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A級動作とスピーカーインピーダンス

2009/10/22 03:42

AMPのA級動作というのがあります。最大出力時のパワートランジスタのコレクタ電流の半分以上をアイドル電流として流しておくと言う定義だと思います。そうだとしますとスピーカのインピーダンスが8Ωのときにこの定義が成り立つならば4Ωのスピーカに変えた時は同じＷでも出力電流が2倍流れますがアイドル電流は変わりません。そうしますとＡ級ではなくなる？ということになるのではないかと思いますがこの考え方でただしいのでしょうか？　何卒よろしくお願いいたします。

aurorasoun
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JT190
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2009/10/23 13:28 回答No.12

> スピーカーに流す電流の方が比率的に大きくなるのでＡＢ級に移行するのが早くなるという風に言い換えることもできるのでしょうか？　　「言い換える」というよりは「殆ど同じこと」ですから、それで正しいです。 > また電源回路の電流を測ってみますと出力ゼロでも最大でもあまり変らないのですが、これはどういう説明ができるのでしょうか？どういう条件下で「あまり変わらない」のかが不明なのでコメントのしようがありませんが・・・。「適切な条件・方法」で測ってみて「あまり変わらない」のであれば、「その動作条件自体がA級に近いくらいのアイドリングを流している」ということになります。逆にもし、明らかにB級で動作させているのに「あまり変わらない」のであれば、動作条件や測定方法がおかしいのでは？ということになります。たとえば・・・「アイドリングを10mAに絞っておいて、大きな出力を出して、負荷に1Aを流させた」とします。その場合、「どう考えても」無信号時の電源電流は10mAで、出力時の電源電流は1A（ピーク値）としかならないはずです。（ならなければ、負荷に1Aを流すことが出来ない）但し、この電源に流れる「1A」はピーク値で、かつ±それぞれに半サイクルずつしか流れませんから、この電流を「実効値」として測定すると0.35A（半サイクルなので1/2倍、更にピーク→実効値で0.7倍）、「平均値」として測定すると0.32A（半サイクルなので1/2倍、更に正弦波の平均波高＝2/Π倍）としか表示されませんのでご注意ください。（どっちが表示されるかは、測っている測定器によって異なります）以下、蛇足の補足特集：似非専門家でも分かる、A級アンプのアイドリング電流の決め方！アイドリングの計算方法「だけ」の説明ですので、・回路：SEPPアンプの終段のみ・終段のTr：理想トランジスタ（定格は十分大きく、ロスなしで動作すると仮定）・電源：十分な電流供給能力ありの条件とします。これで「8Ω負荷に対して出力4Wのアンプ」を基本に考えてみましょう。・8Ω負荷で4W →最大出力電圧は5.6V（実効値）＝8V（最大値） →アンプの電源電圧は±8V とする必要があります。で、このアンプを「A級動作」させる場合には、アイドリングを何mA流せば良いでしょうか？・8Ω負荷で4W →最大出力電流は0.7A（実効値）＝1A（最大値） →アイドリング電流を500mA「以上」流しておけば、負荷に1A流した状態でもTrはカットオフしない（←これがA級の正しい定義） →アイドリング電流は500mA以上となります。では、「同じアンプ」で負荷を4Ωに変更した場合の「出力」は？・「同じアンプ」なので「電源電圧も同じ」　・・・大事なことですよ！ →アンプの電源電圧は±8V →最大出力電圧は8V（最大値）＝5.6V（実効値） →4Ω負荷に対する出力は8W となります。 ※アイドリング電流が10mAでも100mでも1Aでも「全く」関係ありません。次に、このアンプを「4Ω負荷」に対して「最大出力」でもA級動作させる場合には、アイドリング電流を何mA流せば良いでしょうか？・4Ω負荷で8W →最大出力電流は1.4A（実効値）＝2A（最大値） →アイドリング電流を1A「以上」流しておけば、負荷に2A流した状態でもTrはカットオフしない（←これがA級の正しい定義） →アイドリング電流は1A以上あれ？　8Ω負荷の場合と「必要なアイドリング電流」が異なるではないですか？これは「世紀の大発見」かも知れません！（嘘、他回答者に対する皮肉です。口が悪くてすいません）では2Ω負荷でA級動作させるには？・・・アイドリング電流2A以上 1Ω負荷では？・・・アイドリング電流4A以上では、「1Ω負荷に対してA級動作するようなアイドリング電流を流したアンプ」の消費電力は？・・・±8V電源×アイドリング4A＝64W つまり、もし「1Ω負荷でもA級動作するアンプ」なんてものを作ると「4W（8Ω負荷時）の最大出力を得るために、常時64Wの消費電力が必要」という、とんでもないことになってしまうのです。何度も引き合いに出しますが、アキュのA-30のカタログには「2Ω負荷時に120W/chの出力」と明記してあります。この2Ω負荷時（120W出力時）でもA級動作するためには、上記の計算をそのまま用いると「30W×2ch（8Ω負荷時）の最大出力を得るために、常時480Wの消費電力が必要」となるはずです。（実際には、Trでのロスや他回路の電力消費があるため、更に1.5倍以上の消費電力となることが多い）ところが・・・A-30の消費電力は200W前後。つまり、どう考えても「2Ω負荷でA級動作に必要なアイドリング電流を流している訳がない」・・・したがって「2Ω負荷での最大出力時にはA級動作をしていない」＝「2Ω負荷では、単なるABアンプである」ということです。蛇足をもうひとつ。 > ハイパークラスA回路と純A級の違いを知りたいでのすが。要するに「擬似A級」「高能率A級」の一種です。この語句で検索して調べてみて下さい。（知らないことを無理に知ったかぶりしなくても良いのに・・・。まして、それでもし「専門家」を名乗ったら恥の上塗りです。もちろん、特定個人ではなくて一般論の話ですよ）

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JT190
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2009/10/23 23:37 回答No.18

> トランジスター等に多量の電流を流しておいて、スピーカーへ必要な電流を供給するのがA級、電源回路のコンデンサーに貯めて必要が有る時に大電流を電源回路に要求するのがB級。う～ん、惜しいですね。70点といったところでしょうか。（もちろん独断基準です。根拠なし） A級の記述自体は正解。但しA級の場合、電源電流の「平均値」は変化せず一定ですが、瞬間瞬間の電源電流は「負荷へ流れる出力電流」に応じて増減します。（増減はするが、それは「交流成分」なので、平均としてみれば0になる→平均値は変化しない→消費電力は変わらない）ですから、A級アンプであっても「スピーカーへ供給する電流を貯めるための大きなコンデンサは必要」なのです。（または低インピーダンスの電源回路が必要） B級の場合、確かにコンデンサさえ大きくしておけば「瞬間」最大出力は大きくできます。しかし、普通は「連続」出力の方を注目しますよね？ B級であっても、連続的に大出力を出すためには電源トランス自体の出力電流が（それなりに）大きい物を使わなくてはなりません。（コンデンサに貯めた分だけでは、それを使い切ると続きが供給できない）ですから、通常のB級アンプに対して「電源回路のコンデンサーに貯めて」のくだりは不要なのです。（不要というより、そのように限定してしまうと誤りになる）ですので、・トランジスター等に多量の電流を流しておいて、スピーカーへ必要な電流を供給するのがA級。大電流を流せる電源回路を通常は軽く使って、必要が有る時に大電流を電源回路に要求するのがB級。と書いた方が正解に近いはずです。

taro56
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2009/10/23 21:57 回答No.17

すみません、表現が適切でなかったです。 ”カットオフしちゃうから” ではなく ”下の方はカットオフですが同時に上の方がクリッピングで、歪率が多くなるため” が正しいです。これですっきりしました。

taro56
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2009/10/23 21:50 回答No.16

＞「負荷が変わる（小さくなる）とカットオフしちゃう」＝「負荷が変わるとB級になっちゃう」のです。違うんじゃないですか？カットオフしちゃうからそこで最大出力がリミットしちゃうんです。だからスピーカーのインピーダンスが半分になると最大出力が半分になるんです。これはオームの法則で説明しました。

iBook 2001（@iBook-2001）
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2009/10/23 21:37 回答No.15

はじめまして♪ かなり熱くなって居るようで素ですねぇ。しかも　大元のご質問者様からの反応がまだ無いようですが、、、、私は単なる花屋の二台目で、バブルが弾けてからパソコンもオーディオも買えないどころか日々の支払いに追われています（涙）さて、半導体アンプにおいてA級、B級、AB級ってありますが、回路設計の考え方ですよね。　増幅動作において、基本的に真空管等との違いのレベルじゃ無いですね。トランジスター等に多量の電流を流しておいて、スピーカーへ必要な電流を供給するのがA級、電源回路のコンデンサーに貯めて必要が有る時に大電流を電源回路に要求するのがB級。　時委細には完全なカットオフを伴うB級は少ないし、最大出力まで保証したA級も少なく、どこに始点を置くかで大雑把にAB級なんですよね。今回のご質問者様の意図が数学的なのか実装状態の現実的なのかどなたの回答にも反応が（今の処）無い様ですので難しいですね。対当社同士の会話等は禁止事項ですが、あえて、、（苦笑） JT190様へ、私のJT191S、先月にまた車検を取りました。でも、でもぉ～今月に入ってからチェックエンジンの警告灯が付き、壊したく無いのでずーっと車庫に入れたままです。田舎なので購入した販売会社が無くなったのですが、トラックとかのメーカー直の販売店に壮大した方が良いのでしょうか？（ちなみに、日産の販売店ではタイミングベルト交換見積もりが７万弱です）　やっと１８歳の車、できたたら二十歳までは、、、

JT190
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2009/10/23 21:22 回答No.14

「似非専門家にも分かる・・・」はずだったのですが、正直、驚きを隠せません。 > であるなら、スピーカーインピーダンスが変わってもアイドリング電流は変わらないことになります。当たり前でしょ、そんなこと。 > さて、SPのインピーダンスが変わることによりバイアス設定が変わるのでしょうか？「バイアス設定が変わる」なんて、誰も一言も言っていませんよ。「換えなければ、A級じゃなくなる（ことがある）」って言っているんです。「同じアンプ」で、負荷インピーダンスが小さくなれば、「出力電流は増える」でしょ？出力電流が増えたら、その分だけアイドリング電流も増やさないと（予め増やしておかないと）、Trがカットオフしてしまうでしょ？ Trがカットオフするような動作のことを「A級」とは呼ばないんです。それはまさに「B級」動作そのものなんです。貴方の仰るように「アイドリングは変わらない」から「負荷が変わる（小さくなる）とカットオフしちゃう」＝「負荷が変わるとB級になっちゃう」のです。わざわざ教えるのも恥ずかしくなるくらいの「初歩的」な話です。

taro56
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2009/10/23 20:44 回答No.13

JT190さんに質問ですスピーカーのインピーダンスが8オームから4オームになるとA級でなくなる（B級動作になるという点）が分りません。繰り返すようで恐縮ですが、バイアスは直流であり、アイドリング電流も直流です。一方スピーカーは直流を入れてはいけない負荷ですので、出力では直流分をカットします。であるなら、スピーカーインピーダンスが変わってもアイドリング電流は変わらないことになります。もし、変わるなら、それはスピーカーにアイドリング電流が流れていることになります。アイドリング電流が変わるというなら今回は禁じ手の負荷以外にベース電流を変える方法があります。そのためのバイアスもその一つですし、温度特性もそうです。それとも他の方法があるのでしょうか？さて、SPのインピーダンスが変わることによりバイアス設定が変わるのでしょうか？ JT190さんの説明は抵抗性負荷直結の場合は成り立ちますが、オーディオアンプの話ですよね。

JT190
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2009/10/22 21:42 回答No.11

SEPPアンプ限定の話で良いですね？ > こんどは逆に電源電圧の上限で最大出力が取れなくなるということもあるのでしょうか？そう考えてしまうと、訳が分からなくなります。そうではなくて、・A級・B級に関係なく、最大出力はもともと「電源電圧（の上限）」のみで決まってしまう・但し、同じ電源電圧でも、アイドリング電流を増やせば増やすほど、「A級動作の範囲」が増えていく ※アイドリング電流を増減しても、最大出力自体は変わりませんのです。以下蛇足私の回答には（少なくとも他回答よりは）間違いはありません。 > ただインピーダンスが低いと低い電圧で最大コレクタ電流になり、出力電力が小さくなるだけです。リンクを貼った、アキュのアンプのカタログを良～く見て下さい。「インピーダンスが低いと、最大出力電力は増える」のですよ。 A-30のカタログより抜粋・定格連続平均出力（ステレオ時、両ch同時動作）　　60W/ch　4Ω負荷　　30W/ch　8Ω負荷 http://www.accuphase.co.jp/cat/a-30.pdf 貴方の仰る「出力電力」こそ、まさに「A級」での最大出力電力です。 A級出力は「負荷インピーダンスが小さくなると下がる」のというのは正解、じゃあ、なぜ最大出力は「負荷インピーダンスが小さくなると上がる」のですか？答えは簡単で、負荷インピーダンスが小さくなると「最大出力に達する前に、途中でB級動作に切り替わってしまうから」です。 A-30の場合・8Ω負荷時：0～30WまでA級動作・4Ω負荷時：0～15WまでA級動作、15～60WまでB級動作ですから、「8Ω負荷ではA級アンプ」と呼べますが、「4Ω負荷ではAB級アンプ」に化けてしまうのです。質問者様の考えは正しいし、私の回答にも別に間違っている点はありません。繰り返しになりますが・・・他回答者よりも質問者様の方がむしろ（遥かに）良く理解していらっしゃることでしょう。

質問者

お礼 2009/10/23 02:25

ありがとうございます、今のところJT190様のご回答がわかりやすいと思います。　がほかの方もとても参考になります。さて、電源回絡からみた場合スピーカーが4Ωですと８Ωの時よりも多く電流を供給しないといけませんが、Ａ級ＡＭＰの場合はやはりコレクタ電流は一定ですのでスピーカーに流す電流の方が比率的に大きくなるのでＡＢ級に移行するのが早くなるという風に言い換えることもできるのでしょうか？　　また電源回路の電流を測ってみますと出力ゼロでも最大でもあまり変らないのですが、これはどういう説明ができるのでしょうか？

taro56
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2009/10/22 21:26 回答No.10

バイアスの与え方も、固定バイアス、自己バイアス、そして帰還を掛けたバイアスなどあります。アダプティブ・バイアス方式はバイアスの掛け方に工夫を凝らしたものだと思います。 ”一般的なピュアクラスA回路では、過負荷状態になるとB級動作へ移行してしまいますが”とは固定バイアス回路における過負荷状態でジャンクション温度が高くなることにより温度補償回路が働きバイアスポイントがずれることを指しているのかと思います。これは推定であり、正確なことはこのメーカに問い合わせてください。高温時にバイアスポイントがずれ、ずれたため更に電流が流れ、更に発熱という熱暴走を避けるため簡単な回路では自己バイアスにしたり、安全装置として温度補償回路があります。しかし、過負荷というのと、負荷が8オームから4オームになることは別次元です。 4オーム負荷であっても、大出力で使わなければ、過負荷ではありませんし、8オーム負荷でも大出力で使えば過負荷状態になります。 4オーム負荷でB級動作になるという（誤解）はこのことを指しているのかと得心しました。

P0O9I
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2009/10/22 20:58 回答No.9

考えが根本的に違っています。No.7さんの意見の通りです。追加で言いますと、A級アンプは入力が０の時、（最大）コレクタ電流の半分（以上ではありません。ちょうど半分）をアイドル電流として＋電源からー電源へ流します。両方同じ値となるため、出力は０Vとなります。だから、入力０でも、出力にスピーカをつながなくても消費電力が大いままなのです。入力信号が入ると最大コレクタ電流と０Aとの間の電流が流れることになります。その差が出力電流となります。その動きはスピーカのインピーダンスには関係ありません。ただインピーダンスが低いと低い電圧で最大コレクタ電流になり、出力電力が小さくなるだけです。スピーカのインピーダンスは公称4Ωとか８Ωとか言っていますが、周波数や信号レベルで大きく変わります。半分以下や２倍以上に簡単に変わります。そのたびに動作レベルが変わっていたら、工業製品として、安定した物になりません。