공부중이고 나름 이해했다고 생각하여 다시 정리하여 올려봅니다.

혹시 틀린 부분 있으면 지적해 주시면 감사하겠습니다.



1. A급 싱글 증폭



TR은 (+)와 (-) 중 한쪽의 신호만 증폭할 수 있습니다.

그러나 음악신호는 교류라서 (+), (-) 모두 존재합니다.

아래 그래프와 같이, 0볼트를 중심으로 (-)쪽으로도 신호성분이 있습니다.








따라서, 이 상태에서 증폭을 시키면, (-)쪽 신호는 잘리고 (+)쪽 신호만 증폭되는 문제가 생깁니다.

이렇게 음악신호의 50%가 잘려나면 제대로 된 소리가 날 리가 없겠죠...



그 대안으로, (-)신호를 (+) 전위의 대역으로 끌어올려 모든 신호가 TR의 증폭 범위안에 들도록 만들어줘야 합니다.

그렇게 끌어올리려면 TR에 직류전압을 가하면 되는데, 이것을 Bias 전압이라 합니다.








그래프와 같이, 4.5V의 직류전압을 가하면 음악신호가 움직이는 기준점(동작점이라고 합니다)이 위로 끌어올려지기 때문에, (-)신호도 TR의 증폭범위 내에 들게 됩니다.



이렇게 TR의 Base(가운데 리드선)에 가하는 직류전압을 Bias 전압이라 하고, 이를 Biasing 이라 합니다.



그런데 TR의 Base에 가해지는 전압은 그것이 직류이든 교류이든 무관하게 증폭이 됩니다.

그러나 4.5V의 직류전압은 음악신호가 아니므로 증폭이 되더라도 쓸모없는 부분이며, 이것이 스피커로 출력되어서도 안됩니다. 만약 이게 출력이 된다면 스피커는 과전류로 파손되고 말테니까요...



따라서, 이렇게 증폭된 직류성분은 후단에 직류차단회로를 통해 스피커로는 나가지 않게 조치를 취합니다. 그러나 이미 증폭된 상태이기에 에너지보존법칙에 의하여 모두 열로 발산이 되며, 따라서 전력은 볼륨과 무관하게 고스란히 소모되게 됩니다.



이렇게 TR 하나로 (+) 및 (-) 신호를 모두 증폭시키는 것을 “싱글” 증폭이라 하고, 이게 가능토록 바이어스 전압을 TR 증폭범위 최소치와 최대치의 중간치로 걸어주는 것을 “A급” 증폭이라 합니다.







2. B급 푸쉬풀 증폭



A급과 다른점은, A급은 하나의 TR을 사용하여 모든 신호를 증폭을 하는데 반하여, B급은 두 개의 TR을 사용하여 하나는(+)쪽, 다른 하나는 (-)쪽을 나누어 증폭을 하는 것입니다. 그래서 푸쉬-풀 이라 합니다.



TR은 크게 두가지로 나뉘는데, NPN형은 (+)신호를 증폭하고, PNP형은 (-)신호를 증폭합니다. 따라서 PNP에 (+)신호를 가하거나 NPN에 (-)신호를 가하면 반응을 하지 않습니다.



음악신호(교류)를 NPN과 PNP 양쪽으로 쏘아주면 (+)부분은 NPN을 통해 증폭되어 스피커로 나가고, (-)부분은 PNP를 통해 증폭되어 스피커로 나갑니다.

그렇게 나간 신호는 합쳐보면 아래와 같이 됩니다.








이런 식으로 두 개의 TR이 플러스와 마이너스를 서로 밀고 당기며 증폭을 한다 하여 이를 “푸쉬풀(push-pull)” 증폭이라 합니다.



이 때에는 싱글과는 달리, 바이어스 전압을 가하지 않아도 (-) 신호는 PNP에 의해 증폭이 되므로, 바이어스전압을 걸지 않아도 모든 신호 증폭이 가능합니다. 이렇게 바이어스를 걸지 않고 증폭하는 것을 “B급” 증폭이라 합니다.



바이어스를 걸지 않으므로, 음악신호가 없을 때에는 전력이 소모되지 않고 따라서 발열도 생기지 않습니다. 또한, 두 개의 TR이 서로 도와가며 증폭을 하므로 증폭률과 증폭효율도 높아집니다.



즉, A급과 B급의 차이는 바이어스를 얼마나 거느냐를 기준으로 나눈 것이고,

싱글과 푸쉬풀의 차이는 TR을 하나만 사용하여 전대역을 증폭하느냐, TR을 두개를 사용하여 플러스와 마이너스를 나누어 증폭을 하느냐를 기준으로 나눈 것입니다.







3. AB급 푸쉬풀 증폭



그런데 B급 증폭파형 그래프를 보면 좀 이상하지요. 네, B급 증폭에는 문제가 있습니다.








TR은 입력되는 전압이 일정치 이상이 되어야만 제대로 동작을 시작합니다.

따라서 최소 0.6V 이상의 바이어스 전압이 가해지지 않으면 TR은 반응하지 않습니다.

그러므로, 바이어스를 걸지 않는 B급 앰프의 경우는 음악신호(교류)의 전압이 0.6V를 넘지 않으면 아예 반응을 하지 않고(소리가 나지 않고), 그 보다 넘으면 0.6V가 넘는 신호분만 증폭이 되고, 그 아랫부분은 짤립니다. 그 결과 아래와 같은 현상이 생깁니다.








이 일그러짐을 "크로스오버 왜곡(crossover distortion)"이라 합니다.



그러므로, B급 앰프는 실제로는 존재하지 않습니다.



따라서 최소 0.7V 이상의 바이어스 전압을 가해주어 이런 문제를 해결한 방식이 바로 “AB급” 증폭입니다.



정리하자면, A급은 최대 바이어스, B급은 제로 바이어스, AB급은 최대와 제로 사이의 바이어스 전압을 건 것입니다.

그러므로, AB급은 음악신호가 없는 상태에서의 소비전력이 A급과 B급의 중간 정도이며, 발열도 중간 정도가 됩니다.







4. AB급은 왜 소출력에서는 A급으로 동작한다고 하는가?



(여기서는 보다 심플한 설명을 위하여, 비록 실제로 TR은 0.6V 미만에서는 반응을 하지 않지만, 0.6V 이하에서도 반응을 하는 것으로 가정하고 설명하였습니다.)



NPN TR에 바이어스 전압을 걸면 아래와 같이 동작점이 올라와 (-)신호도 증폭한다고 앞서 설명하였습니다.








PNP TR은 바이어스 전압과 증폭하는 극성만 모두 (-)일 뿐, NPN과 동일합니다.






그러면, NPN의 0V에서 0.7V 사이의 구간과 PNP의 0V에서 -0.7V 사이의 구간은 같은 신호를 공유하게 되며,

따라서 두 TR이 이를 동시에 증폭하는 상황이 되지요.(http://en.wikipedia.org/wiki/Crossover_distortion)

그리고 이를 출력단자에서 보면 직류는 서로 상쇄되어 아래와 같은 파형이 됩니다.








즉, 바이어스 전압 내에서는 두 TR이 마치 하나의 TR처럼 작동하기에 TR 절환이 일어나지 않아 크로스오버 일그러짐이 없으므로 싱글증폭과 유사하게 되며,

바이어스 전압을 걸어준 만큼 어느정도 TR이 리니어하게 반응하는 구간에서 동작하게 되므로,

A급 싱글앰프와 유사한 특성을 나타내게 되는 것입니다.



이것이 AB급이 소출력에서는 A급 작동을 한다는 얘기입니다.



그러나, 출력이 더 커지면 어떻게 될까요? 바로 아래와 같이 됩니다.








바이어스 전압을 넘어서는 신호대역이 생기며, 이 대역에서는 두 TR중 하나가 OFF 됩니다.

그러므로 이 대역은 온전한 푸쉬풀 B급 증폭이 되는 것이죠.

정리하자면, 바이어스 전압 내의 영역은 NPN과 PNP가 동시에 증폭을 수행하고,

(+)바이어스 보다 높은 영역은 NPN이 혼자,

(-)바이어스 보다 낮은 영역은 PNP가 혼자 증폭을 수행합니다.



그러면 바이어스 전압을 높여주면 어떻게 될까요?

A급으로 동작하는 구간이 넓어지겠죠.

즉, 보다 큰 출력까지 A급으로 동작을 하겠죠.

그로 인해 얻는 이득은 보다 리니어한 응답특성을 얻는 것일 것입니다.

따라서 몇 W까지 A급 동작을 하게 할 것이냐는 앰프 설계자의 선택이겠죠.



그런데, 만약 두 개의 TR의 특성이 서로 일치하지 않는다면 어떻게 될까요?

전체적인 파형이 그 오차만큼 일그러질 것이겠죠.

특히, A급에서 AB급으로 절환되는, 즉 하나의 TR이 OFF되는 지점에서 계단현상이 일어날 확률도 커지겠구요.

그리고 이것은 파형주기가 짧은 고역쪽으로 갈수록 그 영향이 커지게 되므로, 특히 중고역쪽의 음질에 영향을 주게 됩니다.



종류가 같은 TR이라도 편차가 꽤 존재합니다.

증폭률의 경우는 같은 TR임에도 부품마다 2-3배 가량 차이가 나기도 한다고 합니다.

따라서, 이 문제를 최소화하려면 수 많은 TR 중에서 그나마 특성이 최대한 일치하는 NPN과 PNP 짝을 찾아내는 것이 중요합니다.

그냥 아무 TR 두개를 채용하느냐, 10개중에서 골라내느냐, 100개중에서 골라내느냐, 1000개중에서 골라내느냐에 따라, 그 특성일치의 정도는 차이가 나겠죠.



이러한 부분이 소위 페어매칭의 일종이며, 앰프 원가 상승의 원인 중 하나입니다.

그 회로가 그 회로임에도 왜 이 앰프는 저가인데 저 앰프는 고가인지,

그리고 소리도 고가쪽이 대체로 더 좋은지 이런 부분에서 설명이 가능할 것이라 봅니다.







5. A급 푸쉬풀 증폭



이는 4번을 이해하였으면 자동적으로 알게 됩니다.

푸쉬풀에서 바이어스 전압을 최대한 끌어올려 모든 신호가 두 TR이 함께 증폭하는 범위 내에 들게 한다면,

이것이 곧 A급 푸쉬풀이라 할 수 있겠죠.







6. A급은 싱글보다 푸쉬풀이 더 많다. 왜?



바이어스로 인해 증폭된 전력은 직류로, 신호성분을 포함하고 있지 않습니다. 따라서, 이것이 그대로 스피커로 유입되면 스피커가 파손되므로, 이에 대한 대책이 필요합니다.



곧, 앰프와 스피커의 매칭 방법인데, 크게 세 가지가 있습니다.

A급 싱글의 경우는 바이어스 직류를 차단하기 위하여 매칭트랜스 또는 커플링콘덴서를 사용해야 합니다. 그러나 이들은 음질을 열화시킵니다.



그리하여 출력에 아예 바이어스 전압이 걸리지 않도록 하는 회로가 있는데, 이것이 complementary push-pull 회로(OCL)로, 이는 현대의 대부분의 앰프가 채용하고 있는 방식입니다.



이는 앰프의 출력단자를 중심으로 NPN TR은 (+)전위, PNP TR는 (-)전위가 형성되어 있어, TR은 각각 전압이 인가되 작동을 하지만, 그 가운데에 있는 출력단자는 서로 전위가 상쇄되어 오로지 음악신호(교류)만 출력하기 때문입니다.



이는 TR이 두개 이기에 가능한 것이므로, 싱글앰프에서는 적용될 수 없습니다.



그러므로, “싱글+매칭트랜스/커플링콘덴서”와 “푸쉬풀+직결” 중 후자쪽의 음질이 바람직하다 판단하면, A급이더라도 푸쉬풀을 택하는 것입니다.







7. 이 앰프는 어떤 방식의 앰프일까?



파워앰프에는 이러한 증폭회로가 여러개가 들어있습니다.

주로 입력쪽에는 전압을 증폭시키고, 출력쪽에는 전류를 증폭시키며, 이러한 TR을 중심으로 하는 증폭회로가 체널당 최소 3-4개 이상 들어갑니다.

이들은 각각 싱글구성일수도, 푸쉬풀구성일수도 있고, 바이폴라TR일수도, FET일수도 있으며, 이들을 섞어서 사용하는 경우도 있습니다.



그렇다면, 싱글/푸쉬풀, A급/AB급, TR/FET가 섞여있는 경우, 이들은 어떤 증폭방식이라 불러야 할까요?

그러므로, 앰프의 증폭방식은 간단하게 설명하기가 어렵습니다. 중요한 것은 최종적으로 나오는 "소리" 이겠죠.