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アイドル状態にある 100 W クラス B アンプはほとんど電力を消費せず、ヒートシンクをほとんど温めません。同じ回路を 4 オームのスピーカーに入力し、1 ワットで動作させると、波形がゼロと交差する位置にノッチが表示されます。このトポロジの簡単な部分は効率です。ゼロクロス付近の直線性が、完成したオーディオ製品に属するかどうかを決定します。
結論を先に述べておきます。オーディオ機器の場合、純粋なクラス B が最終的な正しい答えになることはほとんどありません。これは、他のクラスのアンプが測定される基準点であり、クラス AB が存在する理由でもあります。パワード スピーカー、サブウーファー、またはポータブル システム用のアンプ モジュールを指定する場合、クラス B を理解すると、どのようなトレードオフを支払う必要があるのか、サプライヤーにどの仕様を要求する必要があるのかが正確にわかります。
クラスBアンプとは実際には何ですか
業界のアンプのリファレンスでは、導通角によってクラス B が定義されています。 2 つの出力デバイスが仕事を共有し、それぞれが信号サイクルのちょうど半分、つまり 180 度の間導通します。 1 つのデバイスは負荷の正の半分で電流を押し込み、もう 1 つのデバイスは負の半分で電流を引き出し、一緒に出力で完全な波形を再構築します。
信号が存在しないときは両方のデバイスがカットオフ状態にあるため、静止電流もアイドル時の発熱もほとんどありません。その唯一の特性が魅力です。理想的なクラス B プッシュプル ステージの理論上の効率上限は pi/4、つまり約 78.5% です。これに対し、デバイスが 360 度すべてに伝導するクラス A ステージの場合は約 25% です。
問題は、2 つの部分がゼロボルトで正確に接触する必要があることです。実際のシリコンではそうではなく、その不一致がクラスの評判を決定します。
クラス B 対クラス A、クラス AB、クラス D
効率だけで、製品がどのアンプのクラスに属するかが決まるわけではありません。アイドル電流、歪み挙動、熱設計も同様に重要であり、以下の表はクラス B が実際にどの位置にあるかを示しています。
| クラス | 導通角 | 効率 | アイドル電流 | 歪みの挙動 | 共用 |
|---|---|---|---|---|---|
| クラス A | 360度 | 約25% | 非常に高い | 最も低く、最もスムーズ | 低消費電力 Hi-Fi プリアンプステージ |
| クラス B | 180度 | 最大約78.5% | ゼロに近い | 低レベルでのクロスオーバーノッチ | RF トランスミッター、バッテリーギア、レガシーデザイン |
| クラス AB | 180度を少し超える程度 | 実際には50%から70% | 低い | 低い; crossover largely removed | パワードスピーカー、プロオーディオ、サブウーファー |
| クラス D | スイッチング | 典型的な 90% 以上 | 非常に低い | 低い with a well-designed filter | ポータブルスピーカー、PA、サブウーファーモジュール |
2つのパターンが目立ちます。アイドル電流ではクラス B が勝ちます。これは、不バイアス出力デバイスは信号が到着するまでほとんど何も消費しないためです。これが、このトポロジーがバッテリー駆動の製品や RF トランスミッターで生き残る理由です。小さな信号が存在する場所、つまり実際の使用で主に使用される静かなリスニング範囲では、直線性が失われます。
クロスオーバー歪み: 効率の実際のコスト
ゼロクロスでは、両方の出力デバイスが同時にカットオフに近づきます。ゲインが一時的に低下し、伝達曲線が平坦になり、出力波形がノッチを持ちます。スペクトラム・アナライザーでは、そのノッチは高次高調波のしぶきとして現れます。ザラザラとしたエッジのリスナーは、耳障りな、またはトランジスタ化されたと表現します。ノッチが信号の大部分を占める低出力レベルでは最悪であり、アンプが激しく駆動されると背景に消えていきます。
3 つの修正が存在します。出力デバイスが完全にオフにならないように、出力デバイスをわずかに導通状態にバイアスします。これがまさに B 級ステージを AB 級に変えるものです。クロスオーバー領域を線形化するために十分な負のフィードバックを適用します。または、線形トポロジーを残して、適切に設計された出力フィルターを備えたクラス D に切り替えます。最初のオプションは、最新のオーディオ ハードウェアを形作りました。クラス B プッシュプル オーディオ ステージとして販売されているほとんどのスピーカー アンプは、実際には小さなバイアス電流を流しています。
出力ステージが正しくバイアスされると、完成した製品のサウンドキャラクターは、その前のアナログフロントエンド、つまりトーンコントロール、グラフィックEQ、マイクのミキシングとリミッティングによって決まります。ここで設計が分析されます。 AB級アンプの設計解析 通常、評判を得たり失ったりします。
PL1 クラス AB アンプ用水平高音および低音 EQ モジュール 水平アナログモジュールは、トレブル/ベースEQ、マイクおよびライン入力、ボリュームコントロール、クリップ表示をクラスABアンプのフロントエンドに追加します。 製品を見る→ クラス B が依然として意味をなす場合
純粋なクラス B は時代遅れではなく、特化されているだけです。これは、送信機と定包絡線信号が非線形性を許容する RF 電力増幅や、ほぼゼロの静止電流が実行時間に直接影響するバッテリー駆動の機器では依然として一般的です。また、より小型でより低温の出力ステージでは、適度な量のクロスオーバー歪みが許容可能な価格となる、コスト重視の設計でも生き残ることができます。
- RF および定包絡線送信。送信機内のクラス B およびクラス C ステージが標準的な方法です。
- バッテリー駆動のデバイス。スタンバイとアイドル時の消費量によって製品の動作時間が決まります。
- レガシーまたは低コストのプラットフォームでは、物理的により大きく、より高温のクラス A ステージが代替手段となります。
デスクトップ スピーカー、スタジオ モニター、ホーム オーディオなど、低レベルで音楽を再生するものでは、歪みのペナルティが効率の向上を上回っており、クラス AB が依然として主流の答えです。高出力プロフェッショナル システムはまったく異なるルートをたどります。クラス H モジュールは、電源レールを変調して信号に追従させ、線形動作を維持しながら出力デバイス間の電圧降下を小さく保ちます。
AMP400H 7294 U 字型ラジエーター付きクラス H パワーアンプモジュール クラス H module delivers 400 W into 4 Ohm, 100 W Class AB into 8 Ohm, with U-shaped aluminum radiator and protection. 製品を見る→ アンプモジュールの選び方：購入を決めるのはスペック
個別のステージを設計するのではなくモジュールを指定する人にとって、以下のチェックリストは、スムーズな統合と 6 週間後の再設計を分けるものです。
- 規定のインピーダンスでの定格電力。負荷がなければ 500 W という数字は何の意味もありません。4 オームでの 500 W は 8 オームでの 500 W の 2 倍の電流を消費し、ヒートシンクと保護の要件の両方が変化するからです。
- 供給トポロジー。リニアトランスの電源はシンプルかつ堅牢です。 PFC および LLC 共振を備えたスイッチング電源は軽量で、より広い主電源範囲に耐えられます。
- 連続定格とピーク定格。市販のピーク値ではなく熱定格を確認し、ヒートシンクが何をしているかを確認してください。U 字型のアルミニウム ラジエーターが高出力モジュールの実際の負荷を支えます。
- 保護回路。過電流、過負荷、DC オフセット、サーマル シャットダウンはモジュールとスピーカーの両方を保護し、リミット回路は出力段をハード クリッピングに導くフロント エンドを停止します。
- フロントエンド機能。グラフィック EQ、マイクの優先順位、エコー、出力モードの切り替えにより、アンプの周囲にどれだけの追加の基板面積と配線が必要かが決まります。
- 製造証拠。 SMT ラインと音響試験室は、サプライヤーが最初のサンプルだけでなく、製造バッチ全体にわたって許容誤差を保持できるかどうかを示します。
これらの選択は製品ごとに異なるため、ほとんどのモジュール プロジェクトでは、電源電圧、コネクタの配置、EQ プリセット、出力モードなど、ある程度の調整が必要です。確立されたサプライヤー モジュールのカスタマイズプロセス 通常、そのループは大幅に短縮されます。
PL21 / PL21E 垂直 5 バンド グラフィック イコライザーおよびリミット保護モジュール 垂直オーディオモジュールは、5バンドグラフィックEQ、リミットプロテクション、バランスマイク/ライン入力、XLR出力、ボリュームコントロール、およびPL21Eマイクエコーを提供します。 製品を見る→ よくある質問
クラスBアンプは何に使用されますか?
純粋なクラス B ステージは、主に RF パワー アンプ、バッテリー駆動の機器、および少量のクロスオーバー歪みよりもアイドル電流が重要なコスト重視の設計に使用されます。オーディオ製品では、ほぼ常に同じプッシュプルのアイデアがクラス AB として実装されています。
A級アンプ、B級アンプ、AB級アンプの違いは何ですか?
違いは導通角です。クラス A デバイスは 360 度全域で伝導しアイドル ホット、クラス B デバイスは各 180 度でアイドル コールド、クラス AB はほとんどのクロスオーバー歪みを除去する小さなバイアス電流で 180 度をわずかに超えて伝導します。
クラス B アンプがクロスオーバー歪みを引き起こすのはなぜですか?
ゼロボルト付近では、両方の出力デバイスがカットオフに近いため、ゲインが一時的に低下し、波形が平坦になってノッチになります。このノッチは高次高調波を生成し、低出力レベルで最もよく聞こえます。
クラス B アンプの最大効率はどれくらいですか?
理論上の最大値は、理想的なプッシュプル ステージの pi/4、つまり約 78.5% です。実際のアンプは、電源損失、デバイスの飽和電圧、実際の設計で使用されるバイアス電流により、この値を下回ります。
クラスBアンプモジュールはサブウーファーを駆動できますか?
電流を供給することはできますが、クロスオーバー ノッチと熱ストレスにより、サブウーファーの用途には適していません。ほとんどのパワードサブウーファーモジュールは、フィルタリングとリミッティングのために DSP フロントエンドを備えたクラス D またはクラス H 出力ステージを使用します。
パワードスピーカーではクラスDよりもクラスABの方が優れていますか?
どちらが一般的に優れているというわけではありません。クラス AB は線形動作とシンプルな EMC 性能を提供しますが、クラス D は高出力でより低温で軽量に動作します。通常、決定は熱バジェット、重量目標、および設計にすでに含まれている処理量によって決まります。
クラス B は、宛先ではなく境界として扱うのが最適です。これは、リニア オーディオ アンプが到達できる効率の限界 (理論的には約 78.5%) を定義し、クロスオーバー歪みが主要な設計問題になる点を示しています。スピーカーおよびパワーモジュール製品の場合、実際的な答えは、ほとんどの場合、同じプッシュプルのアイデアに基づいて構築されたクラス AB フロントエンドか、直線性の最後の部分よりも効率とサイズが重要なクラス D への移行です。製品がラインのどちら側に位置するかを知ることが、仕様の全体的な練習になります。
