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클래스 AB 증폭기 설명: 장단점, 효율성 및 선택 방법

잘 만들어진 액티브 모니터나 콤팩트한 기타 콤보 안에 앰프 보드를 열면 마치 클래스 AB 파워 스테이지를 보는 듯한 느낌이 들 가능성이 높습니다. 선형적이고 예측 가능하며 상대적으로 구현이 간단한 클래스 AB는 수십 년 동안 오디오 증폭의 주력 제품이었으며 여전히 배터리 수명보다 사운드 특성을 우선시하는 설계에서 중심 위치를 차지하고 있습니다. 짧은 버전은 간단합니다. 클래스 AB는 대략 두 배의 효율성으로 클래스 A의 음향 순도를 대부분 제공하며 클래스 B의 크로스오버 왜곡을 방지합니다. 작동 방식, 클래스 A, B, D와 비교하는 방법, 앰프 모듈을 제작하거나 구매할 때 확인해야 할 사항은 다음과 같습니다.

은 무엇입니까? 클래스 AB 증폭기 ?

클래스 AB는 두 개의 상보적인 출력 트랜지스터가 신호 주기의 절반보다 약간 더 긴 시간 동안 전도되는 선형 푸시풀 증폭기 토폴로지입니다. 양극과 음극 사이의 중첩은 순수 클래스 B 작동의 주요 약점인 크로스오버 노치를 제거하는 동시에 바이어스 전류는 효율이 클래스 A보다 훨씬 높게 유지될 만큼 낮게 유지됩니다. 그 결과 매우 실용적인 열 패널티가 있는 깨끗하고 아날로그적인 사운드가 생성됩니다.

전도각의 작동 원리

오디오 사인파의 단일 주기를 생각해 보세요. 클래스 A 단계에서는 출력 트랜지스터가 전체 360도를 전도합니다. 클래스 B 단계에서 포지티브 장치는 한 반주기를 전도하고 네거티브 장치는 각각 약 180도씩 다른 반주기를 전도합니다. 이는 바이어스 전력을 절약하지만 신호가 0을 교차할 때 가시적인 간격을 생성합니다. 클래스 AB 스테이지는 대기 전류 설정에 따라 각 장치가 대략 180도에서 220도 사이에서 전도되도록 바이어스됩니다. 두 장치 모두 영점 교차 시 약간의 활성 상태를 유지하므로 한 장치가 다른 장치로 원활하게 전달됩니다. Wikipedia의 전력 증폭기 클래스 개요에 따르면 클래스 AB와 클래스 D는 적어도 2010년부터 오디오 시장을 지배해 왔으며, 왜곡과 선형성이 원시 효율성보다 중요할 때마다 AB가 선호됩니다.

클래스 B 출력 클래스 AB 출력 하나의 전체 신호 주기, 단순화됨
한 사이클에 대한 출력 전압. 클래스 B 추적의 평평한 영역은 클래스 AB가 제거하는 교차 불감대를 보여줍니다.

바이어스 포인트가 중요한 이유

클래스 AB 스테이지의 대기 전류는 바이어스 네트워크(일반적으로 VBE 곱셈기 또는 출력 쌍과 동일한 방열판에 장착된 전용 바이어스 트랜지스터)에 의해 설정됩니다. 너무 낮게 설정하면 스테이지가 클래스 B 쪽으로 이동하여 더 시원하게 작동하지만 들리는 크로스오버 왜곡이 발생합니다. 너무 높게 설정하면 무대는 수업 A에 가까워지며 아름다운 사운드를 들려주지만 높은 유휴 전류로 인해 침묵 속에서도 히트싱크가 과열됩니다. 잘 설계된 모듈은 온도 전반에 걸쳐 바이어스를 안정적으로 유지하므로 출력단과 방열판의 열 설계가 증폭기 클래스와 분리될 수 없습니다.

바이어스 및 드라이버 단계 보완 출력 쌍 U자형 알루미늄 방열판 선형 PSU 입력
일반적인 클래스 AB 증폭기 모듈의 분해 등각 투영도: 제어 보드의 게인 스테이지, 전원 보드의 보완 출력 장치, 선형 전원 공급 장치 입력이 있는 U자형 방열판.

클래스 AB와 클래스 A, B, D: 실질적인 절충점

구매 결정에 중요한 순위는 다음과 같습니다. 클래스 A는 음향적으로 깨끗하지만 비효율적이며, 클래스 B는 효율적이지만 오디오에 비해 왜곡이 너무 심하고, 클래스 D는 효율적이고 컴팩트하지만 스위칭 아티팩트가 추가되며, 클래스 AB는 가장 광범위한 스피커 응용 분야에서 가장 잘 작동하는 절충안입니다. 새로운 디자인이나 업그레이드를 위해 앰프 클래스를 선택하는 경우 클래스 AB가 채널당 수백 와트 미만인 경우 잘못된 선택이 되는 경우는 거의 없습니다.

100W 액티브 PA 스피커를 제작하는 제조업체를 생각해 보세요. 클래스 AB 경로에는 더 큰 변압기, 더 많은 방열판 및 더 무거운 캐비닛이 필요합니다. 클래스 D는 발열을 최소화하면서 동일한 출력을 제공하지만 이제 입력 필터링, 접지 및 출력 필터의 품질이 사운드를 결정합니다. 스튜디오 모니터와 악기 앰프의 경우 클리핑 가장자리에서의 동작이 더 관대하고 음악적이기 때문에 AB를 선택하는 경우가 많습니다.

네 가지 주요 오디오 증폭기 등급에 대한 일반적인 엔지니어링 벤치마크입니다.
Class 전도 일반적인 효율성 왜곡 문자 일반적인 전력 일반적인 응용
A 360° 20~30% 작은 신호에서는 낮음; 연속 편향 매우 높음 50W 미만 헤드폰 앰프, 프리앰프, 하이엔드 하이파이
AB 180~220° 45~65% 낮음; 부드러운 제로 크로싱 보통 20~500W 하이파이 앰프, 액티브 스피커, 기타 앰프
B 약 180° 50~70% 크로스오버 노치 보통 단독으로 사용하는 경우는 거의 없음 기존 푸시풀 PA 스테이지
D 스위칭(PWM) 80~92% 스위칭 노이즈에는 출력 필터가 필요합니다. 낮음 50~2000W 서브우퍼, 휴대용 PA, 컴팩트 액티브 스피커

스피커의 장단점 읽기

음질 효율성 열관리 크기 비용 클래스 A 클래스 AB 클래스 D
편집 5축 비교. 값은 측정된 사양이 아닌 일반적인 설계에 대한 상대적인 판단입니다.

계획할 수 있는 효율성 수치

효율성은 전원 공급 장치 크기와 방열판 질량을 직접적으로 제어합니다. 100W의 연속 출력에 대해 25% 효율의 클래스 A 스테이지는 약 300W의 열을 방출하고, 55% 효율의 클래스 AB 스테이지는 약 82W를 방출하며, 88% 효율의 클래스 D 스테이지는 약 14W를 방출합니다. 이것이 클래스 AB 앰프가 항상 더 무겁게 느껴지는 이유입니다. 금속이 실제 작업을 수행하고 있습니다.

300W
클래스 A
82W
클래스 AB
14W
클래스 D
일반적인 중간 범위 효율(A 25%, AB 55%, D 88%)을 사용하여 100W 연속 출력에서 폐열을 계산했습니다.

장점과 단점: 실제로 얻는 것

대부분의 파워드 스피커, 악기 증폭기 및 하이파이 디자인의 경우, 클래스 AB는 클래스 D의 엔지니어링 비용을 지불하지 않고도 자연스러운 사운드를 얻을 수 있는 가장 쉬운 방법입니다. 두 가지 실제 비용은 열과 무게입니다.

클래스 AB가 승리하는 곳

  • 복잡한 보정 회로 없이 낮은 크로스오버 왜곡
  • 출력 필터가 필요 없이 반응성 스피커 부하에 대한 안정적인 동작
  • 오버드라이브 시 덜 거친 소리를 내는 관용적인 클리핑
  • 대부분의 서비스 기술자가 잘 알고 있는 간단하고 수리 가능한 토폴로지
  • 선형 변압기 공급 장치와 결합 시 낮은 노이즈 플로어

클래스 AB 비용이 발생하는 곳

  • 45~65%의 효율은 입력 전력의 35~55%가 중간 수준에서 열이 된다는 의미입니다.
  • 더 큰 방열판, 더 무거운 변압기 및 더 큰 캐비닛
  • 지속적인 높은 수준의 출력에는 신중한 열 관리 및 보호가 필요합니다.
정격 출력에서의 일반적인 효율
클래스 A
20~30%
클래스 AB
45~65%
클래스 B
50~70%
클래스 D
80~92%
정격 출력에서의 일반적인 효율 범위; 클래스 B 수치는 푸시-풀 단계의 이론적 최대값입니다.

클래스 AB 증폭기가 여전히 최우선 선택인 경우

전문 스튜디오 모니터, 중형 PA 탑 캐비닛, 고급 기타 앰프 및 많은 가정용 통합 앰프에서는 여전히 클래스 AB를 찾을 수 있습니다. 베이스 드라이버에 대한 댐핑 팩터는 일반적으로 평균 클래스 D 설계보다 높으며, 이는 저주파수 동작을 단단하고 제어된 상태로 제공합니다. 과부하가 걸리면 사운드가 점차 저하되기 때문에 클래스 AB는 실제 연주 및 노래 상황에서 더욱 음악적인 것으로 묘사되는 경우가 많습니다.

설계자의 경우 알려진 전력단을 사용하여 작업하면 나머지 시스템을 예측할 수 있습니다. 이것이 하나의 이유이다 오디오 증폭기 모듈은 스피커 시스템의 음질을 향상시킵니다. 주로 화려한 사양보다는 일관된 선형성과 안정적인 댐핑을 통해 이루어집니다. 별개이지만 똑같이 실용적인 질문은 다음과 같습니다. 앰프 모듈이 다양한 스피커 임피던스에 반응하는 방식 ; 클래스 AB 설계는 전원 공급 장치와 보호 장치의 정격이 올바른 경우 일반적으로 4옴 또는 8옴에서 안정적으로 유지됩니다. 보드를 선택하기 전에 검토하는 것도 도움이 됩니다. 파워드 라우드스피커의 오디오 모듈에 실제로 포함되는 내용 , 따라서 파워 스테이지, 프리앰프 스테이지 및 DSP 기능이 하나의 일관된 시스템으로 선택됩니다.

클래스 AB를 중심으로 전원 스피커 구축: 프런트엔드 모듈 일치

출력단은 증폭기의 절반에 불과합니다. 프론트 엔드 모듈은 사용자가 실제로 터치하는 기능인 게인, 이퀄라이제이션, 믹싱 및 보호 기능을 제어합니다. 클래스 AB 스테이지가 파워드 스피커의 일부인 경우 아날로그 기능 모듈은 대기 시간을 추가하지 않고 비용도 적게 들고 간단한 전위차계로 다듬을 수 있기 때문에 가장 직접적인 경로인 경우가 많습니다.

클래스 AB 출력 단계를 갖춘 양방향 또는 전체 범위 설계의 경우 클래스 AB 앰프용 pl1 고음 및 저음 EQ 제어 모듈 간단한 톤 쉐이핑과 믹스 출력을 제공합니다. 스피커에 휴대용 PA 및 설치 스피커에서 일반적으로 사용되는 마이크 입력도 포함된 경우 5밴드 그래픽 이퀄라이저를 갖춘 pl35 밸런스드 마이크 및 라인 입력 모듈 채널 컨디셔닝과 음악적 5밴드 EQ를 추가합니다. 간단한 파워드 믹서나 칼럼 스피커의 경우, pl3 5밴드 그래픽 이퀄라이저(마이크 효과 모듈 포함) EQ와 에코를 하나의 컴팩트 보드에 결합했습니다.

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이 모듈은 예측 가능한 임피던스를 갖춘 깨끗한 선형 입력단을 가정하기 때문에 클래스 AB 앰프 시스템용으로 설계되었습니다. 목표 출력 레벨과 인클로저 크기에 맞게 전력단, 변압기 및 방열판을 선택해야 합니다. 고전력 제품의 경우 많은 제조업체는 더 큰 출력에서 ​​아날로그 특성을 유지하려는 경우 선형 공급 장치가 있는 클래스 H 전력단으로 이동하거나 무게와 열이 제한 요인인 경우 LLC 공진 공급 장치가 있는 클래스 D 모듈로 이동합니다.

자주 묻는 질문

클래스 AB가 클래스 D보다 낫습니까?

적당한 전력의 음질을 얻으려면 일반적으로 그렇습니다. 클래스 AB는 스위칭 아티팩트 없이 선형 아날로그 출력을 생성하는 반면, 클래스 D는 훨씬 높은 효율성과 적은 열을 제공하지만 유사한 충실도에 도달하려면 출력 필터 품질에 따라 달라집니다.

클래스 AB 증폭기는 왜 그렇게 뜨거워지나요?

연속 바이어스 전류를 사용하여 선형 모드에서 실행됩니다. 낮은 출력 수준에서는 대부분의 레일 전력이 열로 변환되므로 충분한 방열판과 환기 장치가 필수입니다.

클래스 AB의 실제 효율성은 무엇입니까?

일반적으로 정격 출력에서 ​​45~65%이며 클래스 A의 경우 20~30%, 클래스 D의 경우 80~92%입니다. 정확한 수치는 바이어스 설정 및 신호 레벨에 따라 다릅니다.

클래스 AB 앰프가 4옴 스피커를 구동할 수 있나요?

예, 하지만 전류와 열은 8Ω 부하에 비해 대략 두 배입니다. 모듈의 정격 출력을 4옴으로 확인하고 그에 따라 방열판 및 보호를 계획하세요.

기타 앰프에는 어떤 클래스가 가장 적합합니까?

대부분의 솔리드 스테이트 기타 콤보는 더 부드러운 클리핑과 간단한 유지 관리가 악기 레벨 신호와 잘 어울리기 때문에 클래스 AB를 사용합니다. 클래스 A는 매우 낮은 파워의 빈티지 스타일 톤에만 선호됩니다.

하이파이 빌드를 위해 클래스 AB 또는 클래스 A를 선택해야 합니까?

출력이 약 10~20W 미만으로 작고 열이 허용되는 경우 클래스 A를 사용합니다. 게다가 클래스 AB는 낭비되는 전력이 훨씬 적고 트랜스포머가 더 작아도 매우 유사한 사운드를 제공합니다.

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