선형 (클래스 A/B) 대 스위칭 (클래스 D) 증폭기
선형 증폭기 (클래스 A, AB, B) 와 스위칭 증폭기 (클래스 D, E) 는 전력 증폭에 대한 근본적으로 다른 두 가지 접근 방식을 나타냅니다.선형 증폭기는 단순하고 왜곡이 적습니다. 스위칭 증폭기는 효율이 높지만 출력 필터링이 필요합니다.올바른 선택은 효율성, 오디오 품질 및 작동 주파수에 따라 달라집니다.
선형 증폭기 (클래스 A/AB)
선형 증폭기는 입력 신호를 선형적으로 따라 활성 장치 (트랜지스터) 와 함께 연속 전도 상태에서 작동합니다.클래스 A는 360°에서 전도하고 클래스 AB는 180°보다 약간 더 많이 전도합니다.둘 다 본질적으로 선형이지만 상당한 전력을 열로 발산합니다.
Advantages
- 낮은 왜곡 — 클래스 AB 오디오 앰프에 일반적으로 사용되는 THD < 0.01%
- 스위칭 없음 — 스위칭 주파수 고조파에서 EMI 없음
- 간단한 출력 스테이지 — LC 필터 불필요
- 넓은 대역폭 — LC 필터 차단으로 제한되지 않음
Disadvantages
- 낮은 효율: 클래스 A ≤ 25%, 클래스 AB ≤ 78%
- 높은 방열 — 고출력의 대형 히트싱크 필요
- 동일한 출력에서 클래스 D에 비해 큰 물리적 크기 및 무게
- 최대 100W 이상의 전력 수준에서 와트당 비용 증가
When to use
정밀 RF, 오디오 프리 앰프, 스튜디오 앰프 및 효율보다 왜곡이 적고 대역폭이 넓은 것이 더 중요한 모든 애플리케이션에 선형 증폭기를 사용하십시오.
스위칭 증폭기 (클래스 D)
클래스 D 증폭기는 입력 신호에 비례하는 듀티 사이클을 사용하여 고주파수 (200kHz—1MHz) 에서 출력 트랜지스터를 전환합니다.로우패스 LC 필터는 오디오를 재구성합니다.효율은 90~ 98% 에 이릅니다.
Advantages
- 고효율 (90~ 98%) — 열 방출 최소화
- 소형 및 경량 — 소형 히트싱크, 높은 스위칭 주파수의 소형 인덕터
- 높은 전력 수준 (100W+) 에서 비용 효율적
- 이제 소비자 오디오, 자동차 및 PA 시스템의 표준으로 사용
Disadvantages
- LC 출력 필터 필요 — 비용, 크기 및 위상 변이 추가
- 스위칭 주파수 및 고조파에는 EMC 필터링이 필요합니다.
- 신중하게 설계하지 않은 경우 클래스 AB보다 높은 THD (현대식 설계는 0.01% 미만 달성)
- 반응형 스피커 부하에서 안정적인 작동을 위해 중요한 필터 설계
When to use
효율성과 크기가 중요한 소비자 오디오, 자동차 앰프, PA 시스템 및 배터리로 구동되는 휴대용 오디오에 클래스 D를 사용하십시오.최신 클래스 D IC는 클래스 AB에 필적하는 성능을 제공합니다.
Key Differences
- ▸클래스 AB 효율 ≤ 78%, 클래스 D 효율 90— 98%
- ▸클래스 D에는 LC 출력 필터가 필요하지만 클래스 AB에는 필요하지 않습니다.
- ▸클래스 D는 스위칭 고조파 (EMI) 를 발생시키고 클래스 AB는 스위칭 잡음을 발생시키지 않습니다.
- ▸가전 제품 (휴대폰, 노트북, PA) 에서는 D등급이 우세하고 정밀 오디오에서는 AB 등급이 우세합니다.
- ▸100W 출력에서 클래스 AB는 최대 50W를 열로 낭비합니다. 클래스 D는 최대 5~10W를 낭비합니다.
Summary
클래스 D는 뛰어난 효율성, 더 작은 크기 및 저렴한 비용으로 인해 소비자 및 고전력 오디오 애플리케이션에서 클래스 AB를 크게 대체했습니다.클래스 AB는 왜곡이 가장 중요한 정밀 오디오 애호가 애플리케이션, RF 전력 증폭기 및 계측기에 여전히 선호되고 있습니다.배터리 구동식 또는 고전력 (>50W) 애플리케이션의 경우 거의 항상 클래스 D가 더 나은 선택입니다.
Frequently Asked Questions
클래스 D 오디오 품질이 클래스 AB만큼 좋은가요?
최신 클래스 D IC는 THD+N이 0.003% 미만이고 SNR이 110dB 이상이므로 클래스 AB와 비슷합니다.핵심은 출력 필터 설계, 데드 타임 최적화, 피드백 토폴로지입니다.대부분의 청취 용도에서 클래스 D는 클래스 AB와 구별할 수 없습니다.
클래스 A와 클래스 AB 효율은 무엇입니까?
클래스 A의 이론상 최대 효율은 25% (싱글 엔드) 또는 50% (푸시풀) 입니다.클래스 AB는 작은 바이어스 전류로 클래스 B (180° 전도) 근처에서 작동하여 크로스오버 왜곡을 제거함으로써 이를 50~ 78% 까지 개선합니다.클래스 AB는 오디오 전력 증폭기의 표준 선형 토폴로지입니다.
클래스 E 앰프란 무엇입니까?
클래스 E는 트랜지스터 전압 및 전류 파형을 조정하여 높은 V 및 높은 I가 동시에 발생하지 않도록 함으로써 RF 주파수 (10MHz—GHz 범위) 에서 90% 이상의 효율을 달성하는 스위칭 RF 전력 증폭기 토폴로지입니다. RF 전력 증폭기, 무선 전력 및 송신기에 사용됩니다.오디오에는 적합하지 않습니다.
클래스 D 앰프에 저역 통과 필터가 필요한 이유는 무엇입니까?
클래스 D 출력은 스위칭 주파수 (200kHz—1MHz) 에서의 PWM 신호입니다.필터링이 없으면 라우드 스피커가 전체 스위칭 파형을 수신하여 고주파 가열 및 잠재적 손상을 일으킬 수 있습니다.LC 로우패스 필터는 20kHz 미만의 오디오 신호를 재구성하고 스위칭 주파수와 고조파를 차단합니다.