パワーアンプクラス

電子工学において、パワーアンプのクラスは、様々なパワーアンプの種類に適用される文字記号です。このクラスは、アンプの効率、直線性、その他の特性を大まかに示します。

大まかに言えば、アルファベットの順になるほど、アンプは効率が高くなりますが、直線性は低下します。直線性の低下は他の手段で対処されます。

最初のクラスであるA、AB、B、Cは、能動増幅装置が電流を流す時間周期に関係しており、入力に印加される信号波形の周期に対する割合として表されます。 ^{[ 1 ]}この指標は導通角（）として知られています。Aクラス増幅器は信号周期全体（°）、Bクラス増幅器は入力周期の半分（°）、Cクラス増幅器は入力周期の半分よりはるかに短い時間（°）導通します。 ${\displaystyle \theta}$ ${\displaystyle \theta =360}$ ${\displaystyle \theta =180}$ ${\displaystyle \theta <180}$

D クラスおよび E クラスのアンプは、出力デバイスをスイッチング方式で動作させます。デバイスが導通している時間の割合を調整することで、ステージからパルス幅変調出力 (またはその他の周波数ベースの変調) を取得できます。

追加のアクティブ要素、電源の改良、または出力の調整などを備えた特殊用途のアンプには、追加の文字クラスが定義されています。また、メーカーが独自の設計を宣伝するために新しい文字シンボルを使用することもあります。

2010年12月までに、クラスABとクラスDはオーディオアンプ市場のほぼすべてを支配し、クラスABチップの低コストにより、ポータブル音楽プレーヤー、家庭用オーディオ、携帯電話ではクラスABが好まれました。^{[ 2 ]}

下の図では、増幅デバイスとしてバイポーラ接合トランジスタが示されていますが、 MOSFETや真空管でも同様の特性が得られます。

クラスA

A級アンプ

A級アンプでは、入力信号の100%が使用されます（導通角°）。能動素子は常に導通状態を維持します。^{[ 3 ]}出力段のトランジスタはA級動作用にバイアスされているため、ドレイン電流が継続的に流れます。そのため、A級アンプは効率が低く、トランジスタ内で熱が発生するため、通常は熱管理が必要となります。 ${\displaystyle \theta =360}$

サブクラスA1とA2は、信号ピーク時にグリッドをそれぞれわずかに負または正に駆動して、通常のクラスAよりもわずかに多くの電力を供給する真空管クラスAアンプを指すために使用されることがあります。^{[ 4 ] [ 5 ]}ただし、これにより信号歪みが高くなります。

A級アンプの利点

• シンプルさ。A級アンプは通常シングルエンド型で、1つのデバイスのみを必要とします。AB級およびB級アンプの一般的なプッシュプル出力構成では、回路内に2つのデバイスが接続され、波形の半分ずつを処理する必要があります。
• 増幅素子はバイアスされているためデバイスは常に導通しており、静止（小信号）コレクタ電流（BJTの場合、 FETの場合はドレイン電流、真空管の場合はアノード/プレート電流）はトランスコンダクタンス曲線の最も直線的な部分に近くなります。
• デバイスは連続的に動作するため、「オン」時間がなく、電荷蓄積の問題もなく、一般に高周波性能とフィードバック ループの安定性が向上します (通常、高次高調波も少なくなります)。
• デバイスが「オフ」に最も近づくポイントは「ゼロ信号」ではないため、クラス AB およびクラス B 設計に関連するクロスオーバー歪みの問題は回避されます。
• 歪みが少ないため、ラジオ受信機で受信した弱い信号を増幅するのに適しています。

A級アンプの欠点

• クラス A アンプは効率が悪い。通常の構成では理論上の最大効率は 25% だが、トランスや誘導結合構成では 50% が上限である。^{[ 6 ] [ 7 ]}パワーアンプでは、これによって電力が浪費され電池駆動が制限されるだけでなく、運用コストが上昇し、より定格出力の高いデバイスが必要になる。非効率性の原因は定常電流で、定常電流は最大出力電流の約半分でなければならず、低信号レベルでは電源電圧の大部分が出力デバイスに流れる。クラス A 回路で高出力が必要な場合は、電源とそれに伴う熱が大きくなる。負荷に供給されるワットごとに、アンプ自体がせいぜい 1 ワット余分に消費することになる。高出力アンプの場合、これは非常に大きく高価な電源とヒートシンクが必要になることを意味する。
• 出力デバイスは常時フル稼働状態にあるため（クラス A/B アンプとは異なり）、アンプがこの点を考慮して特別に設計されていない限り、寿命はそれほど長くなく、アンプの保守や設計にかかるコストが増加します。

クラスAパワーアンプの設計は、より効率的な設計に大きく取って代わられましたが、そのシンプルさから一部の愛好家の間で人気を博しています。高価な高忠実度クラスAアンプは、クロスオーバー歪みがなく、奇数次高調波歪みと高次高調波歪みが低減していることから、オーディオ愛好家の間で「カルトアイテム」と見なされる市場があります^{[ 8 ]} 。クラスAパワーアンプは、独特の音質とビンテージトーンの再現性から、 一部の「ブティック」ギターアンプにも使用されています。

シングルエンドおよびトライオードクラスAアンプ

クラス A アンプを好む愛好家の中には、いくつかの理由から、トランジスタの代わりに熱電子バルブ (真空管) 設計の使用を好む人もいます。

• シングルエンド出力段は非対称の伝達特性曲線を持つため、生成される歪みにおける偶数次高調波は、プッシュプル出力段のように打ち消されない傾向があります。真空管やFETの場合、歪みの大部分は2乗則伝達特性から生じる2次高調波であり、人によっては「温かみのある」心地よい音を生み出すと言われています。^{[ 9 ] [ 10 ]}
• 低い歪み率を好む場合は、クラス A の真空管 (前述のように、奇数次高調波歪みがほとんど発生しない) を対称回路 (プッシュプル出力段やバランス型低レベル段など) と組み合わせて使用​​すると、偶数次歪み高調波のほとんどがキャンセルされ、歪みの大部分が除去されます。
• 歴史的に、真空管アンプは、真空管が大きく高価であるという理由だけで、クラス A パワーアンプとしてよく使用されていました。多くのクラス A 設計では、単一のデバイスのみが使用されます。

トランジスタは真空管よりもはるかに安価なので、部品点数の多い複雑な設計でも、真空管設計よりも製造コストが低くなります。A級デバイスの典型的な応用例としては、非常に直線性に優れたロングテールペアがあります。ロングテールペアは多くのオーディオアンプやほぼすべてのオペアンプなど、より複雑な回路の基礎となっています。

A級アンプはオペアンプの出力段に使用されることがある^{[ 11 ]}（ただし、「741」のような低価格オペアンプのバイアス精度によっては、デバイスや温度によって性能が異なり、A級、AB級、またはB級になる場合がある）。A級アンプは、中出力、低効率、高コストのオーディオパワーアンプとして使用されることもある。消費電力は出力電力とは無関係である。アイドル時（入力なし）の消費電力は、高出力時とほぼ同じである。その結果、効率は低くなり、発熱量は大きくなる。

クラスB

理想的なB級（プッシュプル）アンプ。実際には、クロスオーバーポイント付近で歪みが発生します。

クラスBアンプでは、能動素子は信号周期の180度（導通角θ = 180°）にわたって導通します。波形の半分のみが増幅されるため、出力信号には大きな高調波歪みが直接存在します。そのため、クラスBアンプは通常、同調負荷（高調波を一連の共振器でグランドに短絡する）で動作します。特に可聴周波数における歪みを低減する別の方法は、2つのトランジスタ素子をプッシュプル構成で使用することです。各素子は信号周期の半分（180°）にわたって導通し、素子電流が合成されて負荷電流が連続します。^{[ 12 ]}

無線周波数において、負荷への結合が同調回路を介して行われる場合、同調回路に蓄積されたエネルギーが波形の「欠けている」半分を供給するため、B級動作の単一デバイスを使用することができる。B級動作のデバイスは線形増幅器に用いられる。線形増幅器と呼ばれるのは、無線周波数出力電力が入力励起電圧の2乗に比例するためである。これは、「出力電圧は入力電圧に比例し、したがって出力電力は入力電力に比例する」と表現するとより理解しやすい。この特性により、増幅器を通過する振幅変調信号または周波数変調信号の歪みが防止される。このような増幅器の効率は約60%である。^{[ 13 ]}

クラスBアンプは2つの能動素子を用いて信号を増幅し、それぞれが周期の半分の期間動作します。効率はクラスAアンプよりも大幅に向上します。^{[ 14 ]}クラスBアンプは、トランジスタラジオなどの電池駆動機器にも好まれています。クラスBの理論上の最大効率はπ/4（≈ 78.5%）です。^{[ 15 ]}

クラスB素子を用いた実用的な回路は、プッシュプル段であり、右図に示す非常に簡略化された相補ペア構成がその一例です。相補型デバイスはそれぞれ入力信号の両端を増幅するために使用され、出力で再結合されます。この構成は効率に優れていますが、通常、クロスオーバー領域（信号の両端の「接合部」）でわずかな不整合が生じるという欠点があります。これは、一方の出力デバイスが電力供給を終えると同時に、もう一方の出力デバイスが電力供給を引き継ぐ必要があるためです。これはクロスオーバー歪みと呼ばれます。改善策としては、デバイスが使用されていないときに完全にオフにならないようにバイアスをかけることが挙げられます。この方法はクラスAB動作と呼ばれます。

クラスAB

理想的なAB級アンプ

AB級アンプでは、導通角はA級とB級の中間（導通角θ > 180°）です。2つの能動素子はそれぞれ半分以上の時間導通します。多くの種類の入力信号は名目上「A級」領域に留まるほど静かであり、良好な忠実度で増幅されます。また、定義上、この領域から外れても十分に大きいため、B級特有の歪み成分は比較的小さくなります。クロスオーバー歪みは、負帰還を用いることでさらに低減できます。

クラスAB動作では、各デバイスは波形の半分ではクラスBと同じように動作しますが、残りの半分でも少量の電流を導通します。^{[ 16 ]}その結果、両方のデバイスが同時にほぼオフになる領域（「デッドゾーン」）が縮小されます。その結果、2つのデバイスからの波形を組み合わせると、クロスオーバーが大幅に最小化されるか、完全に排除されます。静止電流（信号がないときに両方のデバイスを流れる定常電流）の正確な選択は、歪みのレベル（およびデバイスを損傷する可能性のある熱暴走のリスク）に大きな違いをもたらします。多くの場合、この静止電流を設定するために印加されるバイアス電圧は、出力トランジスタの温度に合わせて調整する必要があります。（例えば、右に示す回路では、ダイオードは出力トランジスタの物理的に近い場所に実装され、温度係数が一致するように指定されます。）別の方法（多くの場合、熱追従バイアス電圧で使用される）は、エミッタに直列に小さな値の抵抗を追加することです。

クラスABは直線性を優先するため、クラスBよりも効率が若干犠牲になっており、効率は低くなります（トランジスタアンプの全振幅正弦波では通常78.5%未満ですが、クラスAB真空管アンプではさらに低い効率となるのが一般的です）。一般的に、クラスAよりもはるかに高い効率を示します。

真空管アンプの接尾辞番号

真空管アンプの設計では、クラスを表す接尾辞が付加されることがあります（例：クラスB1）。接尾辞1は、入力波形のどの部分でもグリッド電流が流れないことを示し、接尾辞2は、入力波形の一部でグリッド電流が流れることを示します。この区別は、アンプの駆動段の設計に影響します。接尾辞は半導体アンプでは使用されません。^{[ 17 ]}

クラスC

クラスCアンプ

C級アンプでは、入力信号の50%未満しか使用されません（導通角θ < 180°）。歪みが大きく、実用化には負荷として同調回路が必要です。無線周波数アプリケーションでは、効率は80%に達することがあります。^{[ 13 ]}

C級アンプの一般的な用途は、単一の固定搬送周波数で動作するRF送信機であり、歪みはアンプの同調負荷によって制御されます。入力信号は能動素子のスイッチングに使用され、負荷の一部を構成する同調回路に電流パルスが流れます。 ^{[ 18 ]}

クラス C アンプには、同調モードと非同調モードの 2 つの動作モードがあります。^{[ 19 ]}図は、同調負荷のない単純なクラス C 回路の波形を示しています。これは非同調動作と呼ばれ、波形を分析すると信号に大きな歪みが現れていることがわかります。適切な負荷 (誘導性容量性フィルタと負荷抵抗など) を使用すると、2 つのことが起こります。1 つ目は、出力のバイアス レベルが、平均出力電圧が電源電圧に等しくなるようにクランプされることです。このため、同調動作はクランパーと呼ばれることもあります。これにより、アンプが単極性電源しか備えていなくても、波形が適切な形状に戻ります。これは、2 つ目の現象、つまり中心周波数での波形の歪みが少なくなるということに直接関係しています。残留歪みは同調負荷の帯域幅に依存し、中心周波数ではほとんど歪みが見られませんが、信号が同調周波数から離れるほど減衰が大きくなります。

同調回路は固定の搬送周波数で共振するため、不要な周波数は抑制され、同調負荷によって必要な信号（正弦波）が抽出されます。増幅器の信号帯域幅は同調回路のQ値によって制限されますが、これは深刻な制限ではありません。残留高調波は、追加のフィルタを使用することで除去できます。

実際のC級アンプでは、同調負荷が常に使用される。一般的な構成の一つとして、上図の回路に示されている抵抗器は、入力信号の周波数で共振するように選択されたインダクタとコンデンサを並列に接続した並列同調回路に置き換えられる。インダクタに巻かれた二次コイルによる変圧器作用によって、電力は負荷に結合される。コレクタの平均電圧は電源電圧に等しくなり、同調回路に現れる信号電圧は、RFサイクル中にほぼゼロから電源電圧のほぼ2倍まで変化する。入力回路は、能動素子（例えばトランジスタ）がRFサイクルのほんの一部、通常は1/3（120度）以下だけ導通するようにバイアスされる。^{[ 20 ]}

能動素子は、コレクタ電圧が最小値を通過する間のみ導通します。これにより、能動素子における電力消費が最小限に抑えられ、効率が向上します。理想的には、能動素子は、その両端の電圧がゼロのときにのみ瞬間的な電流パルスを流します。このとき、電力消費はゼロとなり、100%の効率が達成されます。しかし、実際のデバイスでは、流せるピーク電流に限界があるため、十分な電力を得るためには、パルスを約120度まで広げる必要があり、その場合の効率は60～70%となります。^{[ 20 ]}

クラスD

基本的なスイッチングまたは PWM (クラス D) アンプのブロック図。

サブウーファー駆動用ローパスフィルター搭載Boss AudioクラスDモノラルアンプ

D級アンプは、出力デバイスを制御するために何らかの形のパルス幅変調（PWM）を使用します。各デバイスの導通角は入力信号に直接依存するのではなく、パルス幅に応じて変化します。

D級アンプでは、能動素子（トランジスタ）は線形ゲイン素子ではなく電子スイッチとして機能し、オンまたはオフの状態になります。アナログ信号は、アンプに供給される前に、パルス幅変調、パルス密度変調、デルタシグマ変調、または関連する変調技術によって信号を表すパルス列に変換されます。パルスの時間平均電力値はアナログ信号に正比例するため、増幅後に受動ローパスフィルタによって信号をアナログ信号に戻すことができます。出力フィルタの目的は、パルス列をアナログ信号に平滑化し、パルスの高周波スペクトル成分を除去することです。出力パルスの周波数は通常、増幅する入力信号の最高周波数の10倍以上であるため、フィルタは不要な高調波を適切に低減し、入力信号を正確に再現することができます。^{[ 21 ]}

D クラス アンプの主な利点は電力効率です。MOSFET を使用すれば 90% を超える効率を実現でき、80% を超える効率もかなり一般的になっています。出力パルスの振幅は固定されているため、スイッチング素子 (通常はMOSFETですが、真空管やバイポーラ トランジスタも使用されています) は、線形モードで動作するのではなく、完全にオンまたは完全にオフに切り替わります。MOSFET は通常、完全にオンのときにオン状態抵抗が最も低く動作するため、その状態では (完全にオフのときを除いて) 消費電力が最も低くなります。同等の AB クラス デバイスと比較して、D クラス アンプの損失が低いため、 MOSFET 用のヒートシンクを小さくすることができ、必要な入力電力も削減できるため、容量の小さい電源設計が可能になります。そのため、D クラス アンプは通常、同等の AB クラス アンプよりも小型です。

クラスDアンプのもう一つの利点は、デジタル信号源から動作する際に、デジタル-アナログコンバータ（DAC）によるアナログ信号への変換を必要としないことです。信号源がデジタルメディアプレーヤーやコンピュータのサウンドカードなどデジタル形式の場合、デジタル回路はバイナリデジタル信号を直接パルス幅変調信号に変換し、アンプに印加することができます。これにより回路が大幅に簡素化され、ノイズの混入の可能性が低減されます。

中程度の出力を持つD級アンプは、通常のCMOSロジックプロセスを用いて構築できるため、他の種類のデジタル回路との統合に適しています。そのため、アンプがメインプロセッサやDSPとダイを共有する、オーディオ機能を統合した システムオンチップ（SoC）によく見られます。

D級アンプはモーター制御に広く使用されていますが、パワーアンプとしても使用されています。ただし、増幅前に信号がパルス変調形式でない場合は、まず変換する必要があり、追加の回路が必要になる場合があります。スイッチング電源を改造して簡易的なD級アンプにすることさえあります（ただし、通常は許容できる精度で低周波しか再生できません）。

高品質のクラスDオーディオパワーアンプは市場で容易に入手できます。2009年には、高級消費者向け製品で118dBのダイナミックレンジが見られました。しかし、実用的なコストを考慮すると、現時点ではほとんどの製品が100dB程度のダイナミックレンジにとどまっています。これらの設計は、品質の点で従来のクラスAおよびABアンプに匹敵すると言われています。クラスDアンプの初期の用途は、車載の高出力サブウーファーアンプでした。サブウーファーは一般に150Hz以下の帯域幅に制限されているため、アンプのスイッチング速度はフルレンジアンプほど高速である必要がなく、設計を簡素化できます。サブウーファーを駆動するためのクラスDアンプは、クラスABアンプに比べて比較的安価です。

このアンプクラスを表す文字「D」は、単に「C」の次の文字であり、時折「デジタル」を意味するものとして使用されることもありますが、必ずしもデジタルを意味するものではありません。DクラスおよびEクラスアンプは、出力波形が表面的にはデジタル信号のパルス列に似ているため、「デジタル」と誤って説明されることがありますが、Dクラスアンプは入力波形を連続的にパルス幅変調されたアナログ信号に変換するだけです。（デジタル波形はパルスコード変調されます。）

追加クラス

他のアンプ クラスは、主に前のクラスのバリエーションです。たとえば、クラス G およびクラス H アンプは、入力信号に応じて電源レールが変化すること (それぞれ離散的または連続的) が特徴です。過剰な電圧が最小限に抑えられるため、出力デバイスの廃熱を削減できます。これらのレールが供給されるアンプ自体は、どのクラスでもかまいません。これらの種類のアンプはより複雑で、主に超高出力ユニットなどの特殊なアプリケーションに使用されます。また、クラス E およびクラス F アンプは、従来のクラスの効率が重要となる無線周波数アプリケーションに関する文献でよく説明されていますが、いくつかの側面が理想値から大幅に外れています。これらのクラスは、出力ネットワークの高調波チューニングを使用して高効率を実現しており、導通角特性のためクラス C のサブセットと考えることができます。

Eクラス

E級アンプは、無線周波数で使用される高効率の同調スイッチング電力増幅器です。単極スイッチング素子と、スイッチと負荷の間に同調リアクタンス回路網を使用します。この回路は、スイッチング素子をゼロ電流点（オンからオフへのスイッチング）またはゼロ電圧点（オフからオンへのスイッチング）でのみ動作させることで高い効率を実現し、デバイスのスイッチング時間が動作周波数に比べて長い場合でも、スイッチでの電力損失を最小限に抑えます。^{[ 22 ]}

E級アンプは、1975年にアラン・ソーカルとネイサン・ソーカルによって初めて報告されたとよく言われます。^{[ 23 ]}しかし、E級アンプの動作に関する詳しい説明は、ジェラルド・D・ユーイングの1964年の博士論文に記載されています。^{[ 24 ]}興味深いことに、解析的な設計式が知られるようになったのはごく最近のことです。^{[ 25 ]}

クラスF

プッシュプルアンプとCMOSでは、両方のトランジスタの偶数次高調波は打ち消し合います。実験により、これらのアンプで方形波を生成できることが示されています。理論上、方形波は奇数次高調波のみで構成されます。D級アンプでは、出力フィルタがすべての高調波をブロックします。つまり、高調波はオープン負荷として扱われます。そのため、高調波に含まれる小さな電流でも方形波電圧を生成するのに十分です。電流はフィルタに印加される電圧と同位相ですが、トランジスタ間の電圧は逆位相です。したがって、トランジスタを流れる電流とトランジスタ間の電圧の重なりは最小限に抑えられます。エッジが鋭いほど、重なりは小さくなります。

クラスDではトランジスタと負荷が2つの別々のモジュールとして存在するのに対し、クラスFはトランジスタの寄生成分などの不完全性を許容し、高調波で高いインピーダンスを持つようにグローバルシステムを最適化しようとします。^{[ 26 ]}もちろん、オン状態の抵抗に電流を流すには、トランジスタ両端に有限の電圧が必要です。両方のトランジスタを流れる電流の合計は主に第1高調波であるため、正弦波のように見えます。つまり、方形波の中央に最大電流が流れる必要があるため、方形波に窪みを持たせる、つまり電圧方形波のオーバースイングを許容することが理にかなっている場合があります。クラスF負荷ネットワークは、定義により、カットオフ周波数以下を伝送し、それ以上を反射する必要があります。

カットオフ周波数より低く、かつその第2高調波がカットオフ周波数より高くなる周波数であれば、増幅可能です。つまり、1オクターブ帯域幅です。一方、大きなインダクタンスと調整可能な容量を持つ誘導性-容量性直列回路は、実装がより簡単になる場合があります。デューティサイクルを0.5未満に下げることで、出力振幅を変調できます。電圧方形波は劣化しますが、過熱は全体的な電力消費量の低下によって補償されます。フィルタの背後にある負荷の不整合は、第1高調波電流波形にのみ影響を及ぼします。つまり、純粋な抵抗負荷のみが理にかなっており、抵抗が低いほど電流は大きくなります。

F級フィルタは正弦波または矩形波で駆動できます。正弦波の場合、入力をインダクタで調整することでゲインを上げることができます。F級フィルタを単一のトランジスタで実装すると、偶数次高調波を短絡させるためフィルタが複雑になります。従来の設計では、オーバーラップを最小限に抑えるために鋭いエッジが用いられていました。

GクラスとHクラス

理想的なクラスGレール電圧変調

理想的なクラスHレール電圧変調

レール電圧変調

クラスH構成の基本回路図

より効率的な技術を用いてクラスAB出力段を強化し、低歪みで高効率を実現する様々なアンプ設計があります。効率向上がなければヒートシンクと電源トランスが巨大化し（そして高価になり）、許容できないため、これらの設計は大型オーディオアンプで一般的に使用されています。「クラスG」と「クラスH」という用語は、メーカーや論文によって定義が異なりますが、異なる設計を指すために互換的に使用されています。

クラスGアンプ（「レールスイッチング」方式を採用し、消費電力を低減して効率を向上させる）は、クラスABアンプよりも効率に優れています。これらのアンプは、異なる電圧の複数の電源レールを用意し、信号出力が各レベルに近づくにつれてそれらを切り替えます。これにより、アンプは出力トランジスタでの無駄な電力を削減し、効率を向上させます。クラスGアンプはクラスABよりも効率に優れていますが、クラスDと比べると効率は劣ります。ただし、クラスDのような電磁干渉の影響は ありません。

H級アンプは、無限に可変の（アナログ）電源レールを生成します。レールトラッカーと呼ばれることもあります。これは、電源レールを変調することで実現され、レールは出力信号を「トラッキング」する電圧よりわずか数ボルトだけ高い電圧となります。出力段は常に最大効率で動作します。これは、音楽信号の電圧ピークが+/- 80 V電源からの追加電圧を必要とするほど大きくなるまで、レールトランジスタ（T2およびT4）をカットオフ状態に維持する回路能力によるものです。回路図を参照してください。H級アンプは、実際には2つのアンプを直列に接続したものと考えることができます。図に示す回路図の例では、+/- 40 Vレールアンプは、8Ω負荷に約100ワットを連続的に供給できます。出力信号が40ボルト未満で動作している場合、アンプの損失は100 Wアンプと同等です。これは、クラス H の上部デバイス T2 および T4 は、音楽信号の出力が 100 ～ 400 ワットの場合にのみ使用されるためです。実際の数値を気にせずにこの効率を理解する鍵は、400 ワット対応のアンプでありながら 100 ワット アンプの効率を備えていることです。これは、音楽の波形には 100 ワット未満の期間が長く、最大 400 ワットの短いバーストのみが含まれるためです。言い換えると、400 ワットでの損失は短い期間です。この例を、40 V 電源の代わりに 80 V 電源のみを使用したクラス AB として描いた場合、T1 および T3 トランジスタは、短い高エネルギー バーストだけでなく、波形期間全体にわたって対応する損失を伴い、0 V ～ 80 V の信号全体で導通している必要があります。このレール トラッキング制御を実現するために、T2 および T4 は、それぞれ低電圧側の T1 および T3 と直列に接続された電流アンプとして機能します。 T2 と T3 の目的は、アンプ出力が正のピーク（39.3 V 以上）のときにダイオード D2 をバックバイアスし、出力が負のピーク（-39.3 V 未満）のときにダイオード D4 をバックバイアスできるようにすることです。100 ワットから 400 ワットの音楽的なピークの間、すべての電流は +/-80 V レールから供給されるため、+/-40 V レールは電流を供給しません。ただし、この図は単純化しすぎていて、実際には T2 と T4 のトランジスタをまったく制御しません。これは、出力電圧を上位デバイスに戻すパスを提供することを目的としたダイオード D1 と D3 が常に逆バイアスされているためです。これらは逆方向に描画されます。実際の設計では、これらのダイオードの代わりに、vout を入力として使用するゲイン付きの電圧アンプが必要になります。実際のクラスH設計において、VoutとT2ベース間のゲイン要件には別の理由があります。それは、T2に印加される信号が常にVout信号より「先」にあることを保証するためです。これにより、レールトラッカーに「追いつく」ことがなくなります。これを保証するため、レールトラッカーアンプのスルーレートは50V/μsであるのに対し、クラスABアンプのスルーレートは30V/μsにとどまる場合があります。

参照

• クラスTアンプ
• クラスXDアンプ

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