전자 장치에서 Amplifier는 광범위한 응용 가능성을 가진 가장 일반적으로 사용되는 회로 장치입니다. 오디오 관련 전자 장치에서 전치 증폭기 및 전력 증폭기는 사운드 증폭 관련 목적으로 사용되는 두 가지 유형의 증폭기 시스템입니다. 그러나 이러한 응용 분야별 목적 이외에는 주로 전력 증폭기에서 다양한 유형의 증폭기에 큰 차이가 있습니다. 그래서 여기서 우리는 장점과 단점과 함께 다양한 종류의 앰프 를 살펴볼 것 입니다.
문자를 사용한 증폭기 분류
앰프 등급은 앰프의 성능과 특성을 나타냅니다. 다른 유형의 전력 증폭기는 전류를 전달할 때 다른 응답을 제공합니다. 사양에 따라 앰프에는 클래스를 나타내는 다른 문자 또는 알파벳이 할당됩니다. A, B, C, AB, D, E, F, T 등 다양한 종류의 앰프가 있습니다. 이러한 클래스 중에서 가장 일반적으로 사용되는 오디오 증폭기 클래스는 A, B, AB, C입니다. 다른 클래스는 스위칭 토폴로지와 PWM (Pulse Width Modulation) 기술을 사용하여 출력 부하를 구동하는 최신 증폭기입니다. 때로는 클래스 G 앰프가 클래스 B 또는 클래스 AB 앰프의 수정 된 앰프 클래스 인 것처럼 기존 클래스의 개선 된 버전에는 다른 클래스의 앰프로 분류하는 문자가 할당됩니다.
증폭기의 등급은 전류가 증폭기를 통과 할 때 입력주기 비율을 나타냅니다. 입력주기는 전도 각이 증폭기 입력의 사인파 전도에서 파생 된 것입니다. 이 전도 각도는 전체 사이클 동안 시간에 증폭기와 매우 비례 합니다. 주기 중에 증폭기가 항상 켜져 있으면 전도 각도는 360 도입니다. 따라서 증폭기가 360도 전도 각을 제공하는 경우 증폭기는 완전한 입력 신호와 완전한 정현파주기의 100 % 기간 동안 전도 된 활성 요소를 사용합니다.
아래에서는 클래스 A, B, AB 및 C에 이르는 전통적인 전력 증폭기 클래스 를 시연하고 스위칭 설계에 널리 사용되는 클래스 D 증폭기도 시연합니다. 이 클래스는 전력 증폭기뿐만 아니라 오디오 증폭기 회로에도 사용됩니다.
클래스 A 증폭기
클래스 A 증폭기는 선형성이 높은 고 이득 증폭기입니다. A 급 증폭기의 경우 전도 각은 360 도입니다. 위에서 언급했듯이 360도 전도 각은 증폭기 장치가 전체 시간 동안 활성 상태를 유지하고 완전한 입력 신호를 사용함을 의미합니다 . 아래 이미지에는 이상적인 클래스 A 앰프가 나와 있습니다.
이미지에서 볼 수 있듯이 하나의 활성 요소 인 트랜지스터가 있습니다. 트랜지스터의 바이어스는 항상 ON으로 유지됩니다. 이 기능을 끄지 않기 때문에 클래스 A 증폭기는 더 나은 고주파수 및 피드백 루프 안정성을 제공 합니다. 이러한 장점 외에도 클래스 A 증폭기는 단일 장치 구성 요소와 최소 부품 수로 쉽게 구성 할 수 있습니다.
장점과 높은 선형성에도 불구하고 확실히 많은 한계가 있습니다. 연속 전도 특성으로 인해 클래스 A 증폭기는 높은 전력 손실을 발생 시킵니다. 또한 높은 선형성으로 인해 클래스 A 증폭기는 왜곡과 잡음을 제공합니다. 전원 공급 장치 및 바이어스 구성은 불필요한 노이즈를 방지하고 왜곡을 최소화하기 위해 신중한 구성 요소 선택이 필요합니다.
클래스 A 증폭기의 높은 전력 손실로 인해 열을 방출하고 더 높은 방열판 공간이 필요합니다. A 급 증폭기의 효율은 매우 낮으며 이론적으로 일반적인 구성과 함께 사용하는 경우 효율은 25 ~ 30 %입니다. 유도 결합 구성을 사용하여 효율을 향상시킬 수 있지만 이러한 경우 효율은 45-50 % 이하이므로 저 신호 또는 저전력 레벨 증폭 목적에만 적합합니다.
클래스 B 증폭기
클래스 B 증폭기는 클래스 A와 약간 다릅니다 . 실제주기의 절반, 즉 180도 를 수행하는 두 개의 활성 장치를 사용하여 생성됩니다. 두 개의 장치가 부하에 결합 된 전류 구동을 제공합니다.
위 이미지에는 이상적인 클래스 B 증폭기 구성이 표시되어 있습니다. 그것은 정현파의 양 및 음의 반주기 동안 하나씩 바이어스되는 두 개의 활성 장치 로 구성되어 있으므로 신호가 양수 및 음수 모두에서 증폭 된 레벨로 밀거나 당겨지고 결과를 결합하여 출력에서 완전한 사이클을 얻습니다. 각 장치가 켜지거나주기의 절반이 활성화되었으며, 이로 인해 효율성이 향상되어 Class A 증폭기의 25-30 % 효율성에 비해 이론적으로 60 % 이상의 효율성을 제공합니다. 아래 이미지에서 각 장치 입출력 신호 그래프를 볼 수 있습니다. B 급 증폭기의 효율은 78 %를 넘지 않습니다 . 이 등급에서는 방열이 최소화되어 방열판 공간이 적습니다.
그러나이 클래스에는 제한이 있습니다. 이 클래스의 매우 심각한 한계는 크로스 오버 왜곡 입니다. 두 장치가 출력을 통해 결합되고 결합되는 정현파의 각 절반을 제공하므로 두 절반이 결합되는 영역에 불일치 (교차)가 있습니다. 한 장치가 절반주기를 완료하면 다른 장치가 작업을 완료 할 때 거의 동시에 동일한 전력을 공급해야하기 때문입니다. 활성 장치 동안 다른 장치가 완전히 비활성 상태로 유지되므로 클래스 A 증폭기에서이 오류를 수정하기가 어렵습니다. 이 오류는 출력 신호에 왜곡을 제공합니다. 이러한 제한으로 인해 정밀 오디오 증폭기 응용 분야에서는 큰 실패입니다.
클래스 AB 증폭기
교차 왜곡을 극복하기위한 또 다른 방법은 AB 증폭기를 사용하는 것 입니다. 클래스 AB 증폭기는 클래스 A 및 B의 중간 전도 각을 사용하므로이 AB 클래스 증폭기 토폴로지에서 클래스 A 및 클래스 B 증폭기의 속성을 모두 볼 수 있습니다. 클래스 B와 마찬가지로, 사이클의 절반 동안 개별적으로 전도하는 두 개의 활성 장치가있는 동일한 구성을 갖지만 각 장치는 다르게 바이어스되어 사용할 수없는 순간 (크로스 오버 순간) 동안 완전히 꺼지지 않습니다. 각 디바이스는 정현파 파형의 절반을 완료 한 직후에 전도를 떠나지 않고 대신 다른 절반주기에서 소량의 입력을 전도합니다. 이 바이어스 기술을 사용하면 데드 존 동안의 크로스 오버 불일치가 크게 감소합니다.
그러나이 구성에서는 장치의 선형성이 손상됨에 따라 효율성이 감소합니다. 효율성은 일반적인 클래스 A 증폭기의 효율성보다 높지만 클래스 B 증폭기 시스템보다 낮습니다. 또한 다이오드는 정확히 동일한 정격으로 신중하게 선택해야하며 출력 장치에 최대한 가깝게 배치해야합니다. 일부 회로 구성에서 설계자는 출력 전체의 왜곡을 최소화하기 위해 장치 전체에 안정적인 대기 전류를 제공하기 위해 작은 값의 저항을 추가하는 경향이 있습니다.
클래스 C 증폭기
클래스 A, B 및 AB 앰프 외에도 다른 클래스 C 앰프가 있습니다. 다른 앰프 클래스와 다르게 작동하는 전통적인 앰프입니다. 클래스 C 앰프는 튜닝되거나 튜닝되지 않은 두 가지 작동 모드에서 작동하는 튜닝 된 앰프입니다. 클래스 C 증폭기의 효율성은 A, B 및 AB보다 훨씬 큽니다. 무선 주파수 관련 작업에서 최대 80 % 효율을 달성 할 수 있습니다.
클래스 C 증폭기는 180도 미만의 전도 각을 사용합니다. 튜닝되지 않은 모드에서는 튜너 섹션이 앰프 구성에서 생략됩니다. 이 작업에서 클래스 C 앰프는 출력 전체에 큰 왜곡을 제공합니다.
회로가 조정 된 부하에 노출되면 회로는 공급 전압과 동일한 평균 출력 전압으로 출력 바이어스 레벨을 고정합니다. 튜닝 된 작업을 클램퍼 라고합니다. 이 작업 중에 신호는 적절한 모양을 갖게되고 중심 주파수가 덜 왜곡됩니다.
일반적인 용도에서 클래스 C 증폭기는 60-70 % 효율을 제공합니다.
클래스 D 증폭기
클래스 D 증폭기는 펄스 폭 변조 또는 PWM을 사용하는 스위칭 증폭기입니다. 직접 입력 신호가 가변 펄스 폭으로 변경되는 경우 전도 각은 요인이 아닙니다.
이 클래스 D 증폭기 시스템에서 선형 이득은 ON 또는 OFF의 두 가지 작동 만있는 일반적인 스위치처럼 작동하므로 허용되지 않습니다.
입력 신호를 처리하기 전에 아날로그 신호를 다양한 변조 기법에 의해 펄스 스트림으로 변환 한 후 증폭기 시스템에 적용합니다. 펄스 지속 시간은 아날로그 신호와 관련되어 있으므로 출력 전체에서 저역 통과 필터를 사용하여 다시 구성됩니다.
클래스 D 앰프는 A, B, AB, C 및 D 세그먼트에서 가장 전력 효율이 높은 앰프 클래스 입니다. 열 발산이 적기 때문에 작은 방열판이 필요합니다. 이 회로에는 저항이 낮은 MOSFET과 같은 다양한 스위칭 부품이 필요합니다.
디지털 오디오 플레이어 나 모터 제어에도 널리 사용되는 토폴로지입니다. 그러나 우리는 디지털 변환기가 아니라는 것을 명심해야합니다. 더 높은 주파수의 경우 클래스 D 증폭기는 저역 통과 필터 및 컨버터 모듈 기능에 따라 대역폭 제한이 거의 없기 때문에 완벽한 선택은 아닙니다.
기타 앰프 클래스
기존 앰프 외에 클래스 E, 클래스 F, 클래스 G 및 H의 클래스가 거의 없습니다.
클래스 E 증폭기 는 스위칭 토폴로지를 사용하고 무선 주파수에서 작동하는 고효율 전력 증폭기입니다. 단극 스위칭 요소와 튜닝 된 리 액티브 네트워크는 클래스 E 증폭기와 함께 사용하는 주요 구성 요소입니다.
클래스 F 는 고조파와 관련하여 높은 임피던스 증폭기입니다. 구형파 또는 사인파를 사용하여 구동 할 수 있습니다. 사인파 입력의 경우이 증폭기는 인덕터를 사용하여 튜닝 할 수 있으며 이득을 높이는 데 사용할 수 있습니다.
클래스 G 는 전력 소비를 줄이고 효율성 성능을 향상시키기 위해 레일 스위칭을 사용합니다. 그리고 클래스 H는 클래스 G.의 더욱 개선 된 버전 인
추가 클래스는 특수 목적 증폭기입니다. 경우에 따라 제조업체에서 독점 디자인을 나타 내기 위해 문자를 제공합니다. 하나의 가장 좋은 예는 특허 디자인 인 Tripath의 증폭기 기술에 사용되는 특수 유형의 스위칭 클래스 D 증폭기의 상표 인 Class T 증폭기입니다.