지 않기 때문에 이론적 효율은 100%에 가깝습니다. 실제 모듈은 85~95%를 제공합니다.

스피커 설계의 결과는 즉각적입니다. 500와트 클래스 D 스테이지는 다이캐스트 섀시에 맞게 방열판을 작게 유지하는 반면, 동등한 클래스 AB 스테이지에는 무거운 압출 프로파일과 더 큰 변압기가 필요합니다. 최신 포스트 필터 피드백은 초기 스위칭 설계의 왜곡 메커니즘을 수정하며, 잘 구현된 클래스 D 모듈은 우수한 아날로그 증폭기에 대한 블라인드 청취 비교를 통과합니다.

실제 엔지니어링 노력은 출력 필터, EMI 동작 및 스위칭 단계의 데드타임 관리에 있습니다. 이 분야를 전문으로 하는 공급업체는 일반적으로 필터를 나중에 고려하는 대신 스위칭 코어를 공진 또는 역률 보정 프런트 엔드와 결합합니다.

LLC 공진 전원을 갖춘 EON522SUB 액티브 서브우퍼 증폭기 모듈 이 500W 클래스 D 서브우퍼 모듈은 LLC 공진 800W 공급 장치와 과부하, 단락 및 열 보호 기능을 결합하여 주변 텍스트에서 논의되는 고효율 베이스 애플리케이션에 실용적으로 적합합니다. 제품보기 →

클래스 G 및 클래스 H: 더욱 스마트한 공급 레일

클래스 G 및 클래스 H는 AB 증폭기의 선형 출력 단계를 유지하지만 신호에 적응하는 공급 레일을 공급합니다. 클래스 G는 두 개 이상의 고정 레일을 유지하며 신호 피크에 필요할 때만 더 높은 레일로 전환합니다. 클래스 H는 레일 전압을 지속적으로 변조하여 몇 볼트의 헤드룸으로 신호 포락선을 추적합니다. 출력 장치는 두 경우 모두 선형으로 유지되므로 왜곡 프로필은 클래스 AB와 유사하지만 장치 전체의 평균 전압은 더 낮습니다. 이는 폐열을 줄이고 효율성을 65-80% 범위로 끌어올립니다.

비용은 전원 공급 장치로 이동합니다. 즉, 클래스 G용 전환 로직이 있는 다중 레일 변압기 또는 클래스 H용 고속 추적 레귤레이터입니다. 이러한 클래스는 서브우퍼 및 라인 어레이 모듈에 적합합니다. 여기서 파고율이 높은 음악은 더 높은 레일이 짧은 피크에만 활성화된다는 것을 의미합니다. H 클래스 접근 방식은 선형 변압기 공급 장치가 있는 이중 증폭 인클로저에 대한 일반적인 선택이므로 모듈 공급업체는 이 조합을 표준 구성으로 나열합니다.

실제 모듈의 증폭기 클래스 비교

집단 결정은 결코 단독으로 이루어지지 않습니다. 이는 전원 공급 장치, 인클로저 및 음악 프로그램의 듀티 사이클과 상호 작용합니다. 아래 차트는 클래스 D가 휴대용 및 소형 시스템에서 왜 그렇게 매력적인지 보여줍니다.

클래스 D는 대부분의 출력 범위에서 높은 효율성을 유지하는 반면, 클래스 AB 효율성은 낮은 청취 레벨에서 붕괴됩니다. 500와트 클래스 AB 모듈의 50와트 평균 출력은 약 25-30% 효율에 있을 수 있습니다. 동일한 조건으로 클래스 D 모듈을 75% 이상으로 유지합니다. 투어 시즌 동안 이러한 차이는 전기 비용, 랙 발열 및 열 보호가 실행되는 빈도에서 나타납니다.

활성 전력 증폭기 모듈에 포함된 내용 이해 구매자가 이 매트릭스를 올바르게 적용하는 데 도움이 됩니다. 수업 편지에는 전원 단계만 설명되어 있습니다. 공급 장치 설계, 피드백 토폴로지 및 보호 회로가 실제 신뢰성을 결정합니다. 예를 들어, 서브우퍼 모듈은 지속적인 저음 프로그램을 유지하기 위해 출력 제한과 고전압 레일을 결합하므로 클래스 선택과 보호 기능을 하나의 시스템으로 평가해야 합니다.

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전력 증폭기 모듈의 구조

최신 모듈의 단면은 클래스가 주변의 모든 것과 상호 작용하는 방식을 보여줍니다. 입력단은 밸런스 또는 DSP 처리 신호를 받아들이고, 드라이버 스테이지는 스위칭 또는 선형 제어를 형성하고, 출력 스테이지는 선택한 클래스를 따르고, 전원 공급 장치는 효율성 한도를 설정합니다. 아래 등각 투영 다이어그램은 독립형 모듈에서 이러한 블록의 일반적인 배열을 보여줍니다.

증폭기 클래스에 대해 자주 묻는 질문