파워앰프 클래스

전자공학에서 파워앰프 등급은 다른 파워앰프 유형에 적용되는 문자 기호다. 이 세분류는 앰프의 특성과 성능을 광범위하게 나타낸다. 클래스는 액티브 앰프 장치가 전류를 통과하는 기간과 관련되며, 입력에 적용되는 신호 파형의 주기의 일부로 표현된다. 클래스 A 앰프는 신호의 모든 주기를 통해 수행되고, 클래스 B는 입력 기간의 1/2에 대해서만, 클래스 C는 입력 기간의 1/2보다 훨씬 적은 시간에 실행된다. 클래스 D 앰프는 출력 장치를 스위칭 방식으로 작동시킨다. 장치가 수행하는 시간의 분율을 조정하여 펄스 폭 변조 출력을 스테이지에서 얻는다.

추가 문자 클래스는 추가 활성 요소 또는 특정 전원 공급 장치 개선과 함께 특수 목적 증폭기에 대해 정의된다. 때로는 제조자가 독점적 설계를 촉진하기 위해 새로운 문자 기호를 사용한다.

파워앰프 클래스

파워앰프 회로(출력 단계)는 선형 설계의 경우 A, B, AB, C로 분류되며, 스위칭 설계의 경우 등급 D와 E로 분류된다. 등급은 증폭 장치가 전류를 통과하는 동안 각 입력 사이클(전도 각도)의 비율에 기초한다.^[1] 전도 각도의 이미지는 정현 신호를 증폭하는 것에서 유래한다. 장치가 항상 켜져 있는 경우 전도 각도는 360°이다. 각 사이클의 절반만 켜져 있으면 각도는 180° 흐름의 각도는 증폭기 전력 효율과 밀접하게 관련되어 있다.

아래 그림에는 양극성 접합 트랜지스터가 증폭 장치로 표시되어 있다. 그러나 MOSFET 또는 진공관에서도 동일한 속성이 발견된다.

A급

클래스 A 앰프에서는 입력 신호의 100%를 사용한다(전도의 각도 θ = 360°). 활성 요소는 항상 수행되고^[2] 있다.

클래스 A에서 작동하는 증폭 장치는 입력 사이클의 전체 범위에 걸쳐 작동한다. 클래스 A 증폭기는 클래스 A 작동을 위해 편향된 출력 단계 장치로 구별된다. 서브클래스 A2는 정상 클래스 A(A1, 그리드가 항상 음수인^[3][4] 경우)보다 약간 더 많은 전력을 위해 신호 피크에서 그리드를 약간 양의 방향으로 구동하는 진공 튜브 클래스 A 단계를 가리키는 데 가끔 사용된다. 그러나 이것은 더 높은^{[citation needed]} 신호 왜곡을 유발한다.

A급 증폭기의 장점

• 클래스 A 설계는 클래스 AB 및 -B 설계가 회로에 연결된 장치 두 개(푸시-풀 출력)를 필요로 하는 한 다른 클래스보다 간단할 수 있으며, 클래스 A는 파형의 절반(단일 엔드)을 처리할 수 있다.
• 증폭 요소는 편향되어 있어 장치가 항상 전도하고 대기(소신호) 수집기 전류(트랜지스터의 경우, FET의 경우 배수 전류 또는 진공 튜브의 양극/플레이트 전류)는 전도성 곡선의 가장 선형적인 부분에 가깝다.
• 장치는 절대 '꺼짐'이 없기 때문에 "켜짐" 시간, 충전 저장에 문제가 없으며 일반적으로 고주파 성능 및 피드백 루프 안정성(그리고 대개 고차 고조파 수가 적음)이 향상된다.
• 장치가 '꺼짐'에 가장 가까운 지점은 '0 신호'가 아니므로 클래스 AB 및 -B 설계와 관련된 교차 왜곡 문제는 피한다.
• 왜곡이 적어 신호 레벨이 낮은 라디오 수신기에 적합.

A급 증폭기의 단점

• A급 증폭기는 비효율적이다. 통상적인 구성을 사용하여 최대 25%의 이론적 효율을 얻을 수 있지만, 50%는 변압기 또는 유도 결합형 구성의 최대 효율이다.^[5] 파워앰프에서 이것은 전력을 낭비하고 배터리로 작동을 제한할 뿐만 아니라 운영비를 증가시키고 더 높은 등급의 출력장치를 필요로 한다. 비효율성은 최대 출력 전류의 약 절반이어야 하는 스탠딩 전류에서 발생하며, 낮은 신호 수준에서 출력 소자에 걸쳐 전원 공급 전압의 상당 부분이 존재한다. 클래스 A 회로에서 높은 출력 전력이 필요한 경우 전원 공급 및 그에 수반되는 열이 유의미해진다. 부하에 전달되는 모든 와트에 대해, 앰프 자체는 기껏해야 여분의 와트를 사용한다. 고출력 증폭기의 경우 이는 매우 크고 값비싼 전원 공급장치와 열제거원을 의미한다.
• 출력 장치는 (클래스 A/B 증폭기와 달리) 항상 완전하게 작동하기 때문에, 이를 고려하도록 특별히 과도하게 설계되지 않는 한, 앰프를 유지하거나 설계하는 데 드는 비용이 추가되지 않는 한 수명이 그렇게 길지는 않을 것이다.

클래스-A 파워앰프 디자인은 대체로 보다 효율적인 디자인에 의해 대체되었지만, 단순성은 일부 취미 활동가들에게 인기를 끌고 있다. 고가의 고밀도 등급 암페어 시장이 있다. A 암페어는 주로 교차 왜곡이 없고 이상 고조파 및 고차 고조파 왜곡이 감소한다는 이유로 청각애호가들^[6] 사이에서 '문화 아이템'으로 간주된다. A급 파워앰프는 독특한 톤의 품질과 빈티지 톤 재현용으로 일부 '부티크' 기타 앰프에도 사용된다.

싱글 엔드 및 트라이오드 클래스 A 증폭기

A급 증폭기를 선호하는 일부 취미 활동가들도 트랜지스터 대신 보온 밸브(튜브) 디자인을 선호하는데, 그 이유는 다음과 같다.

• 단일 엔드 출력 단계에는 비대칭 전송 특성 곡선이 있는데, 이는 생성된 왜곡에서 고른 순서 고조파가 (밀어 당기는 출력 단계처럼) 취소되지 않는 경향이 있다는 것을 의미한다. 튜브, 즉 FET의 경우 대부분의 왜곡은 사각법 전달 특성에서 2차 고조파인데, 이 특성에서 일부에게는 "워머"와 보다 쾌적한 사운드를 만들어 낸다.^[7][8]
• 낮은 왜곡 수치를 선호하는 사람들에게, 대칭 회로(밀어 당김 출력 단계 또는 균형잡힌 낮은 수준의 저수준 단계 등)와 함께 등급 A가 있는 튜브를 사용하면 왜곡 고조파 대부분이 취소되어 왜곡이 대부분 제거된다.n
• 역사적으로 밸브 앰프는 단순히 밸브가 크고 비싸기 때문에 종종 A 등급 파워 앰프로 사용되었다. 많은 A 등급 설계는 단일 장치만 사용한다.

트랜지스터는 튜브보다 훨씬 저렴하기 때문에 더 많은 부품을 사용하는 정교한 디자인은 튜브 디자인보다 제조 비용이 덜 든다. 클래스 A 장치 쌍의 고전적인 적용은 예외적으로 선형인 긴 꼬리 쌍이며, 많은 오디오 앰프와 거의 모든 op-amps를 포함하여 훨씬 더 복잡한 회로의 기초를 형성한다.

클래스 A 증폭기는 op-amps의^[9] 출력 단계에서 사용될 수 있다(그러나 741과 같은 저비용 op-amps의 편향의 정확도는 장치에 따라 또는 온도에 따라 달라지는 클래스 A 또는 클래스 AB 또는 클래스 B 성능을 초래할 수 있다). 중전원, 저효율, 고비용 오디오 파워 증폭기로 쓰이기도 한다. 전력 소비량은 출력 전력과 무관하다. 유휴 상태(입력 없음)에서는 전력 소비량이 고출력 볼륨과 본질적으로 동일하다. 그 결과는 낮은 효율과 높은 열 방출이다.

B급

클래스 B 앰프에서 활성 장치는 사이클의 180도 동안 전도한다. 이것은 만약 하나의 장치만 있다면 참을 수 없는 왜곡을 야기할 수 있기 때문에, 특히 오디오 주파수에서 두 개의 장치가 주로 사용된다. 각 동작이 1/2(180°) 신호 사이클과 장치 전류가 결합되어 부하 전류가 연속되도록 한다.^[10]

무선 주파수에서 부하에 대한 커플링이 튜닝된 회로를 통해 이루어지는 경우 튜닝된 회로에 저장된 에너지가 파형의 "누락" 절반을 공급하기 때문에 클래스 B에서 작동하는 단일 장치를 사용할 수 있다. 클래스 B에서 작동하는 장치는 선형 증폭기에 사용되는데, 이는 무선 주파수 출력 전력이 입력 흥분 전압의 제곱에 비례하기 때문에 그렇게 불린다. 이 특성은 증폭기를 통과하는 진폭 변조 신호 또는 주파수 변조 신호의 왜곡을 방지한다. 그러한 증폭기는 ^[11]약 60%의 효율을 가지고 있다.

클래스-B 증폭기가 두 개의 활성 장치로 신호를 증폭하면 각각 사이클의 절반에 걸쳐 작동한다. A급 증폭기에 비해 효율성이 훨씬 향상되었다.^[12] B급 증폭기는 트랜지스터 라디오와 같은 배터리 작동 장치에서도 선호된다. B등급의 이론 효율은 최대 π/4( ( 78.5%)이다.^[13]

클래스-B 요소를 사용하는 실제 회로는 오른쪽에 보이는 매우 단순한 보완 쌍 배열과 같은 푸시-풀 단계다. 보완 장치는 각각 입력 신호의 반대편 반쪽을 증폭하는 데 사용되며, 그 후 출력에서 재결합된다. 이러한 배치는 효율성은 높지만 일반적으로 신호의 두 반쪽 사이의 "조인" 부분에서 교차 영역에 작은 불일치가 있다는 단점을 가지고 있다. 한 출력 장치가 다른 장치가 끝나는 대로 전원을 공급해야 하기 때문이다. 이것을 크로스오버 왜곡이라고 한다. 개선사항은 기기를 사용하지 않을 때 기기가 완전히 꺼지지 않도록 편향하는 것이다. 이 접근방식을 클래스 AB 연산이라고 한다.^{[citation needed]}

AB급

클래스-AB 앰프에서 전도각은 클래스 A와 B 사이에 중간이다. 두 개의 활성 요소 각각은 시간의 절반 이상을 수행한다. AB급은 음악신호가 "A급" 지역에 머물러 있을 정도로 조용하고 충실도가 좋으며, 정의상 이 지역을 지나갈 경우 B급 특유의 왜곡제품이 상대적으로 작을 정도로 크기 때문에 앰프에 대한 좋은 절충안으로 널리 알려져 있다. 교차 왜곡은 부정적인 피드백을 사용하여 더 줄일 수 있다.

클래스-AB 작동에서 각 장치는 파형의 절반에 걸쳐 클래스 B에서와 같은 방식으로 작동하지만, 나머지 절반에는 소량을 실행하기도 한다.^[14] 이에 따라 두 기기가 동시에 거의 꺼진 지역('데드존')이 줄어든다. 그 결과 두 장치의 파형을 결합하면 교차점이 크게 최소화되거나 완전히 제거된다. 대기 전류(신호가 없을 때 두 장치를 통해 대기 전류)를 정확히 선택하면 왜곡 수준(그리고 장치를 손상시킬 수 있는 열가동 위험)에 큰 차이가 난다. 이 대기 전류 설정에 적용되는 바이어스 전압은 출력 트랜지스터의 온도로 조정해야 하는 경우가 많다(예를 들어, 오른쪽에 표시된 회로에서 다이오드는 출력 트랜지스터에 물리적으로 가깝게 장착되며 일치하는 온도 계수를 갖도록 지정됨). 또 다른 접근법(열추적 바이어스 전압과 함께 종종 사용됨)은 방출기와 직렬로 작은 값 저항기를 포함하는 것이다.

클래스 AB는 선형성을 위해 클래스 B에 비해 어느 정도 효율을 희생하므로 효율성이 낮다(트랜지스터 증폭기의 전체 전압 사인파의 경우 78.5% 이하, 일반적으로 클래스 AB 진공관 증폭기에는 훨씬 적다). 그것은 전형적으로 클래스 A보다 훨씬 더 효율적이다.

진공 튜브 증폭기의 접미사 번호

진공관 앰프 설계에는 클래스(예: 클래스 B1)에 대한 추가 접미사 번호가 있는 경우가 있다. 접미사 1은 입력 파형의 어떤 부분에서도 그리드 전류가 흐르지 않음을 나타내며, 여기서 접미사 2는 입력 파형의 일부에 대한 그리드 전류 흐름을 나타낸다. 이러한 구별은 증폭기의 운전자 단계 설계에 영향을 미친다. 반도체 증폭기에는 접미사 숫자가 사용되지 않는다.^[15]

C급

클래스-C 앰프에서는 입력 신호의 50% 미만이 사용된다(전도의 각도 θ < 180°). 왜곡은 높고 실제 사용 시 부하로 튜닝된 회로를 필요로 한다. 무선 주파수 애플리케이션에서 효율은 80%에 이를 수 있다.^[11]

클래스-C 증폭기의 일반적인 적용은 단일 고정 반송파 주파수에서 작동하는 RF 송신기에 있으며, 여기서 왜곡은 앰프의 튜닝된 부하에 의해 제어된다. 입력 신호는 능동 장치를 전환하는 데 사용되며, 부하 일부를 구성하는 튜닝된 회로를 통해 전류의 펄스가 흐르게 한다.^[16]

클래스-C 앰프는 튜닝된 작동과 언오프된 작동의 두 가지 모드를 가진다.^[17] 다이어그램은 튜닝된 부하가 없는 단순 클래스-C 회로의 파형을 보여준다. 이를 미처리 작업이라고 하며, 파형의 분석은 신호에 나타나는 거대한 왜곡을 보여준다. 적절한 부하(예: 유도 수용 필터 + 부하 저항기)를 사용하면 두 가지 일이 발생한다. 첫 번째는 출력의 바이어스 레벨이 공급 전압과 동일한 평균 출력 전압으로 클램프 되어 있다는 것이다. 이것이 튜닝된 작전이 때때로 클램퍼라고 불리는 이유다. 이것은 앰프가 단극성 공급만 가지고 있음에도 불구하고 파형을 적절한 형태로 복원한다. 이는 두 번째 현상과 직결된다. 즉, 중심 주파수의 파형이 덜 왜곡된다. 잔류 왜곡은 튜닝된 부하 대역폭에 따라 달라지며, 중앙 주파수는 왜곡이 거의 없지만 신호가 수신하는 튜닝된 주파수에서 더 멀리 감쇠가 나타난다.

튜닝된 회로는 고정 반송파 주파수인 하나의 주파수에서 공명하므로 원하지 않는 주파수는 억제되며, 원하는 전체 신호(사인파)는 튜닝된 부하에 의해 추출된다. 앰프의 신호 대역폭은 튜닝된 회로의 Q-요인에 의해 제한되지만 심각한 제한은 아니다. 여분의 고조파는 여과 필터를 사용하여 제거할 수 있다.

실제 클래스-C 증폭기에서는 튜닝된 부하가 항상 사용된다. 하나의 공통 배치에서 위의 회로에 표시된 저항기는 입력 신호의 주파수에서 공명하도록 선택된 구성 요소를 병렬로 인덕터와 캐패시터로 구성된 병렬 튜닝 회로로 대체된다. 출력은 인덕터의 2차 코일 상처와 함께 변압기 작용에 의해 부하에 결합될 수 있다. 그런 다음 수집기의 평균 전압은 공급 전압과 같으며, 조정된 회로에 걸쳐 나타나는 신호 전압은 RF 사이클 동안 공급 전압의 거의 0에서 거의 2배까지 변화한다. 입력 회로는 편향되어 활성 요소(예: 트랜지스터)가 RF 사이클의 일부분(일반적으로 1/3(120도) 이하) 동안만 작동하도록 한다.^[18]

활성 소자는 수집기 전압이 최소값을 통과하는 동안에만 작동한다. 이를 통해 활성 기기의 전력 소모가 최소화되고 효율이 증가한다. 이상적으로 활성 소자는 전압이 0인 동안 순간 전류 펄스만 통과한다. 그러면 전원이 소산되지 않고 100% 효율이 달성된다. 그러나 실용적인 장치는 통과할 수 있는 최대 전류에 한계가 있으며 따라서 맥박을 120도 정도로 넓혀야 합리적인 양의 전력을 얻을 수 있으며 효율은 60~70%^[18]이다.

D급

클래스-D 증폭기는 출력 장치를 제어하기 위해 어떤 형태의 펄스 폭 변조를 사용한다. 각 장치의 전도각은 더 이상 입력 신호와 직접 관련되지 않고 펄스 폭에 따라 달라진다.

클래스-D 앰프에서 활성 장치(트랜지스터)는 선형 게인 장치 대신 전자 스위치로 기능하며, 켜지거나 꺼진다. 아날로그 신호는 증폭기에 적용되기 전에 펄스 폭 변조, 펄스 밀도 변조, 델타 시그마 변조 또는 관련 변조 기법에 의해 신호를 나타내는 펄스 스트림으로 변환된다. 펄스의 시간 평균 전력 값은 아날로그 신호에 정비례하므로 증폭 후 패시브 로우패스 필터에 의해 신호를 다시 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 출력 필터의 목적은 펄스 스트림을 아날로그 신호로 부드럽게 하여 펄스의 고주파 스펙트럼 성분을 제거하는 것이다. 출력 펄스의 주파수는 일반적으로 증폭할 입력 신호에서 가장 높은 주파수의 10배 이상이기 때문에 필터가 원하지 않는 고조파를 적절히 감소시키고 입력을 정확하게 재현할 수 있다.^[19]

클래스 D 앰프의 주요 장점은 전력 효율이다. 출력 펄스는 고정된 진폭을 가지기 때문에 스위칭 요소(일반적으로 MOSFET, 그러나 진공관, 그리고 한때 양극성 트랜지스터가 사용됨)는 선형 모드로 작동하기보다는 완전히 켜지거나 완전히 꺼진다. MOSFET는 완전히 켜졌을 때 가장 낮은 저항으로 작동하며, 따라서 (완전 꺼졌을 때는 제외) 그러한 조건에서 가장 낮은 전력 소산을 가진다. 등가 등급 AB 소자에 비해 클래스 D 증폭기의 낮은 손실은 MOSFET에 더 작은 열제거원을 사용할 수 있게 하는 동시에 필요한 입력 전력의 양을 줄여 저용량 전원 공급장치 설계를 가능하게 한다. 따라서 클래스-D 증폭기는 일반적으로 등가 클래스-AB 증폭기보다 작다.

디지털-아날로그 컨버터(DAC)가 신호를 아날로그 형태로 먼저 변환할 필요 없이 디지털 신호 소스에서 작동할 수 있는 것도 클래스-D 앰프의 장점이다. 신호 소스가 디지털 미디어 플레이어나 컴퓨터 사운드 카드처럼 디지털 형태라면 디지털 회로는 바이너리 디지털 신호를 직접 증폭기에 적용되는 펄스 폭 변조 신호로 변환해 회로를 상당히 단순화할 수 있다.

보통 출력 전력의 클래스D 앰프는 일반 CMOS 로직 공정을 이용해 구성할 수 있어 다른 유형의 디지털 회로와의 통합에 적합하다. 따라서 앰프가 메인 프로세서 또는 DSP와 다이(die)를 공유할 때 통합 오디오가 있는 시스템 온-치프에서 흔히 볼 수 있다.

모터 제어에는 클래스-D 증폭기가 널리 사용되지만, 파워앰프로도 사용된다. 신호가 증폭되기 전에 이미 펄스 변조 형식이 아닌 경우에는 먼저 변환해야 하며, 이 경우 추가 회로가 필요할 수 있다. 스위칭 전력 공급 장치는 조잡한 클래스-D 증폭기로도 수정되었다(일반적으로 이는 허용 가능한 정확도로 저주파만 재현한다).

고품질의 D급 오디오 파워 앰프가 시장에 등장했다. 이러한 디자인은 품질 면에서 전통적인 AB 증폭기와 경쟁한다고 말해왔다. 클래스 D 증폭기의 초기 사용은 자동차에 고출력 서브우퍼 증폭기였다. 서브우퍼는 일반적으로 150Hz 이하의 대역폭으로 제한되기 때문에 앰프의 스위칭 속도는 풀 레인지 앰프의 스위칭 속도만큼 높을 필요가 없어 설계가 단순하다. 서브우퍼를 구동하는 클래스-D 증폭기는 클래스-AB 증폭기에 비해 상대적으로 저렴하다.

이 증폭기 클래스를 지정하기 위해 사용되는 문자 D는 단순히 C 다음에 오는 문자일 뿐이며, 가끔 사용되기는 하지만, 디지털을 의미하지는 않는다. 클래스-D 및 클래스-E 증폭기는 출력 파형이 표면적으로 디지털 기호의 펄스 열과 유사하기 때문에 "디지털"으로 잘못 설명되기도 하지만 클래스-D 앰프는 입력 파형을 연속적인 펄스 폭 변조 아날로그 신호로 변환할 뿐이다. (디지털 파형은 펄스 코드 변조일 것이다.)

추가 클래스

다른 앰프 클래스는 주로 이전 클래스의 변형이다. 예를 들어, 클래스-G와 클래스-H 증폭기는 입력 신호에 따른 공급 레일의 변화(각각 개별 단계 또는 연속적 방식으로)로 표시된다. 출력 장치의 폐열은 초과 전압이 최소로 유지되므로 줄일 수 있다. 이러한 레일 그 자체로 공급되는 앰프는 어느 등급이든 될 수 있다. 이러한 종류의 증폭기는 더 복잡하며, 주로 매우 높은 전력 단위와 같은 전문 응용 분야에 사용된다. 또한, 클래스-E와 클래스-F 증폭기는 전통 클래스의 효율성이 중요한 무선 주파수 애플리케이션의 경우 일반적으로 문헌에 설명되지만, 여러 측면은 그들의 이상적인 가치에서 상당히 벗어났다. 이러한 등급은 보다 높은 효율을 달성하기 위해 출력 네트워크의 고조파 튜닝을 사용하며 전도각 특성 때문에 클래스 C의 하위 집합으로 간주될 수 있다.

E급

클래스-E 앰프는 무선 주파수에서 사용되는 고효율 튜닝 스위칭 파워 앰프다. 그것은 스위치와 부하 사이에 단극 스위칭 요소와 조정된 반응형 네트워크를 사용한다. 이 회로는 장치의 전환 시간이 작동 빈도에 비해 길어도 스위치에서 전력 손실을 최소화하는 0전류(ON-OFF) 또는 0전압(OFF-OFF) 지점에서만 스위칭 소자를 작동시켜 높은 효율을 얻는다.^[20]

E등급 앰프는 1975년에 처음 보고된 것으로 자주 인용된다.^[21] 그러나 E급 운영에 대한 자세한 설명은 1964년 제럴드 D의 박사 논문에서 찾을 수 있을 것이다. Ewing.^[22] 흥미롭게도, 분석적 디자인 동일성이 최근에야 알려지게 되었다.^[23]

F급

푸시-풀 증폭기와 CMOS에서는 두 트랜지스터의 고른 고조파가 그냥 취소된다. 실험 결과 그러한 증폭기에 의해 사각파가 생성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이론적으로 사각파는 기묘한 고조파만으로 구성된다. 클래스-D 앰프에서 출력 필터는 모든 고조파를 차단한다. 즉, 고조파에서 개방 부하가 나타난다. 그래서 고조파 내의 작은 전류도 전압 사각파를 생성하기에 충분하다. 전류는 필터에 인가되는 전압과 위상이지만 트랜지스터의 전압은 위상 밖이다. 따라서 트랜지스터를 통한 전류와 트랜지스터를 통한 전압 사이에는 최소 중복이 있다. 가장자리가 날카로울수록 겹치는 부분이 낮아진다.

클래스 D, 트랜지스터 및 부하가 두 개의 개별 모듈로 존재하는 동안, 클래스 F는 트랜지스터의 파라시틱스 같은 결함을 인정하고 지구 시스템이 고조파에서 높은 임피던스를 갖도록 최적화하려고 한다.^[24] 물론 트랜지스터를 가로질러 전류를 온스테이트 저항으로 밀려면 유한한 전압이 있어야 한다. 두 트랜지스터를 통한 결합 전류가 대부분 첫 번째 고조파 안에 있기 때문에 사인처럼 보인다. 즉, 사각형의 중앙에서는 전류의 최대가 흐를 수밖에 없으므로, 전압 사각파의 일부 오버윙을 허용하기 위해 사각형 또는 다른 말로 하면 딥을 하는 것이 타당할 수 있다. 정의에 의한 클래스-F 부하 네트워크는 컷오프 주파수 이하로 전송해야 하며 위 사항을 반영해야 한다.

컷오프 아래에 놓여 있고 컷오프 위에 두 번째 고조파를 갖는 주파수는 증폭될 수 있다. 즉, 옥타브 대역폭이다. 반면에, 큰 인덕턴스와 튜닝 가능한 캐패시턴스를 가진 유도 수용성 직렬 회로는 구현하기가 더 간단할 수 있다. 듀티 사이클을 0.5 이하로 줄임으로써 출력 진폭을 변조할 수 있다. 전압 사각 파형은 저하되지만 과열은 전체 흐름의 낮은 전력에 의해 보상된다. 필터 뒤의 모든 부하 불일치는 첫 번째 고조파 전류 파형에 대해서만 작용할 수 있으며, 분명히 순수 저항 부하만 의미가 있으며, 그 다음 저항이 낮을수록 전류가 높아진다.

등급 F는 사인파 또는 사각파로 구동될 수 있으며, 사인파인 경우 입력은 인덕터에 의해 조정되어 게인을 증가시킬 수 있다. 단일 트랜지스터로 클래스 F를 구현하면 필터가 복잡하여 짝수 고조파를 단락시킬 수 있다. 이전의 모든 설계에서는 겹치는 부분을 최소화하기 위해 날카로운 가장자리를 사용한다.

클래스 G 및 H

이 섹션은 검증을 위해 추가 인용구가 필요하다. 신뢰할 수 있는 출처에 인용문을 추가하여 이 기사를 개선할 수 있도록 도와주십시오. 공급되지 않은 재료는 도전하여 제거할 수 있다. (2014년 6월) (이 템플릿 메시지를 제거하는 방법과 시기 알아보기)

보다 효율적인 기법으로 클래스-AB 출력 단계를 강화하여 왜곡이 적고 효율이 높은 다양한 앰프 설계가 있다. 이러한 설계는 히팅크와 전력 변압기가 효율 증가 없이 엄청나게 크고 비용이 많이 들기 때문에 대형 오디오 앰프에서 흔히 볼 수 있다. "클래스 G"와 "클래스 H"라는 용어는 서로 다른 설계를 참조하기 위해 서로 바꾸어 사용되며, 제조사 또는 용지에 따라 정의가 달라진다.

클래스-G 증폭기("레일 스위칭"을 사용하여 전력 소비량을 줄이고 효율성을 높이는 것)는 클래스-AB 증폭기보다 효율적이다. 이 증폭기는 여러 개의 전원 레일을 서로 다른 전압으로 공급하고 신호 출력이 각 레벨에 근접할 때 이들 사이에서 전환한다. 따라서 앰프는 출력 트랜지스터에서 낭비되는 전력을 줄임으로써 효율을 높인다. 클래스-G 증폭기는 클래스 AB보다 효율이 높지만 클래스 D에 비해 효율이 낮지만 클래스 D의 전자기 간섭 효과는 없다.

클래스-H 증폭기는 무한 가변(아날로그) 공급 레일을 생성한다. 그것들은 때때로 철도 선로라고 불린다. 이것은 공급 레일을 조절하여 레일이 출력 신호 "추적"보다 몇 볼트만 더 크도록 한다. 출력 단계는 항상 최대 효율로 작동한다. 이는 음악 전압 피크가 + 및 - 80V 공급 장치에서 추가 전압을 요구하기에 충분한 크기가 될 때까지 레일 트랜지스터(T2 및 T4)를 차단 상태로 유지하는 회로 능력 때문이다. 도식도를 참조하십시오. 클래스 H 앰프는 실제로 직렬로 된 두 개의 앰프로 생각할 수 있다. 그림으로 나타낸 도식적인 예에서 + - 40 V 레일 증폭기는 8옴 부하에서 약 100와트를 연속적으로 생산할 수 있다. vout 음악 신호가 40V 미만에서 작동하는 경우, 앰프는 100W 앰프와 관련된 손실만 가진다. 클래스 H 상부 장치 T2와 T4는 음악 신호가 100~400와트 출력일 때만 사용되기 때문이다. 실제 수치를 조작하지 않고 이 효율을 이해하는 열쇠는 400와트짜리 앰프를 가지고 있지만 100와트 앰프의 효율을 가지고 있다는 것이다. 이것은 음악의 파형들이 100와트 이하의 긴 시간을 포함하고 있고 400와트의 순간적인 순간의 짧은 버스트만을 포함하고 있기 때문이다. 즉, 400와트에서의 손실은 짧은 시간 동안이다. 이 예가 40V 공급 장치 대신 80V 공급 장치만 있는 클래스 AB로 그려진 경우, T1 및 T3 트랜지스터는 0V ~ 80V 신호 전반에 걸쳐 전도되어야 하며, VOT 파형 기간 내내 해당하는 VI 손실이 발생해야 하며, 이는 짧은 고에너지 버스트만이 아니다. 이 레일 추적 제어를 달성하기 위해 T2와 T4는 각각 저전압 상대 T1 및 T3와 직렬로 전류 증폭기 역할을 한다. T2와 T3의 목적은 vout이 양의 피크(39.3V 이상)일 때 역 바이어싱 다이오드 D2를 허용하고, vout가 -39.3V 미만일 때 역 바이어싱 D4를 허용하는 것이다. 100~400W의 vout 뮤지컬 피크 동안 40V 공급기는 80V 레일에서 모든 전류가 흐를 때 0Aperes를 얻는다. 그러나 T2 T4 트랜지스터를 실제로 제어하지는 않을 것이기 때문에 이 수치는 너무 단순하다. 이는 위쪽 디바이스로 다시 vout의 경로를 제공하기 위한 D1 및 D3 다이오드는 항상 역방향 편향되기 때문이다. 그것들은 거꾸로 그려져 있다. 이러한 다이오드 대신 vout을 입력으로 사용하는 게인을 갖는 전압 증폭기가 실제 설계에 필요하다. 실제 등급 H 설계에서 vout과 T2 base 사이에 이러한 이득 요건이 필요한 또 다른 이유가 있으며, 이는 T2에 적용되는 신호가 항상 Vout 신호의 "ahead"이기 때문에 레일 트래커와 절대로 "catch up"할 수 없다. 레일 트래커 앰프는 50V/µs 슬루 레이트를 가질 수 있는 반면 AB 앰프는 이를 보장하기 위해 30V/µs 슬루 레이트를 가질 수 있다.

참고 항목

• 클래스-T 증폭기
• 클래스-XD 앰프

참조