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AB級およびC級電力増幅器
これまでに説明したクラスAおよびクラスBアンプには、ほとんど制限がありません。 ここで、これら2つを組み合わせて、非効率なくクラスAとクラスBの両方のアンプのすべての利点を備えた新しい回路を取得してみましょう。 その前に、クラスBの出力が遭遇する*クロスオーバーディストーション*と呼ばれる別の重要な問題も見てみましょう。
クロスオーバー歪み
プッシュプル構成では、2つの同一のトランジスタが次々と導通し、生成される出力は両方の組み合わせになります。
信号が1つのトランジスタからゼロ電圧ポイントで他のトランジスタに変化またはクロスオーバーすると、出力波形にある程度の歪みが生じます。 トランジスタが導通するためには、ベースエミッタ接合がカットオフ電圧である0.7vを超える必要があります。 トランジスタがオフからオンになる、またはオン状態からオフになるのにかかる時間は、*遷移期間*と呼ばれます。
ゼロ電圧ポイントでは、トランジスタを一方から他方に切り替える遷移期間は、両方のトランジスタが一度にオフになる場合につながる効果を持っています。 このようなインスタンスは、出力波形で*フラットスポット*または*デッドバンド*として呼び出すことができます。
上記の図は、出力波形で目立つクロスオーバー歪みを明確に示しています。 これが主な欠点です。 また、このクロスオーバー歪み効果により、出力波形の全体的なピークツーピーク値が減少し、最大電力出力が減少します。 これは、以下に示すように、波形の非線形特性を通じてより明確に理解できます。
このクロスオーバー歪みは、大きな入力信号ではそれほど顕著ではなく、小さな入力信号では激しい妨害を引き起こすことがわかります。 アンプの導通が半サイクル以上であれば、このクロスオーバー歪みは解消されるため、両方のトランジスタが同時にオフになることはありません。
この考え方は、以下で説明するように、クラスAとクラスBの両方の増幅器の組み合わせであるクラスAB増幅器の発明につながります。
AB級パワーアンプ
名前が示すように、クラスABはクラスAとクラスBのタイプの増幅器の組み合わせです。 クラスAには低効率の問題があり、クラスBには歪みの問題があるため、このクラスABは、両方のクラスの利点を活用して、これら2つの問題を解消するために登場しました。
クロスオーバー歪みは、遷移期間中に両方のトランジスタが同じ瞬間にオフになったときに発生する問題です。 これをなくすには、半サイクル以上にわたって条件を選択する必要があります。 したがって、動作中のトランジスタが遮断状態に切り替わる前に、他のトランジスタが導通します。 これは、次の回路図に示すように、クラスAB構成を使用することによってのみ達成されます。
したがって、クラスABアンプ設計では、プッシュプルトランジスタのそれぞれは、クラスBの導通の半サイクルよりわずかに長く導通しますが、クラスAの導通の全サイクルよりもはるかに短く導通します。
クラスABアンプの導通角は、選択した動作点に応じて180 ^ o ^から360 ^ o ^の間です。 これは、以下の図の助けを借りて理解されます。
上の図に示すように、ダイオードD〜1〜およびD〜2〜を使用して与えられた小さなバイアス電圧は、動作点がカットオフ点より上になるのを助けます。 したがって、クラスABの出力波形は、上の図に示すようになります。 クラスBによって作成されたクロスオーバー歪みはこのクラスABによって克服され、クラスAとBの非効率性は回路に影響しません。
したがって、クラスABは、効率と約50％〜60％に達する線形性の点で、クラスAとクラスBの間の適切な妥協点です。 クラスA、B、およびABアンプは、出力信号の振幅と位相が入力信号の振幅と位相に線形に関連しているため、「線形増幅器」と呼ばれます。
クラスCパワーアンプ
コレクタ電流が入力信号の半サイクル未満しか流れない場合、電力増幅器は「クラスC電力増幅器」と呼ばれます。
クラスCアンプの効率は高く、直線性は劣ります。 クラスCの伝導角は180 ^ o ^未満です。 通常、約90 ^ o ^です。これは、入力信号の半分以上の間、トランジスタがアイドル状態のままであることを意味します。 したがって、出力電流は、入力信号のアプリケーションに比べて短い時間で供給されます。
次の図は、クラスC増幅器の動作点と出力を示しています。
この種のバイアスにより、アンプの効率が約80％改善されますが、出力信号に大きな歪みが生じます。 クラスC増幅器を使用すると、その出力で生成されたパルスは、コレクター回路でLC回路を使用することにより、特定の周波数の完全な正弦波に変換できます。
