정보통신실험
04주 - 전력 증폭기
ㅇ 학습목표
1) 오디오 전력증폭기 개념이해
2) 오디오 전력증폭기 규격 이해
3) 전력증폭기 동작개념 이해
4) 푸시풀 전력증폭기 동작 실습
1. 오디오 전력증폭기 개념 이해
1) 소신호 증폭기
-
전압 또는 전류를 소출력으로 증폭 (mW 레벨)
-
출력이 스피커를 드라이브하기에 부적합
2) 전력 증폭기
-
출력 전력이 스피커를 구동할 수 있을 정도로 충분히 큼:
5, 10, 20, 50, 100, 200 W
-
출력 전압: 트랜지스터의 바이어스 전압에 의해 제한됨. 5, 9, 12,
24, 36 V 사용
-
출력 전류: 트랜지스터의 전류용량에 의해 결정. 0.5, 1, 2,
3, 10 A
-
전력 효율
-
신호 왜곡 없이 증폭
3) 용도에 따른 오디오 출력 범위 (채널당)
Headphone: 0.1 - 0.5
W
Cell-phone, PDA,
Notebook PC: 1 - 3 W
Car audio: 10 - 30 W
Home theater: Low 10
- 100 W, high 100 - 300 W
Movie theater: 0.2 -
2 kW
Room (small, coffee
shop): 25 - 250 W
Room (medium): Low
100 - 250 W, high 250 - 750 W
Room (large): Low 0.4
- 1.2 kW, high 1.5 - 3 kW
Festival (10-30 m 거리): Low 0.2 - 1 kW,
high 1 - 3 kW
Stadium (30-100 m 거리): 4 - 15 kW
2. 오디오 전력 증폭기의 규격 (예시: TI LM3886)
ㅇ 규격
- 출력 전력: 38 W into 8 W @ Vcc = ±35 V
- 신호대 잡음비: ³ 92 dB
- THD (total harmonic distortion) + N
(noise): 0.1% @ 38W, 8 W, 20 Hz - 20
kHz
- 회로보호 기능: SPiKe,
short-circuit protection
ㅇ 오디오 전력 증폭기 설계시 고려사항
- 부하저항: 4, 8, 16,
32, 56 ohms
- 전력효율, 방열: 방열판 (10 W 이상 출력)
- 증폭기 부품 선택: LM3886
for large design base
- 전원 공급기 설계: 3
- 240 V, large voltage for high output power
- 잡음:
회로잡음, 전원공급기 잡음 (PSRR), 접지선 (ground loops), 전원선 hum noise
EM
간섭
(capacitive/inductive coupling), RFI, 케이블 잡음 유입
- 왜곡, 선형성:
- 동적 영역 (dynamic range): Analog 60 dB,
digital 100 dB
3. 오디오 전력 증폭기
1) 오디오 전력 증폭기 분류
- A, AB, B, C, D, E, ... T 급 (class)
<그림> 전력 증폭기 종류에 따른 특성 [www.industrial-electronics.com]
2) Class A 증폭기
ㅇ CE Class A 증폭기
<그림> CE Class A 증폭기
ㅇ CE 증폭기 및 등가회로
<그림> CC Class A 증폭기
[www.chegg.com]
ㅇ CC 증폭기 및 등가회로
<그림> CC Class A 증폭기
[www.chegg.com]
ㅇ CB 증폭기 및 등가회로
<그림> CB class B 증폭기 [www.chegg.com]
ㅇ BJT 증폭기 특성
3) Class B 전력 증폭기
ㅇ CC Class B 전력 증폭기
ㅇ 푸시풀 (Push-pull) Class B 전력 증폭기
4) Class AB 전력 증폭기
ㅇ Cross-over 왜곡 제거
ㅇ Class AB Amplifier with Resistor Biasing
ㅇ 트랜지스터를 이용한 AB급 바이어스
Q1 = Q2
= 2SC945, Q3 = S9013 , Q4 = S9012
All of Q's: Is =
10-15 A; vs = 0.2 Vpp @ 1 kHz
Rs = 50 (function generator's internal resistance)
Ci = 100 u, R1 = 100 k, Rc
= 1 k, R3 = 4.7 k, R4 = 4.7 k, RE = 100
Co = 100 u, RL = 8
ㅇ 다이오드를 이용한 AB급 바이어스
ㅇ Class AB 전력증폭기 with Driver Stage
