アンプクラス：A、B、AB、C、Dなど

アンプは、バイアスがかけられて動作する方法に従って分類されます。

クラスA、クラスB、クラスAB、クラスCなどのアンプクラスは、アンプの仕様と設計を扱うときに広く見られます。

アンプのクラスは、全体的な要件を満たすように選択されます。アンプのクラスが異なれば特性も異なり、アンプを特定の方法で効率レベルで実行できます。

アンプクラスの概要

アンプのクラスが異なれば、パフォーマンス特性も異なります。これらにより、さまざまなタイプのアンプクラスがさまざまな状況に適しています。それらの異なる特性の表形式の要約を以下に示します。

クラスAアンプ

クラスA増幅器は、波形のサイクル全体にわたって導通するようにバイアスがかけられています。非常に小さな信号でも、信号がない場合でも、常時導通します。

クラスAアンプは、本質的に最も線形なアンプであり、通常、デバイス自体からの出力がカップリングコンデンサまたはトランスを通過する前に、レール電圧の半分にあることを確認するためにバイアスされており、電圧エクスカーションを等しく可能にしますこの中心点の両側。これは、最大または最大の電圧レールに到達する前に、最大の信号に対応できることを意味します。

通常、信号がいずれかの電圧レールに近づくと、クラスAの増幅器が非線形になり始めるため、通常、このような状況から操作を離します。

アンプがクラスA状態で正しく動作するためには、出力段の無信号電流が、信号のピークの最大負荷電流以上である必要があります。

出力デバイスは常に導通しているため、この電流はアンプの電力損失を表します。実際、クラスAアンプが達成できる最大の理論的効率は、誘導性出力結合で50％、容量性結合でわずか25％です。実際には、回路損失や、波形が通常、最大効率レベルが達成される最大値に留まらないなどのさまざまな理由により、得られる実際の数値はこれよりはるかに小さくなります。

したがって、クラスAアンプは、歪みが最も少ない線形出力を提供しますが、効率レベルも最も低くなります。

B級アンプ

クラスBの増幅器は、波形の半分以上が導通するようにバイアスがかけられています。 2つのアンプを使用して、それぞれが波形の半分を伝導することで、信号全体をカバーできます。

これを達成するには、2つのアクティブデバイスを使用し、入力波形を分割して、1つのアクティブデバイスが入力サイクルの半分の間に導通し、他の半分が他の半分の間に導通するようにします。 2つの半分は、完全な波形を再構築するためにアンプ出力で合計されます。

アクティブデバイスの出力には180°の位相関係があるため、クラスBアンプは「プッシュプル」と呼ばれることがあります。しかし、この用語は最近あまり広く使用されていません-真空管/熱電子バルブが使用されたときに非常に一般的になる傾向があり、近年この用語は使用されなくなっています。

効率ははるかに高くなりますが、クラスBのアンプは、クロスオーバー歪みと呼ばれるものの影響を受けます。この場合、アンプの片方がオフになり、もう片方が動作します。これは、1つのデバイスがオンになり、他のデバイスがオフになる切り替えポイントの近くで発生する非線形性に起因します。この点は非線形であることが知られており、歪みは、曲線の非線形部分が信号全体のはるかに大きい部分を表す低レベル信号で特に顕著です。

クラスBアンプの理論上の最大効率は78.5％ですが、一般的な効率レベルははるかに低くなっています。

AB級アンプ

予想されるように、AB級アンプはA級とB級の間にあります。これは、トランジスタをわずかにオンにすることでクロスオーバー歪みを克服し、半サイクルより少し長く導通し、2つのデバイスがわずかにオーバーラップするスイッチオン/スイッチオフフェーズ中の量により、クロスオーバー歪みを克服します。

このアプローチは、アンプがより良い線形性のために特定の潜在的な効率を犠牲にすることを意味します-出力信号のクロスオーバーポイントではるかに滑らかな遷移があります。このように、AB級アンプは、歪みを少なくするために効率をいくらか犠牲にします。したがって、クラスABは、効率と直線性の間の妥協が必要なはるかに優れたオプションです。

クラスAB1およびAB2
高出力オーディオおよびRFリニアアンプには、熱電子バルブまたは真空管が広く使用されていました。コスト、重量、および電力消費を節約するために、アンプはクラスABで実行され、クラスAB1およびAB2の2つのアンプサブクラスがしばしば言及されました。これらのサブクラスは、グリッドがバイアスされた方法を参照するため、熱電子技術または真空管技術にのみ適用できます。

• クラスAB1： クラスAB1は、グリッドがクラスAよりも負にバイアスされている場所です。クラスAB1では、グリッド電流が流れないようにバルブがバイアスされています。このクラスのアンプは、クラスAB2で動作しているアンプよりも歪みが小さくなります。
• クラスAB2： AB2クラスは、グリッドがAB1よりも負にバイアスされることが多い場所であり、入力信号のサイズも大きくなることがよくあります。このクラスでは、正の入力の半サイクルの一部の間にグリッド電流が流れます。クラスAB2グリッドバイアスポイントは、クラスAB1で発生するよりもカットオフに近いことが一般的であり、クラスAB2はより大きな電力出力を提供します。

クラスCアンプ

クラスCの増幅器は、半サイクルよりはるかに短い時間で導通するようにバイアスがかけられています。これにより、非常に高いレベルの歪みが発生しますが、非常に高い効率レベルを達成することもできます。このタイプのアンプは、振幅変調のない信号を伝送するRFアンプに使用できます。問題なく周波数変調に使用できます。飽和状態で効果的に動作しているアンプによって生成された高調波は、出力のフィルターによって取り除くことができます。これらのアンプは、歪みのレベルを考慮して、オーディオアプリケーションには使用されません。

クラスCアンプは通常、オフ領域に十分にバイアスされた単一のアクティブデバイスを使用します。信号が印加されると、信号のトップピークによってデバイスが導通しますが、各入力波形サイクルのごく一部に限られます。

出力では、回路は高Q、L-C共振回路を使用します。この回路は、各パルスに当たった後に効果的にリンギングするため、出力には正弦波の近似が含まれます。高調波のレベルが十分に低いことを確認するには、出力でフィルタリングが必要です。

通常、トランジスタの導通角は180°を大幅に下回り、多くの場合90°付近になります。効率レベルは80％にもなる可能性がありますが、回路損失などを考慮すると66％の値がより一般的です。

アンプクラスD〜T

アナログアプローチを使用するのではなく、スイッチング技術に基づく傾向があるさまざまな異なるアンプクラスがあります。

• D級アンプ： クラスDオーディオアンプは、アンプ内のスイッチングテクノロジーを利用しています。出力デバイスがオンまたはオフのいずれかであるため、D級アンプは理論的には100％の効率レベルに到達できます。実際には達成される実際のレベルは低くなりますが、それでも達成される効率レベルは、他のアナログクラスよりもはるかに高くなります。

  オーディオ用の最初のクラスDアンプの1つは、1964年頃に英国のシンクレアによって導入されました。コンセプトは理論的には良好でしたが、アンプはあまりうまく機能せず、機能すると、アンプが大量の干渉を引き起こす傾向がありましたEMCの予防策は、現時点では通常機器に適用されていなかったため、地元のラジオやテレビに適用されました。

• クラスGアンプ： クラスGは、単一の電源ではなく、複数の電源を使用するアンプの形式です。低レベル信号の場合は低電圧電源が使用されますが、信号レベルが増加すると高電圧電源が使用されます。これは、必要に応じて最大定格出力まで徐々に作動します。これは、追加の電力が実際に必要な場合にのみ使用されるため、非常に効率的な設計になります。出力信号の忠実度を損なうことなく、より高い電圧の供給を実現できます。このようにして、アンプは高レベルの効率を提供すると同時に、低レベルの歪みの両方を提供することができます。このアプローチはゼロから設計するのが複雑になる可能性がありますが、正しく設計されていればうまく機能します。幸い、クラスGを使用する多くのオーディオICの1つを使用すれば、設計の難しさを軽減できます。

最近、設計者が利用できるアンプ操作クラスは非常に多くあります。現代のシリコンテクノロジーはさらに多くの扉を開きましたが、それにもかかわらず、クラスBとクラスCの基本的な3つのアンプクラスは、クラスAとクラスBのクロスである派生クラスクラスABが最も広く使用されています。

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