앰프의 종류와 특성

인터넷에서 "amplifier"를 검색하면 오디오 파워 앰프에 대한 많은 웹 사이트의 결과를 얻을 수 있습니다. 그러나 "앰프"자체는 오디오만을위한 것이 아닙니다. 무언가를 증폭시키는 장치를 증폭기라고합니다.
물론 오디오 전력 증폭기를 포함한 전기 회로에서는 다양한 신호가 전기 신호로 교환됩니다.
따라서 증폭기는 전기 회로에 흐르는 신호를 증폭하고 입력 전류 또는 전압을 증폭합니다. 각종 센서에서 출력되는 전기적 신호를 증폭하여 아날로그-디지털 변환을 쉽게 수행 할 수 있습니다.

증폭기는 아날로그 회로를 대표하며, 아날로그 회로에서 증폭기를 제거하면 아무 것도없는 중심에 있습니다.
또한 증폭기는 모든 전류 및 전압 (또는 전력)을 공급할 수 있으므로 전원 공급 장치 시뮬레이터로도 사용할 수 있습니다. 사실, 전원 공급 장치도 일종의 증폭기입니다. DC 전원 공급 장치는 양전하 만 공급할 수 있기 때문에 단극 (전원 공급 장치)이라고도합니다.
양전하와 음전하의 전류 소스를 공급할 수있는 2 사분면 양극 전원 공급 장치와 전류 싱크도 공급할 수있는 4 사분면 양극 전원 공급 장치라고합니다. 마지막 장에서 4 사분면 바이폴라 전원 공급 장치에 대해 자세히 소개합니다.

"선형 증폭기"와 "디지털 증폭기"라는 두 가지 주요 유형의 증폭기가 있습니다.
"선형 증폭기"는 입력 신호에 대해 출력 신호가 선형으로 증폭되는 주파수 영역과 전기 회로를 구성하는 트랜지스터 및 FET와 같은 증폭 요소의 특성으로 인해 비선형 인 영역을 가지고 있습니다. 특히, 출력 신호는 0에 가까운 영역에서 비선형이되고, 요소에 대한 입력 신호의 ON / OFF 동작은 출력 파형의 왜곡을 유발합니다. 따라서 입력 신호가 어느 영역에서 사용되는지가 중요해지며 Class-A, Class-B 및 Class-AB (Class-AB1 및 Class-AB2 포함)의 세 가지 범주로 분류됩니다.

클래스 A 증폭기

이 증폭기는 요소의 선형 증폭 영역 만 사용합니다. 따라서 선형성은 높지만 입력 신호가 0에 가까워도 바이어스 전류 (또는 전압)를 공급해야하므로 효율이 떨어지고 발열량이 크다는 단점이있다. 즉, 출력 신호가 올바른지 확인하기 위해 입력 신호가 0 인 경우에도 항상 일정한 바이어스 전류를 유지합니다.

클래스 B 증폭기

이 증폭기는 요소의 비선형 및 선형 증폭 영역을 그대로 사용합니다. 따라서 입력 신호가 0에 가까우면 출력 신호도 0이되고 왜곡이 발생합니다. 대신 Class-A 증폭기와 같은 바이어스 전류가 필요하지 않으며 효율성이 향상됩니다.

AB 급 증폭기

Class-A와 Class-B 사이에서 좋은 평판을 얻고있는 앰프입니다. B 급 증폭기에 바이어스 전류를 추가하면 왜곡이 제거됩니다.

또 다른 증폭기는 스위칭 증폭기, 클래스 D 증폭기라고도하는 "디지털 증폭기"입니다. 이것은 PWM과 같은 스위칭 기술을 사용하여 선형 증폭기보다 더 효율적이고 작습니다. 주로 자동차 애플리케이션과 같은 소형 오디오 전력 증폭기에 사용됩니다.
MOSFET과 IGBT가 스위칭 장치로 사용되지만 해당 입력 신호의 주파수 대역이 좁다는 문제도 있습니다.

앰프의 안정적인 동작을 위해 필요한 조건

지금까지 앰프의 유형과 특성에 대해 설명했습니다. 여기에서는 앰프를 설계하고 구현할 때주의해야 할 사항을 소개합니다.

주파수 대역

전류 및 전압 출력 값이 안정화되기 위해서는이를 억제하는 요인을 이해해야합니다. 첫 번째 요소는 주파수 대역입니다. 주파수 대역은 증폭기의 작동 속도에 해당합니다. 고주파에서 증폭기는 입력 신호를 따라갈 수 없으며 신호의 진폭이 감소합니다. 그림은 주파수 대역에서 진폭이 -3dB에 도달 할 때까지의 주파수를 보여줍니다.

예를 들어 120V 정격 증폭기의 주파수 대역이 20kHz 인 경우 20kHz에서 ± 20V 사인파를 출력하려고해도 출력 진폭은 -3dB에서 70 %가되므로 ± 14가됩니다. V 사인파. 따라서 사용하려는 주파수에 여유가있는 주파수 대역을 가진 증폭기를 선택해야합니다.
상승 시간과 하강 시간은 주파수 대역과 관련이 있습니다. 일반적으로 응답 속도 (= 주파수 대역) fc (Hz) 증폭기의 상승 시간은 tr ≑ 0.35 / fc로 얻을 수 있습니다.

Slew rate

두 번째 요소는 증폭기의 응답 속도를 나타내는 슬 루율입니다. 이것은 증폭기의 최대 전압 상승률을 보여줍니다. 일반적으로 마이크로 초당 전압 변화량으로 표현됩니다.
증폭기의 응답 속도는 주파수 대역 또는이 슬 루율에 의해 제한 될 수 있습니다. 단계 응답이 슬 루율에 의해 제한되면 그림과 같이 상승 파형이 직선이됩니다.

슬 루율로 제한되는 경우

주파수 대역에 의해 제한되는 경우

유도 부하

지금까지는 속도 때문 이었지만 이제는 부하 관련 사항을 소개하겠습니다. 첫 번째 요소는 유도 부하입니다.
유도 성 부하의 경우 전압-전류 관계는 인덕턴스 값 L에 대해 V = L x di / dt이며, 정전류 (CC) 제어에서 고속으로 작동하려고 할 때 발생하는 전압이 문제를 일으 킵니다.

예를 들어, 빠른 상승 속도로 구형파를 출력하려고 할 때 전압이 과전압 보호에 의해 제한되기 때문에 원하는 파형을 얻지 못할 수 있습니다. 이 경우 입력 신호의 상승 속도를 늦추고 발생 전압을 지원하는 모델을 선택해야합니다.

또한 입력 신호에 대한 디지털 제어와 같은 계단 형 신호를 사용하면 많은 전압 펄스도 생성됩니다. 이러한 펄스는 문제를 일으킬 수 있으므로 가능한 한 연속 파형 입력 신호를 사용하는 것이 좋습니다.
반면에 과전압 보호는 ​​출력 신호도 제한합니다. 그러나 출력 신호가 갑자기 꺼지면 보호 기능이 작동하지 않고 유도 성 부하에서 큰 전압이 생성 될 수 있습니다.

용량 부하

두 번째 요소는 용량 부하입니다. 용량 성 부하의 경우 전압-전류 관계는 정전 용량 C의 경우 I = C x dV / dt입니다. 유도 성 부하와 달리 정전압 (CV) 제어에서 고속으로 작동하려고 할 때 큰 전류가 필요합니다. 대용량 취급시에는 전원의 부하 특성과 출력 특성을 이해 한 후 사용하십시오.

다이오드 부하

세 번째 요소는 다이오드 부하입니다. 정전류 (CC) 제어에서는 무부하 상태에서 전류 제어가 0이더라도 약간의 오프셋의 영향으로 출력 전압이 양 또는 음의 과전압 보호 수준으로 상승합니다.
이는 순방향 전류 만 허용하는 다이오드 또는 기타 부하가 전류 제어가 0 인 경우에도 역방향으로 과도한 전압을 출력 할 수 있음을 의미합니다. 부하의 내전압을 초과하면 고장의 원인이되므로 보호 다이오드를 역방향으로 삽입하는 등의 조치가 필요합니다.

케이블의 커패시턴스 및 인덕턴스

마지막 요소는 케이블입니다. 증폭기를 고속으로 작동 할 때 출력 신호용 케이블의 커패시턴스와 인덕턴스의 영향을 무시할 수 없습니다.
고전압 증폭기에서 케이블은 출력 와이어와 쉴드 사이에 커패시턴스가 있으므로 커패시턴스가 전압 파형의 상승 속도에 영향을줍니다. 케이블이 길수록 용량이 더 큽니다. 음악 애호가들 사이에서 낮은 전기 저항 케이블을 사용하고 케이블 길이를 최소화하는 시스템을 구축 한 이유입니다.
또한 저전압, 고전류 모델에서는 케이블의 인덕턴스와 배선 방식으로 생성 된 인덕턴스가 전류 파형의 상승 속도에 큰 영향을 미칩니다. 이것은 배선을 꼬는 것과 같이 전류 루프를 더 작게 만들어 어느 정도 완화 할 수 있습니다.

4 사분면 양극 전원 공급 장치

마지막으로 고성능 증폭기 인 4- 쿼드런트 바이폴라 전원 공급 장치를 증폭기의 발전으로 소개하겠습니다. 증폭기에는 기본적으로 출력 전류 싱크가 있습니다. 결과적으로 용량 부하, 유도 부하 및 결합 부하에서도 정전압 작동이 가능합니다. 또한 빠르게 대응하기 때문에 이상적인 전원이라고 할 수 있습니다.
일반 전원 공급 장치는 한 방향으로 만 전류를 출력 할 수 있습니다. 그러나 4 사분면 바이폴라 전원 공급 장치는 양극 및 음극 방향으로 전압을 출력 할 수 있습니다.
또한 전류 싱크 및 소스 기능이 있습니다.
유도 성 부하 또는 용량 부하에 교류를 적용 할 때 동일한 전압에 양의 전류와 음의 전류가있을 수 있습니다. 이러한 부하를 구동하려면 4 사분면 바이폴라 전원 공급 장치가 필요합니다.

정전압 (CV) 제어에서 입력 신호에 해당하는 4 사분면 양극 전원 공급 장치 출력 전압. 이때 출력 전류는 정격 이내이면 자유롭게 값을 취할 수 있습니다.
마찬가지로 정전류 (CC) 제어에서는 입력 신호에 따라 전류를 출력합니다. 이때 출력 전압이 정격 이내이면 양수 또는 음수 자유 값이 될 수 있습니다.
그러나 출력 보호는 과전압 보호 및 과전류 보호에 의해 수행되기 때문에 원하는 파형을 얻지 못할 수 있습니다. 전압과 전류가 모두 정격 이내가되도록 동작하는 것이 바람직하며, 부하의 특성을 이해하기 위해서는 전원을 안정적으로 사용하는 것이 중요합니다.