AB級アンプの説明: 長所、短所、効率、選び方

とは何ですか AB級アンプ ?

AB 級は、2 つの相補出力トランジスタが信号サイクルの半分よりわずかに長い間導通するリニア プッシュプル アンプ トポロジです。プラス半分とマイナス半分のオーバーラップにより、純粋なクラス B 動作の主な弱点であるクロスオーバー ノッチが除去されますが、バイアス電流は十分に低く抑えられるため、効率はクラス A をはるかに上回ります。その結果、非常に実用的な熱ペナルティを備えたクリーンなアナログ サウンドが得られます。

伝導角の仕組み

オーディオ正弦波の 1 サイクルについて考えてみましょう。クラス A ステージでは、出力トランジスタは 360 度全体に導通します。クラス B ステージでは、正のデバイスが 1 つの半サイクルを導通し、負のデバイスがもう 1 つの半サイクルをそれぞれ約 180 度導通します。これによりバイアス電力が節約されますが、信号がゼロと交差するときに目に見えるギャップが生成されます。 AB 級ステージは、静止電流設定に応じて、各デバイスがおよそ 180 ～ 220 度の間で導通するようにバイアスされます。両方のデバイスがゼロクロッシングでわずかにアクティブのままであるため、一方がもう一方にスムーズにハンドオフします。 Wikipedia のパワーアンプクラスの概要によると、少なくとも 2010 年以降、クラス AB とクラス D がオーディオ市場を支配しており、生の効率よりも歪みと直線性が重要な場合には AB が好まれています。

バイアスポイントが重要な理由

AB 級ステージの静止電流は、バイアス ネットワーク (通常は出力ペアと同じヒートシンクに取り付けられた VBE 乗算器または専用のバイアス トランジスタ) によって設定されます。設定が低すぎると、ステージがクラス B に向かって流れ、より低温で動作しますが、耳に聞こえるクロスオーバー歪みが発生します。設定値を高くしすぎると、ステージはクラス A に近づき、美しいサウンドが得られますが、アイドル電流が高く、無音時でもヒートシンクが加熱されます。適切に設計されたモジュールは、全温度範囲でバイアスを安定に保ちます。そのため、出力段とヒートシンクの熱設計はアンプのクラスから切り離すことができません。

クラス AB 対クラス A、B、D: 実際のトレードオフ

購入決定に重要なランキングは次のとおりです。 クラス A は音響的にはクリーンですが非効率的、クラス B は効率的ですがオーディオとしては歪みが大きすぎます、クラス D は効率的でコンパクトですがスイッチングアーチファクトが追加されます、そしてクラス AB は最も広範囲のスピーカーアプリケーションで最適に機能する妥協案です。 新しい設計またはアップグレードのためにアンプのクラスを選択する場合、チャネルあたり数百ワット未満の場合、クラス AB が間違った選択になることはほとんどありません。

100 W アクティブ PA スピーカーを製造しているメーカーを考えてみましょう。クラス AB ルートには、より大きなトランス、より多くのヒートシンク、およびより重いキャビネットが必要です。クラス D は、わずかな熱で同じ出力を提供しますが、入力フィルタリング、アース、出力フィルタの品質がサウンドを決定します。スタジオモニターや楽器アンプの場合、クリッピングエッジでの動作がより寛容で音楽的なため、AB が選択されることがよくあります。

スピーカーのトレードオフを理解する

計画できる効率の数値

効率は電源のサイズとヒートシンクの質量を直接制御します。 100 W の連続出力の場合、効率 25% のクラス A ステージは約 300W、効率 55% のクラス AB ステージは約 82W、効率 88% のクラス D ステージは約 14W を放散します。これが、クラス AB アンプが常に重く感じる理由です。金属が実際の仕事をしているのです。

メリットとデメリット: 実際に得られるもの

ほとんどのパワードスピーカー、楽器アンプ、Hi-Fi デザインの場合、 クラス AB は、クラス D のエンジニアリング費用を支払わずに自然なサウンドを実現する最も簡単な方法であり続けます。 実際のコストは熱と重量の 2 つです。

AB級が勝つところ

• 複雑な補正回路を必要としない低クロスオーバー歪み
• 出力フィルターを必要とせず、反応性スピーカー負荷に対して安定した動作を実現
• オーバードライブにしたときに耳障りなサウンドを軽減する寛容なクリッピング
• ほとんどのサービス技術者がよく知っているシンプルで修復可能なトポロジ
• リニアトランス電源と組み合わせた場合の低ノイズフロア

クラス AB の費用がかかる場合

• 効率が 45 ～ 65% であるということは、入力電力の 35 ～ 55% が中程度のレベルで熱になることを意味します。
• より大きなヒートシンク、より重いトランス、より大きなキャビネット
• 継続的な高レベル出力には、意図的な熱管理と保護が必要です

クラス AB アンプが依然として第一の選択肢である場合

クラス AB は、プロのスタジオ モニター、中型 PA トップ キャビネット、ハイエンド ギター アンプ、および多くの家庭用プリメイン アンプ内で今でも使用されています。低音ドライバーへのダンピングファクターは通常、平均的なクラス D 設計よりも高く、タイトで制御された低周波動作を実現します。過負荷になるとサウンドが徐々に劣化するため、クラス AB は実際の演奏や歌唱の状況ではより音楽的であるとよく言われます。

設計者にとって、既知の電力段を使用すると、システムの残りの部分が予測可能になります。これが理由の 1 つです オーディオアンプモジュールはスピーカーシステムの音質を向上させます 派手な仕様ではなく、一貫したリニアリティと安定したダンピングが主な特徴です。別個の、しかし同様に実用的な質問は次のとおりです。 アンプモジュールがさまざまなスピーカーインピーダンスにどのように反応するか ;電源と保護が正しく定格されていれば、クラス AB 設計は通常 4 または 8 オームで安定します。ボードを選択する前に、次のことを確認することも役立ちます。 パワードスピーカーのオーディオモジュールには実際に何が含まれているのか そのため、パワーステージ、プリアンプステージ、DSP 機能は 1 つの一貫したシステムとして選択されます。

クラス AB を中心としたパワード スピーカーの構築: フロントエンド モジュールのマッチング

出力段はアンプの半分にすぎません。フロントエンドモジュールは、ゲイン、イコライゼーション、ミキシング、プロテクションなど、ユーザーが実際に触れる機能を制御します。クラス AB ステージがパワードスピーカーの一部である場合、多くの場合、アナログ機能モジュールが最も直接的なルートとなります。これは、遅延が発生せず、コストがかからず、単純なポテンショメータで調整できるためです。

クラス AB 出力段を備えた 2 ウェイまたはフルレンジ設計の場合、 pl1 クラス AB アンプ用の高音および低音 EQ コントロール モジュール ストレートなトーンシェイピングとミックス出力を提供します。ポータブル PA や設置用スピーカーによくあるマイク入力もスピーカーに含まれている場合、 5バンドグラフィックイコライザーを備えたpl35バランスマイクおよびライン入力モジュール チャンネルコンディショニングと音楽的な5バンドEQを追加します。シンプルなパワードミキサーまたはコラムスピーカーの場合、 pl3 5バンドグラフィックイコライザー、マイクエフェクトモジュール付き 1 つのコンパクトなボード上に EQ とエコーを組み合わせています。

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これらのモジュールは、予測可能なインピーダンスを持つクリーンでリニアな入力段を想定しているため、クラス AB アンプ システム用に設計されています。パワーステージ、トランス、ヒートシンクは、ターゲットの出力レベルとエンクロージャのサイズに合わせて選択する必要があります。高出力製品の場合、多くのメーカーは、より大きな出力でアナログ特性を維持したい場合はリニア電源を備えたクラス H パワーステージに移行し、重量と熱が制限要因となる場合は LLC 共振電源を備えたクラス D モジュールに移行します。

よくある質問