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クラスBパワーアンプ
コレクタ電流が入力信号の正の半サイクル中にのみ流れる場合、電力増幅器は*クラスB電力増幅器*として知られています。
クラスB操作
クラスB動作でのトランジスタのバイアスは、信号がゼロの状態でコレクタ電流が発生しないようにします。 *動作点*は、コレクターのカットオフ電圧になるように選択されます。 そのため、信号が適用されると、*正の半サイクル*のみが出力で増幅されます。
下の図は、クラスB動作中の入力および出力波形を示しています。
信号が印加されると、回路は入力の正の半サイクルの間順方向にバイアスされるため、コレクタ電流が流れます。 ただし、入力の負の半サイクルの間、回路は逆バイアスされ、コレクタ電流はなくなります。 したがって、*正の半サイクル*のみが出力で増幅されます。
負の半サイクルが完全に存在しないため、信号の歪みが大きくなります。 また、適用される信号が増加すると、電力損失が大きくなります。 ただし、クラスAの電力増幅器と比較すると、出力効率は向上します。
欠点を最小限に抑え、低歪み、高効率、高出力を実現するために、このクラスBアンプではプッシュプル構成が使用されています。
クラスBプッシュプル増幅器
クラスBの電力増幅器の効率はクラスAよりも高くなりますが、入力の半サイクルのみが使用されるため、歪みが大きくなります。 また、入力電力は完全には利用されません。 これらの問題を補正するために、プッシュプル構成がクラスBアンプに導入されています。
建設
プッシュプルクラスB電力増幅器の回路は、ベースがセンタータップ入力トランスT〜r1〜の二次側に接続されている2つの同一のトランジスタT〜1〜およびT〜2〜で構成されています。 エミッタが短絡され、コレクタには出力トランスT〜r2〜の一次側を介してV〜CC〜電源が供給されます。
クラスBプッシュプル増幅器の回路構成は、バイアス抵抗を使用する代わりに、トランジスタがカットオフでバイアスされることを除いて、クラスAプッシュプル増幅器の回路構成と同じです。 次の図は、プッシュプルクラスB電力増幅器の構造の詳細を示しています。
クラスBプッシュプルアンプの回路動作の詳細を以下に示します。
操作
上図に示すクラスBプッシュプル増幅器の回路では、両方のトランスがセンタータップされていることがわかります。 入力に信号が印加されていない場合、トランジスタT〜1〜およびT〜2〜は遮断状態にあるため、コレクタ電流は流れません。 V〜CC〜から電流が引き出されないため、電力が無駄になりません。
入力信号が与えられると、入力トランスT〜r1〜に加えられ、信号を互いに位相が180 ^ o ^ずれた2つの信号に分割します。 これらの2つの信号は、2つの同一のトランジスタT〜1〜およびT〜2〜に与えられます。 正の半サイクルでは、トランジスタT〜1〜のベースが正になり、コレクタ電流が流れます。 同時に、トランジスタT〜2〜は負の半サイクルを持ち、トランジスタT〜2〜をカットオフ状態にし、コレクタ電流が流れません。 次の図に示すように、波形が生成されます。
次の半サイクルでは、トランジスタT〜1〜がカットオフ状態になり、トランジスタT〜2〜が導通して出力に寄与します。 したがって、両方のサイクルで、各トランジスタが交互に導通します。 出力トランスT〜r3〜は、2つの電流を結合して、ほとんど歪みのない出力波形を生成します。
クラスBプッシュプル増幅器の電力効率
各トランジスタの電流は、半正弦ループの平均値です。
半正弦ループの場合、I〜dc〜は
I _ \ {dc} = \ frac \ {（I_C）_ \ {max}} \ {\ pi}
したがって、
$$（p _ \ {in}）_ \ {dc} = 2 \ times \ left [\ frac \ {（I_C）_ \ {max}} \ {\ pi} \ times V _ \ {CC} \ right] $ $
ここでは、プッシュプル増幅器に2つのトランジスタがあるため、係数2が導入されています。
R.M.S. コレクタ電流の値= $（I_C）_ \ {max}/\ sqrt \ {2} $
R.M.S. 出力電圧の値= $ V _ \ {CC}/\ sqrt \ {2} $
最大電力の理想的な条件下で
したがって、
（P_O）_ \ {ac} = \ frac \ {（I_C）_ \ {max}} \ {\ sqrt \ {2}} \ times \ frac \ {V _ \ {CC}} \ {\ sqrt \ {2}} = \ frac \ {（I_C）_ \ {max} \ times V _ \ {CC}} \ {2}
全体の最大効率
\ eta _ \ {overall} = \ frac \ {（P_O）_ \ {ac}} \ {（P _ \ {in}）_ \ {dc}}
= \ frac \ {（I_C）_ \ {max} \ times V _ \ {CC}} \ {2} \ times \ frac \ {\ pi} \ {2（I_C）_ \ {max} \ times V_ \ {CC}}
= \ frac \ {\ pi} \ {4} = 0.785 = 78.5 \％
コレクターの効率は同じです。
したがって、クラスBプッシュプル増幅器は、クラスAプッシュプル増幅器よりも効率が向上します。
相補対称プッシュプルクラスBアンプ
先ほど説明したプッシュプルアンプは効率を改善しますが、センタータップトランスを使用すると、回路が大きくなり、重く、高価になります。 次の回路図に示すように、回路をシンプルにして効率を向上させるために、使用するトランジスタを補完することができます。
上記の回路は、プッシュプル構成で接続されたNPNトランジスタとPNPトランジスタを使用しています。 入力信号が印加されると、入力信号の正の半サイクル中に、NPNトランジスタが導通し、PNPトランジスタが遮断します。 負の半サイクルの間、NPNトランジスタが遮断され、PNPトランジスタが導通します。
このようにして、NPNトランジスタは入力の正の半サイクル中に増幅し、PNPトランジスタは入力の負の半サイクル中に増幅します。 トランジスタは両方とも相互に補完的ですが、クラスBのプッシュプル構成で接続されている間は対称的に動作するため、この回路は「相補対称プッシュプルクラスBアンプ」と呼ばれます。
利点
相補対称プッシュプルクラスBアンプの利点は次のとおりです。
- センタータップの変圧器は必要ないので、重量とコストが削減されます。
- 等しいおよび反対の入力信号電圧は必要ありません。
デメリット
相補対称プッシュプルクラスBアンプの欠点は次のとおりです。
- 同様の特性を持つトランジスタのペア（NPNとPNP）を入手することは困難です。
- 正と負の両方の電源電圧が必要です。
