클래스 A 대 클래스 AB 증폭기: 바이어스, 열 및 전원 스피커 장단점

거의 모든 파워드 스피커 프로젝트에서 잘 설계된 클래스 AB 스테이지는 보다 안전한 엔지니어링 및 상업적 선택입니다. 클래스 A는 매우 낮은 청취 레벨에서 측정된 선형성이 열, 무게 및 전기 비용보다 더 중요한 경우에만 승리합니다. 이 한 문장은 서류상으로는 클래스 A가 더 나은 평판을 갖고 있음에도 불구하고 클래스 AB 모듈이 여전히 대부분의 프로덕션 라우드스피커 내부에 있는 이유를 설명합니다.

두 클래스는 서로 다른 기술이 아닙니다. 이들은 서로 다른 작동 지점에서 바이어스된 동일한 보완 트랜지스터 출력단입니다. 방열판 크기부터 배송 중량까지 그 밖의 모든 것은 바이어스 전류에 따라 결정됩니다.

바이어스 포인트가 다른 모든 것을 결정합니다

클래스 A 출력 단계에서 장치는 신호 주기의 전체 360도에 대해 작동합니다. 대기 전류는 증폭기가 부하에 전달하는 피크 전류보다 높게 설정되므로 트랜지스터가 꺼지지 않습니다. 교차 영역이 없고 장치 간 핸드오프도 없으며 전송 곡선은 몇 밀리볼트 이상에서 선형으로 유지됩니다.

클래스 AB는 클래스 B와 클래스 A 사이에 위치합니다. 작은 스탠딩 바이어스는 두 장치를 대략 200도 주기 동안 작동하도록 유지합니다. 이는 제로 크로싱에서 중첩되고 순수한 클래스 B를 괴롭히는 노치 왜곡을 제거하기에 충분합니다. 중첩 창 밖에서 각 장치는 절반만 작동하며, 이것이 효율성 이득에서 비롯됩니다.

실제 결과는 벤치에서 쉽게 관찰할 수 있습니다. 클래스 A 채널은 자동으로 작동하든 전체 출력으로 작동하든 공급 장치에서 대략 동일한 전력을 끌어옵니다. 클래스 AB 채널은 유휴 상태에서는 거의 소모되지 않으며 출력이 증가함에 따라 점점 더 많은 전력을 소모합니다. 그렇기 때문에 클래스 A 섀시는 전원을 켠 후 10초 동안 뜨거워지고, AB 섀시는 프로그램 자료가 도착할 때까지 시원하게 유지됩니다.

효율성과 발열: 전원을 끄지 않는 데 드는 비용

클래스 A 스테이지의 이론적 상한선은 변압기 결합 부하의 경우 50%이고 보다 일반적인 단일 종단 배열의 경우 25%에 가깝습니다. 실제 디자인은 15~30% 대역에 정착됩니다. 클래스 AB는 이론적으로 약 78.5%에 도달하고 실제로는 50~70%를 제공합니다. 이것이 바로 이것이 고전력 아날로그 오디오의 기본값이 된 이유입니다.

이를 구매 결정으로 전환하세요. 200W 클래스 AB 모듈은 최대 출력 시 주전원에서 300~350W, 유휴 상태에서는 20~30W를 소비할 수 있습니다. 동등한 클래스 A 설계에는 수백 와트의 연속 소산을 위한 크기의 공급 장치와 방열판이 필요합니다. 이는 일반적으로 전달된 와트당 금속, 변압기 및 캐비닛 부피의 3~4배를 의미합니다.

왜곡: 좋은 클래스 AB가 일반적으로 저렴한 클래스 A를 이긴다

클래스 A의 명성은 두 가지 실제 장점, 즉 크로스오버 왜곡이 없다는 것과 저차의 양성 2차 고조파가 지배하는 고조파 프로파일에 있습니다. 둘 다 정품입니다. 그러나 제품에서 중요한 비교가 이상적인 것과 이상적인 것은 거의 없습니다.

클래스 AB의 크로스오버 왜곡은 귀가 가장 민감한 낮은 출력 레벨에서 고차 고조파로 나타납니다. 이는 세 가지 요소에 의해 제어됩니다. 충분한 바이어스 전류, 방열판이 따뜻해질 때 설정이 표류하지 않도록 바이어스 네트워크의 긴밀한 열 추적, 적절한 루프 이득입니다. 올바르게 실행되면 클래스 AB 모듈은 정격 전력에서 0.01-0.05% 범위의 총 고조파 왜곡을 유지하며 이는 일반 재생 환경에서는 들리지 않습니다.

클래스 A가 실제로 앞서 나가는 곳은 고감도 드라이버에 있어서 밀리와트 수준입니다. 귀하의 제품이 중요한 청취를 위한 근거리 모니터라면 그 마진은 지불할 가치가 있습니다. 휴대용 PA 박스, 칼럼 스피커, 서브우퍼라면 실내 소음과 프로그램 자료 아래에서 차이가 사라집니다.

클래스 A와 클래스 AB를 한 눈에 살펴보기

아래 표에는 BOM과 열 설계를 실제로 결정하는 매개변수에 대한 비교가 요약되어 있습니다.

이것이 파워 스피커 모듈 설계에 미치는 영향

전문가용 파워 스피커, 라인 어레이 및 서브우퍼는 클래스 AB를 기준으로 제작되었으며 점점 더 클래스 D 및 클래스 H를 기준으로 제작되었습니다. 한 가지 이유는 작동하는 제품이 핫 랙 내부에서 긴 듀티 사이클을 견뎌야 한다는 것입니다. 위의 열 연산은 해당 시스템이 요구하는 전력 수준에서 클래스 A를 배제합니다.

일반적인 AB 디자인 내에서 전력 증폭기 모듈은 전압 이득 및 전류 전달을 처리하는 동시에 그 앞에 배치된 별도의 기능 모듈에서 톤 제어, 마이크 입력 및 제한을 처리합니다. 이렇게 분할하면 아날로그 신호 체인이 짧아지고 하나의 앰프 플랫폼을 여러 캐비닛 모델에서 재사용할 수 있습니다.

클래스 AB 증폭기용 PL35 수평 아날로그 프런트 엔드 모듈 균형 잡힌 마이크 및 라인 입력과 5밴드 그래픽 이퀄라이저를 갖춘 이 수평 모듈은 클래스 AB 앰프 플랫폼을 위한 컴팩트한 프런트 엔드입니다. 제품보기 →

제한 보호 기능이 있는 PL21/PL21E 수직 기능 모듈 좁은 인클로저를 위한 수직 프런트엔드 옵션, 균형 잡힌 마이크와 라인 입력, 5밴드 이퀄라이저 및 제한 보호 기능을 결합합니다. PL21E에는 마이크 에코 제어 기능이 추가되었습니다. 제품보기 →

위의 두 프런트엔드 모듈은 수평 형식의 5밴드 그래픽 이퀄라이저가 있는 균형 잡힌 마이크 및 라인 입력 또는 인클로저가 좁은 경우 수직 형식의 제한 보호 기능이 있는 동일한 이퀄라이저라는 패턴을 따릅니다. 둘 다 클래스 AB 앰프 플랫폼용으로 설계되었으므로 출력단의 바이어스 동작이 지배적인 변수로 유지됩니다.

AB 설계의 열 예산이 일반적으로 소형 캐비닛 내부의 채널당 수백 와트 이상으로 확장되지 않으면 전문 오디오의 다음 단계는 클래스 A로 돌아가는 것이 아니라 신호에 맞춰 공급 레일을 전환하는 클래스 H로 전달됩니다. AMP400H와 같은 모듈은 선형 변압기 공급 장치와 U자형 알루미늄 방열판을 유지하여 아날로그 출력단을 유지하는 동시에 낮은 수준과 중간 수준에서 전력 소모를 줄입니다.

AMP400H 7294 클래스 H 전력 증폭기 모듈 400W 중/저 및 100W 고주파 출력, 선형 변압기 공급 장치, U자형 방열판, 다중 보호 회로를 갖춘 클래스 H 모듈입니다. 제품보기 →

팀이 커밋하기 전에 온 가족을 매핑하는 경우 다음 가이드를 참조하세요. 파워드 스피커 모듈 설계를 위한 앰프 클래스 A, AB, D 및 H 각 토폴로지에 대해 동일한 절충안을 살펴봅니다. 현재 검색할 수도 있습니다. 클래스 AB 스피커 증폭기 모듈 출력 수준과 공급 옵션을 비교합니다.

신제품을 위해 둘 중 선택하기

일반적으로 네 가지 질문은 어떤 듣기 테스트보다 결정을 더 빨리 결정합니다.

1. 듀티 사이클은 무엇입니까? 고출력으로 8시간 동안 작동하는 스피커는 전체 시간 동안 전체 바이어스 전력을 분산시키는 스테이지를 감당할 수 없습니다.
2. 열은 어디로 가나요? 밀봉된 플라스틱 인클로저에서 AB 설계에는 이미 플레이트에 대한 열 경로가 필요합니다. 클래스 A에는 훨씬 더 큰 클래스가 필요합니다.
3. 왜곡이 실제로 들리는 수준은 어느 정도입니까? 더미 로드에 대한 1W가 아닌 제품이 실제로 작동할 수준에서 측정합니다.
4. 완성된 제품의 무게는 얼마입니까? 변압기 및 방열판 질량은 일회성이 아닌 반복적인 운송 및 설치 비용입니다.

솔직하게 대답하면 바이어스 포인트와 모듈 플랫폼이 스스로 선택하는 경향이 있습니다.

자주 묻는 질문