Power Amplifier 종류 - Power Amplifier jonglyu

이전 시간에는 AMP의 선형성을 높이는 방법에 대해 알아봤습니다.

아래 글들을 읽고 오신다면 AMP에 대한 이해를 높일 수 있습니다.

2020/09/19 - [직무지식/중계기] - [중계기 구성] AMP란? - LNA, System NF

2020/10/05 - [직무지식/RF 회로] - [중계기 구성] AMP 선형화 방법 - Back Off, LPA, Pre-Distortion(APD, DPD)

이번 시간에는 AMP의 중요한 또 다른 특징 효율을 높이는 방법을 알아보겠습니다.


전력 효율(Power Efficiency)이란?

주로 대전력을 다루는 송신단의 전력증폭기(Power Amplifier)의 성능 지표로 사용됩니다.

입력된 전력이 실제 목표 (신호처리, 증폭 등)에 얼마나 사용되었느냐를 나타냅니다.

사용되지 못한 DC전력은 그대로 열로 방출됩니다.

효율이 40%인 증폭기가 있다면 나머지 60%는 열로 방출된다는 의미죠.

전력증폭기는 열이 굉장히 많이 발생하 때문에

중계기 설계 시 방열 기능을 중요하게 생각하고 있습니다.

Power Amplifier 종류 - Power Amplifier jonglyu
전력효율 공식

효율을 늘리는 방법

1. CFR(Crest Factor Reduction)

OFDM 시스템에서는 시간 영역 신호의 PAPR이 크다는 단점이 있습니다.

디지털 통신에서는 PAPR을 잡는 것이 중요하기 때문에 CFR을 통해 PAPR을 잡습니다.

PAPR은 최대 전력 대 평균 전력(Peak to average power ratio)입니다.

그리고 CFR은 아래 그림처럼 입력 신호 peak 부분을 clipping 하여 전력을 줄이는 것을 의미합니다.

Power Amplifier 종류 - Power Amplifier jonglyu
peak windowing

2. Doherty AMP

도허티 전력 증폭기 구성 방식은 1936년 bell 연구소에 William H. Doherty가 발명해서 붙여진 이름입니다.

1936년에 개발된 방법인데도 아직까지 효율을 잡는 핵심 방법으로 사용되고 있으니 혁신적인 방법이라 할 수 있겠네요.

도허티 앰프는 두 개의 증폭기를 사용하여 적절하게 사용해서 효율을 줄이는 방식입니다.

Main AMP와 Peaking AMP가 있으며 평소 저, 중출력 대역에는 Main AMP만 작동을 하다가

고출력 대역에서는 Peaking AMP가 같이 작동하여 출력 부담을 줄이도록 설계되었습니다.

Power Amplifier 종류 - Power Amplifier jonglyu
Doherty 증폭기 회로 블록

100W의 출력을 내야 할 AMP가 있다고 가정해 보겠습니다.

인풋 신호가 커플러를 통해 분배가 되는데

Main AMP(Carrier AMP)가 0~50W까지 작동하고

그 이상에서는 Peaking AMP와 동시에 작동하면서

IM신호가 캔슬이 되고 효율을 증가시킬 수 있게 됩니다.

Power Amplifier 종류 - Power Amplifier jonglyu
Doherty 증폭기 출력 그래프

도허티 증폭기 작동의 핵심은 필요할 때만 Peaking AMP가 작동하는 것입니다.

항상 실행되면 효율성 절감 효과를 얻을 수 없기 때문입니다.

PAPR이 높은 파형에서 도허티 증폭기의 작동 영역을 보여드리겠습니다.

Power Amplifier 종류 - Power Amplifier jonglyu
Power Amplifier 종류 - Power Amplifier jonglyu

PAPR과 작동범위

현재 고출력의 이동통신시스템에서는 효율을 극대화 하기 위해

DPD + 최종단 도허티 증폭기의 형태로 이루어 집니다.

이상으로 AMP에서 효율성을 잡는 방법에 대해 알아봤습니다.

op_what12

  1. Home>
  2. 전자 기초 지식>
  3. OP Amp란?>
  4. OP Amp (연산 증폭기)의 종류

양전원 / 단전원 / Rail-to-Rail OP Amp

OP Amp (연산 증폭기)의 종류는, 입출력 전압 범위에 따라 「양전원 OP Amp」, 「단전원 OP Amp」, 「Rail-to-Rail OP Amp」로 크게 분류할 수 있습니다. 각 OP Amp의 입출력 전압 범위는 하기 그림을 참조하여 주십시오.

Power Amplifier 종류 - Power Amplifier jonglyu

양전원 OP Amp

OP Amp는 일반적으로 0V에 가까운 미세 신호를 증폭시키는 경우가 많으므로, 양전원 OP Amp에서 0V의 입력이 필요한 경우에는 VEE를 마이너스 1.5V 이하로 해야 합니다. 이러한 이유에서 부전원을 사용하는 케이스가 대부분이며, 플러스 · 마이너스 전원이 모두 필요하므로, 양전원 OP Amp라고 합니다.

> Low Noise 전원 OP Amp (제품 검색)

> 낮은 오프셋 양전원 OP Amp (제품 검색)

단전원 OP Amp (그라운드 센스)

0V 부근의 신호를 입력하는 경우, 양전원 (범용) OP Amp를 사용하면 부전압이 필요하지만, 부전압을 사용하지 않고도 입력 가능한 OP Amp가 단전원 OP Amp입니다. 그라운드 레벨의 입력 신호까지 동작 가능하므로 그라운드 센스 OP Amp라고 합니다.

> 범용 그라운드 센스 OP Amp (제품 검색)

> 고속 그라운드 센스 OP Amp (제품 검색)

> 저소비전류 그라운드 센스 OP Amp (제품 검색)

> Low Noise 그라운드 센스 OP Amp (제품 검색)

> 고성능 그라운드 센스 OP Amp (제품 검색)

Rail-to-Rail OP Amp (입출력 풀 스윙)

저전력화가 중요시됨에 따라, 저전압으로 구동하는 세트가 많아지고 있습니다. OP Amp 역시 저전압 동작이 필요하지만, VCC 전압이 5V 부근까지 낮아지면, 단전원 OP Amp의 경우 VCC보다 1.5V 낮은 전압까지 밖에 입력할 수 없어 불편한 상황이 생기게 됩니다. 이에 따라, 입력전압이 VEE에서 VCC까지 변동되어도 정상적으로 동작하는 Rail-to-Rail OP Amp가 등장하였습니다.
전원전압 (VEE~VCC) 범위에서의 입출력이 가능하므로, 입출력 풀 스윙 OP Amp라고 합니다.

> 고속 입출력 풀 스윙 OP Amp (제품 검색)

> 저소비전류 입출력 풀 스윙 OP Amp (제품 검색)

> Low Noise 출력 풀 스윙 OP Amp (제품 검색)

> 낮은 오프셋 입출력 풀 스윙 OP Amp (제품 검색)

각종 OP Amp의 응용 회로 예에 대해서는 하기 링크의 어플리케이션 노트를 참조하여 주십시오.

> OP Amp 응용 회로 예 (어플리케이션 노트)

다음 페이지에서는 OP Amp의 중요 과제인 노이즈 특성에 대해 설명하겠습니다.

ローカルナビ:オペアンプとは? - エレクトロニクス豆知識

Sidemenu (Electronics Fundamentals)

共通スタイル・スクリプト - エレクトロニクス豆知識