パワーアンプは、その動作方法、特に入力サイクルの導通のセグメントと持続時間に従って分類されます。パワーアンプは、クラス A、AB、C、D、E に分類されます。この記事では、クラス A アンプの包括的な分析を提供します。
クラスAアンプ
クラス A パワーアンプは、入力信号のサイクル全体にわたって継続的に電流を流し続けます。このアンプクラスは効率が低いため、高出力段ではあまり使用されません。
クラスAアンプの動作原理
クラス A アンプの主な目的は、信号波形がトランジスタの入力特性の非線形領域内、つまり 0V ～ 0.6V 内に確実に収まるようにすることで、ノイズの存在を最小限に抑えることです。 A級アンプの基本構成は以下の通りです。
クラス A アンプでは、アンプによって生成された電力のかなりの部分が熱として放散され、無駄が生じます。クラス A アンプの効率が低い主な理由は、トランジスタの継続的なバイアスであり、その結果、入力信号がない場合でも小さな電流が流れます。
クラス A アンプは直接接続することもできます。直結型クラス A アンプは、トランスを使用して負荷をトランジスタの出力に接続します。結合トランスは、負荷と出力間の効果的なインピーダンス整合を容易にし、効率の向上に大きく貢献します。
この回路は、分圧抵抗器 R1 および R2、バイアス抵抗器およびエミッタ Re を備えており、これらは回路を安定化するために機能します。過渡効果を低減するために、バイパス コンデンサ CE と抵抗 Re がエミッタに並列に接続されています。カップリング コンデンサ (Cin) とも呼ばれる入力コンデンサは、前段からの DC 電流の通過を防止しながら、入力信号の AC 電圧をトランジスタのベースに結合する役割を果たします。
原則として、電流はコレクタの抵抗負荷を通過し、その結果、コレクタ内で直流電流が消費されます。したがって、直流 (DC) 電力は、交流 (AC) 電力出力を生成することなく、負荷内で熱エネルギーに変換されます。ただし、出力デバイスを介して電流を直接転送することはお勧めできません。したがって、この目標を達成するには、上記の図に示すように、適切な変圧器を使用して負荷とアンプ間の接続を確立するという特定の構成が適用されます。
インピーダンス整合
インピーダンス整合を達成するプロセスには、入力インピーダンスを整合させるような方法で増幅器の出力インピーダンスを変更することが含まれます。
インピーダンスの整合は、主巻線の巻き数を慎重に選択して、その合計インピーダンスがトランジスタの出力インピーダンスと確実に一致するようにすることで実現できます。同様に、入力インピーダンスと一致するネット インピーダンスを作成するには、二次巻線の巻き数も選択する必要があります。
出力特性
下の図に基づいて、Q ポイントが AC 負荷線の中点に正確に配置されており、トランジスタが入力波形全体を通じて導通状態を維持していることがわかります。クラス A アンプの最大効率は 50% です。
実際のアプリケーションでは、容量結合やスピーカーなどの誘導負荷の存在などの要因により、システム効率が大幅に低下し、最大 25% 低下する可能性があります。言い換えれば、電力のほぼ 75% がアンプ内で無駄に消費されることになります。電力損失のかなりの部分は、アクティブコンポーネント、特にトランジスタ内部の熱として発生します。
結論
クラス A アンプは、完全な入力信号を増幅して出力に伝えます。これらは中断することなく動作し、非常にシンプルな構成を備えています。ただし、連続動作により電力損失が発生しやすく、加熱の影響を軽減するためにヒートシンクが必要になります。