クラスAアンプ回路の動作とアプリケーション

すでに議論しました、 パワーアンプのクラスと分類 以前の記事で。パワーアンプ回路は、スピーカーのように負荷を駆動するために高電力を供給するために使用されます。パワーアンプは、コレクタ電流が流れると予想される入力サイクルの一部である動作モードに基づいて分類されます。これに基づいて、パワーアンプは以下のように分類されます。この記事では、クラスAアンプについて詳しく説明します。

• クラスAパワーアンプ
• クラスBパワーアンプ
• クラスCパワーアンプ
• クラスABパワーアンプ
• クラスD、E、G、S、Tパワーアンプ （スイッチングパワーアンプ）

一般に、パワーアンプ（大信号）は、スピーカーの負荷を駆動するためにオーディオアンプシステムの出力段で使用されます。一般的なスピーカーのインピーダンスは4Ωから8Ωの間であるため、パワーアンプは低インピーダンススピーカーを駆動するために必要な高ピーク電流を供給できなければなりません。

クラスAパワーアンプ

クラスAアンプでは、入力信号の全サイクル中にコレクタ電流が常に流れる場合、パワーアンプはクラスAパワーアンプと呼ばれます。効率が悪いため、高出力段にはあまり使用されません。

クラスAバイアスの目的は、トランジスタの入力特性が非線形である0v〜0.6vの領域から信号波形を外すことにより、アンプを比較的ノイズのない状態にすることです。

クラスAアンプの設計は優れた線形アンプを生成しますが、ほとんどの電力は アンプ 熱の形で無駄になります。クラスAアンプのトランジスタは常に順方向にバイアスされているため、入力信号がなくても電流はほとんど流れません。これが効率が悪い主な理由です。直接結合されたクラスAパワーアンプの回路図を次の図に示します。

トランス結合クラスAアンプ

上に示した回路は、直接結合されたクラスAアンプです。負荷がの出力に結合されているアンプ トランジスタ トランスを使用することを直接結合増幅器と呼びます。

トランス結合技術を使用すると、アンプの効率を大幅に向上させることができます。カップリングトランスは、負荷と出力の間の良好なインピーダンス整合を提供し、それが効率向上の背後にある主な理由です。

一般に、電流はコレクターの抵抗性負荷を流れます。これにより、コレクターのDC電力が無駄になります。その結果、このDC電力は熱の形で負荷に放散され、出力AC電力には寄与しません。

したがって、出力デバイス（例：スピーカー）に直接電流を流すことはお勧めできません。

このため、上記の回路で示したように、負荷をアンプに結合するための適切なトランスを使用して行われる特別な配置。

この回路には、回路の安定化に使用される分圧抵抗R1とR2、バイアス抵抗とエミッタバイパス抵抗Reがあります。エミッタバイパスコンデンサCEとエミッタ抵抗ReはAC電圧を防ぐために並列に接続されています。

入力コンデンサCin（ カップリングコンデンサ ）AC入力信号電圧をトランジスタのベースに結合するために使用され、前のステージからのDCをブロックします。

に 降圧トランス 高インピーダンスコレクタを低インピーダンス負荷に結合するための適切な巻数比が提供されます。

クラスAアンプのインピーダンス整合

インピーダンス整合 アンプの出力インピーダンスを負荷の入力インピーダンスと等しくすることで実現できます。これは、最大電力の伝達にとって重要な原則です（最大電力伝達の定理に従って）。

ここで、インピーダンス整合は、その正味インピーダンスがトランジスタ出力インピーダンスに等しくなるように一次側の巻数を選択し、その正味インピーダンスがスピーカー入力インピーダンスに等しくなるように二次側の巻数を選択することによって達成できます。

クラスAパワーアンプの出力特性

下の図から、QポイントがAC負荷線の正確に中心に配置され、トランジスタが入力波形のすべてのポイントで導通していることがわかります。クラスAパワーアンプの理論上の最大効率は50％です。

クラスAパワーアンプ出力特性-AC負荷線

実際には、容量結合と誘導性負荷（スピーカー）を使用すると、効率が25％まで低下する可能性があります。これは、アンプが電源ラインから引き出す電力の75％が無駄になることを意味します。

浪費される電力の大部分は、アクティブエレメント（トランジスタ）の熱の形で失われます。その結果、適度に電力が供給されるクラスAパワーアンプでさえ、大きな電源と大きなヒートシンクが必要になります。

直接結合されたクラスAアンプの長所と短所

制約に応じて、さまざまな目的でパワーアンプを使用しています。すべてのクラスのパワーアンプには、その信頼性と効率に応じて、独自の長所と短所があります。

クラスAアンプの利点

• 入力信号の正確なレプリカを出力するため、忠実度が高くなります。
• アクティブデバイスがフルタイムでオンになっているため、高周波応答が改善されています。つまり、デバイスの電源をオンにするのに時間が必要ありません。
• アクティブデバイスは入力信号のサイクル全体にわたって導通するため、クロスオーバー歪みはありません。
• シングルエンド構成は、クラスAアンプで簡単かつ実用的に実現できます。

クラスAアンプのデメリット

• 大きな電源とヒートシンクがあるため、クラスAアンプは高価でかさばります。
• 効率が悪い。
• トランスの結合により、周波数応答はそれほど良くありません。

クラスAアンプのアプリケーション

• クラスAアンプは、トランジスタが途切れることなくオーディオ波形全体を再生するため、屋外の音楽システムに適しています。その結果、サウンドは非常にクリアで直線的になります。つまり、歪みのレベルがはるかに低くなります。
• それらは通常非常に大きく、重く、出力1ワットあたり約4〜5ワットの熱エネルギーを生成します。したがって、それらは非常に高温で動作し、多くの換気が必要です。したがって、それらは車にはまったく理想的ではなく、家庭ではめったに受け入れられません。

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