電子回路Ⅰ　第 10 回(2008/1/7)

電力増幅

今日の内容 電力増幅の用途 トランジスタの大振幅動作 A 級電力増幅回路 B 級電力増幅回路 B 級プッシュプル電力増幅回路 C 級電力増幅回路

これまでの増幅回路の用途•小信号を増幅

アンテナで検出した信号の増幅

微弱な測定信号の増幅

差動増幅

•広い帯域幅での増幅

低域しゃ断周波数、広域しゃ断周波数

•発振回路

•演算増幅

電力増幅の用途

•電気信号を他の物理量に変換する

スピーカー、モーター、ディスプレイ

ボイスコイル（数～数十 Ω ）に電流を流す

•電波としてアンテナで送信

ラジオ、テレビ、無線

特定の周波数（搬送波）に信号を載せて送信

トランジスタの大振幅動作小信号と違う点

電圧、電流ともに大きな振幅となるので、動作点からかなりはずれた Ic,VCEもとる

トランジスタ／ FET は非線形素子なので、 hfe などの動作量が振幅に依存する

これまで行ってきた動作量が振幅に依存しないという仮定の線形計算は適用できない

Q

大振幅動作における注意最大許容コレクタ電流 ICmax

最大許容コレクタ電圧

VCmax

最大許容コレクタ損失

PCmax=IV

パワートランジスタの特性（ 2SA1129 ）　その１

パワートランジスタの特性（ 2SA1129 ）　その２

A 級電力増幅回路動作点が A と B の中央

A 級電力増幅回路の出力

L

CCL

CML

L

CCCM

LCM

LCM

L

L

CML

R

VR

IP

R

VI

RI

RI

P

P

IR

88

822

1

2

22

22

より、また

は出力電力

なので幅はに流れる交流電流の振負荷

実効値

A 級電力増幅回路の効率

%258

2

2

8

22

2

2

2

2

L

CC

L

CC

DC

L

L

CCCC

CMCCCDC

CMCQC

CC

CCCDC

DC

R

V

RV

P

P

R

VV

IVIP

III

II

VIP

P

は効率

より

の平均値を表すはただし

は力回路に供給する直流電

A 級電力増幅回路の損失効率は 25% 、残りはどこで消える？

LCCCCCM

C

LCC

LCM

LCRL

RVVI

P

RV

RI

RIP

822

1

22

1

42

2

222

コレクタ損失

タ損失、電流が流れるコレクトランジスタにも電圧

直流損失

常に直流電流が流れる 50%

25%

負荷に直流電流を流さない A 級電力増幅回路（その１）

カレントミラー回路

IC1 の直流電流分 ICQ と等しい

電流 IC2 を Q2 に流すと、負荷 RL には交流電流しか流れない

でも効率は 25%

スピーカーに直流電流が流れると、コイルが焼き切れる

負荷に直流電流を流さない A 級電力増幅回路（その２）

変成器（トランス）で交流だけを伝える

インピーダンス変換も兼ねる

i1

i2

v2v1

Ll Rn

n

i

v

n

n

inn

vnn

i

vR

vn

nv

in

ni

2

2

1

2

2

2

2

1

21

2

22

1

1

1

22

11

21

21

より

B 級電力増幅回路（動作点）

Q

•動作点を VCC （カットオフ点）に設定

•共振回路による波形整形が必要

VCE,IC の値は無視してください

B 級電力増幅回路（波形と効率）

電力効率は

）の振幅周波数に含まれる基本波（角

コレクタ電流の平均値

01

0

sinsin2

2

sin2

ttdtII

I

ttdI

I

CMC

C

CMC

B 級プッシュプル電力増幅回路（回路）

npn

pnp

入力信号の正と負をそれぞれのトランジスタで増幅して合成

負荷に直流電流が流れない

B 級プッシュプル電力増幅回路（動作点）

2つのトランジスタの VCE-IC 特性を加えた形

VCC=VEE にしないと上下で出力の振幅が揃わない

B 級プッシュプル電力増幅回路（効率）

%5.7842

2

22

2

22

2

2

2

21

22

LCM

LCM

DC

L

LCMLCM

CM

CCCM

CEECCCDC

LCML

CML

RI

RI

P

P

RIRI

I

VI

IVIVP

RIR

IP

電力効率は

電源電力

出力電力

B 級プッシュプル電力増幅回路（問題点）

VBE にある程度の電圧を印加しないとコレクタ電流が流れない

バイアスをかけて A 級に近づける (AB 級）

Single Ended Push-Pull(SEPP)

C 級電力増幅回路B 級よりも深くバイアスをかけると電流が流れない

sin2

cos2

coscos2

cos2

2

2cos22

sin

2coscos

22

1

222coscos

2

0

2

01

2

0

2

0

CMCM

cC

CM

CMcC

CMc

Ittdt

I

ttdiI

I

tdtI

tdiI

ttIi

基本波の振幅

：

C 級電力増幅回路（効率）

2cos22

sin

sin

4

1

sin422

2cos22

sin

sin2

2cos22

sin

1

1

DC

L

CMCCCCCL

CMCCCCCDC

CMC

CMC

P

P

IVIVP

IVIVP

II

II

効率は

基本波出力

直流入力

基本波電流

直流電流

が小さいほど効率は良くなるが、出力が減少する

C 級電力増幅回路（用途）

波形が著しく歪むので、多くの高調波を含む

共振回路が必要（周波数は固定）

無線送信用

PWM(Pulse Width Modulation)

周波数にこだわらず、電力増幅をしたいとき（ヒーター、モーター）

元の信号

基準信号入力

出力

一定の位相（振幅）範囲のみで出力（増幅）パルス幅を変調して平均出力を制御