このガイドでは、プッシュプルアンプについて詳しく学習してみましょう。 プッシュプルアンプの背後にある理論とアプリケーションをカバーしてきました。 また、A級、B級、AB級プッシュプル・アンプのモデルなど、さまざまなタイプのプッシュプル・アンプをデモンストレーションしました。

プッシュプル・アンプは、負荷を通してどちらかの方向に電流を駆動できる出力ステージを持つアンプです。 一般的なプッシュプルアンプの出力段は、2つの同一のBJTまたはMOSFETで構成され、一方が負荷を介して電流を供給し、もう一方が負荷から電流をシンクするようになっています。 プッシュプルアンプは、シングルエンドアンプ（出力に1つのトランジスタを使用して負荷を駆動する）よりも歪みと性能の面で優れています。 シングルエンドアンプは、どんなに優れた設計であっても、その動的伝達特性が非直線的であるため、必ず歪みが発生する。 プッシュプルアンプは、低歪み、高効率、高出力が要求される場合によく使用されます。 プッシュプルアンプの基本的な動作は次のとおりである。 増幅される信号は、まず位相が180度ずれた2つの同一信号に分割されます。 一般にこの分割は、入力カップリングトランスを用いて行われます。 入力カップリングトランスは、一方の信号が一方のトランジスタの入力に、他方の信号が他方のトランジスタの入力に印加されるように配置されています。 プッシュプル増幅器の長所は、低歪み、カップリングトランスのコアの磁気飽和がないこと、電源リップルのキャンセルによりハム音が発生しないことですが、短所は2つの同一のトランジスタが必要なこと、かさばりコストがかかるカップリングトランスが必要であることです。

A級プッシュプル・アンプ

A級、B級、AB級、C級構成のプッシュプル増幅器を作ることができる。 典型的なA級プッシュプルアンプの回路図を上に示します。 Q1とQ2は同じトランジスタで、そのエミッタ端子は互いに接続されています。 R1とR2はトランジスタにバイアスをかけるためのものです。 2つのトランジスタのコレクタ端子は出力トランスT2の1次側のそれぞれの端に接続されています。 電源はT2一次側のセンタータップとQ1,Q2のエミッタ接合部間に接続する。 各トランジスタのベース端子は入力カップリングトランスT1の2次側の両端に接続されています。 Q2とQ1の静止電流は、T2の一次側の対応する半分を逆方向に流れ、その結果、磁気飽和は起こりません。 図から、位相分割された信号が各トランジスタのベースに印加されていることがわかります。 Q1が入力信号の前半で正に駆動されると、Q1のコレクタ電流は増加します。 同時に、Q2は入力信号の前半を使って負に駆動されるため、Q2のコレクタ電流は減少する。 図から、Q1とQ2のコレクタ電流、すなわちI1とI2は、T2一次側の対応する半分を同じ方向に流れることが理解できる。 その結果、元の入力信号が増幅されてT2二次側に誘導されます。 T2二次側を流れる電流は、2つのコレクタ電流の差であることは明らかである。 B級プッシュプル増幅器は、A級プッシュプル増幅器とほぼ同様で、唯一の違いは、B級プッシュプル増幅器にはバイアス抵抗がないことである。 B級プッシュプルアンプは、2つのトランジスタがカットオフ点でバイアスされるため、より優れた出力と高い効率（最大78.5%）を得ることができます。 また、トランジスタが遮断点でバイアスされているため、アイドル状態では電力を消費せず、効率も向上します。 B級プッシュプルアンプの利点は、限られた電源条件下でも動作すること（効率が高いため）、出力に高調波が発生しないこと、A級構成に比べて回路がシンプルであること、などです。 一方、欠点は、A級に比べて高調波歪みの割合が高いこと、電源リップルのキャンセルがA級プッシュプルアンプほど効率的ではないため、安定した電源が必要であることです。

B級プッシュプル増幅器の回路配置はバイアス抵抗がない以外はA級プッシュプル増幅器と同様である。 T1は入力カップリングコンデンサで、その一次側に入力信号が印加されます。 Q1とQ2は同じ2つのトランジスタで、エミッタ端子は互いに接続されています。 入力カップリングトランスのセンタータップと電圧源のマイナス端は，エミッタ端子の接続点に接続され ています。 電圧源のプラス端は出力カップリングトランスのセンタータップに接続されています。 各トランジスタのコレクタ端子は出力結合トランスT2 の1次側のそれぞれの端に接続されています。 負荷RLはT2の2次側に接続されています。

入力信号は入力トランスT1により、類似しているが位相が反対の2つの信号に変換されます。 この2つの信号のうち1つは上のトランジスタのベースに、もう1つはもう1つのトランジスタのベースに印加されます。 このことは、回路図から理解できるだろう。 トランジスタQ1がその入力信号のプラス側半分を使ってプラス側に駆動されると、トランジスタQ2ではその逆の現象が起こる。 つまり、Q1のコレクタ電流が増加する方向にあるとき、Q2のコレクタ電流は減少する方向にある。 いずれにせよ、T2の一次側の半分を流れる電流は同じ方向になる。 図を見ていただくと、よくわかると思います。 T2の1次側を流れる電流は、2次側に波形を作り出します。 7849>

クロスオーバー歪み

クロスオーバー歪みは、B級アンプ構成でよく見られる歪みの一種です。 先に述べたように、B級アンプでは、トランジスタはカットオフ点にバイアスされています。 シリコントランジスタは0.7V、ゲルマニウムダイオードは0.2Vの電圧をベースエミッタ接合に印加しないと導通しないため、このベースエミッタ電圧をカットイン電圧と呼びます。 ゲルマニウムダイオードはアンプの対象外であり、シリコントランジスタを用いたB級プッシュプルアンプについて説明することができます。 トランジスタはカットオフバイアスされているので、入力がゼロの状態ではベース・エミッタ接合部の電圧はゼロのままです。 トランジスタが必要なカットイン電圧を得るための唯一の供給源は入力信号そのものであり、必要なカットイン電圧は入力信号そのものから略奪されることになる。 その結果、入力波形の0.7V（カットイン電圧）以下の部分がキャンセルされ、出力波形にもその部分が存在しなくなる。

AB級プッシュプル増幅器

AB級もA級プッシュプル増幅器とほぼ同様ですが、バイアス抵抗R1、R2の値がカットイン電圧（0.7V）でちょうどトランジスタにバイアスがかかるように選択されていることが唯一の相違点です。 これにより、両トランジスタが同時にOFFとなる時間（入力信号が（-0.7V～＋0.7V）の間にある時間）が短くなり、クロスオーバー歪が低減される。 ただし、AB級は効率が悪く、入力ゼロの状態ではそれなりの電力を浪費する。 クラスBは最も効率が高く（78.5%）、次にクラスB（78.5～50%）で、次にクラスA（50%）となります。