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、パワーアンプは次のように知られています。 class B power amplifier。

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、ゼロ信号状態ではコレクタ電流が発生しないようになっています。ザ・operating pointコレクタのカットオフ電圧になるように選択されています。したがって、信号が適用されると、only the positive half cycle 出力で増幅されます。

次の図は、クラスB動作中の入力波形と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に対して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、コレクタ電流は存在しません。したがって、only the positive half cycle 出力で増幅されます。

負の半サイクルが完全にないため、信号の歪みが大きくなります。また、印加信号が大きくなると消費電力が大きくなります。ただし、クラスAパワーアンプと比較すると、出力効率が向上します。

さて、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プッシュプルアンプ

クラスBパワーアンプの効率はクラスAよりも高いですが、入力の半サイクルしか使用されていないため、歪みが大きくなります。また、入力電力が完全に利用されているわけではありません。これらの問題を補うために、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B級電力増幅器の回路は、2つの同一のトランジスタTから成る₁及びT ₂の塩基センタータップ入力変圧器Tの二次側に接続されている_R1。エミッターは短絡され、コレクターには出力トランス_Tr2の1次側から_VCC電源が供給されます。

クラスBプッシュプルアンプの回路配置は、トランジスタがバイアス抵抗を使用する代わりにカットオフでバイアスされることを除いて、クラスAプッシュプルアンプの回路配置と同じです。下の図は、プッシュプルクラスBパワーアンプ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プッシュプルアンプの回路は、両方のトランスがセンタータップされていることを示しています。無信号が入力に印加されていない場合、トランジスタT ₁及びT _2は、状態カットオフであり、したがってない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、それは入力トランスT _r1に適用され、入力トランスT _r1は、信号を互いに180 ^°位相がずれた2つの信号に分割します。これら2つの信号は、二つの同一のトランジスタTに与えられる₁及びT ₂。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有し、これによりトランジスタＴ_２がカットオフ状態になり、したがってコレクタ電流が流れない。次の図に示すように波形が生成されます。

次の半サイクルの間、トランジスタＴ_１は遮断状態になり、トランジスタＴ_２は導通状態になり、出力に寄与する。したがって、両方のサイクルで、各トランジスタは交互に導通します。出力トランス_Tr3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プッシュプルアンプの電力効率

各トランジスタの電流は、ハーフサインループの平均値です。

ハーフサインループの場合、_Idcは次の式で与えられます。

$$ I_ {dc} = \ frac {（I_C）_ {max}} {\ pi} $$

したがって、

$$（p_ {in}）_ {dc} = 2 \ times \ left [\ frac {（I_C）_ {max}} {\ pi} \ times V_ {CC} \ right] $$

ここでは、プッシュプルアンプに2つのトランジスタがあるため、ファクター2が導入されています。

コレクタ電流のRMS値= $（I_C）_ {max} / \ sqrt {2} $

出力電圧のRMS値= $ V_ {CC} / \ sqrt {2} $

最大電力の理想的な条件下で

したがって、

$$（P_O）_ {ac} = \ frac {（I_C）_ {max}} {\ sqrt {2}} \ times \ frac {V_ {CC}} {\ sqrt {2}} = \ frac {（ I_C）_ {max} \ times V_ {CC}} {2} $$

今全体的な最大効率

$$ \ eta_ {overall} = \ frac {（P_O）_ {ac}} {（P_ {in}）_ {dc}} $$

$$ = \ frac {（I_C）_ {max} \ times V_ {CC}} {2} \ times \ frac {\ pi} {2（I_C）_ {max} \ times V_ {CC}} $$

$$ = \ frac {\ pi} {4} = 0.785 = 78.5 \％$$

コレクターの効率は同じです。

したがって、クラスBプッシュプルアンプは、クラスAプッシュプルアンプよりも効率が向上します。

相補型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向上させますが、センタータップ付きトランスを使用すると、回路がかさばり、重く、コストがかかります。次の回路図に示すように、回路を単純にし、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トランジスタを採用しています。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されます。負の半サイクルの間、NPNトランジスタは遮断し、PNPトランジスタは導通します。

このように、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互いに補完し合っていますが、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、この回路は次のように呼ばれます。Complementary symmetry push pull class B amplifier。