リニア (クラス A/B) とスイッチング (クラス D) アンプ
リニアアンプ（クラスA、AB、B）とスイッチングアンプ（クラスD、E）は、パワー増幅に対する2つの根本的に異なるアプローチです。リニアアンプはシンプルで低歪みです。スイッチングアンプは高効率を実現しますが、出力フィルタリングが必要です。適切な選択は、効率、音質、動作周波数によって異なります。
リニアアンプ (クラス A/AB)
リニアアンプは、アクティブデバイス（トランジスタ）と連続的に動作し、入力信号に直線的に追従します。クラスAは360°伝導し、クラスABは180°をわずかに超えて伝導します。どちらも本質的に直線的ですが、熱としてかなりの電力を放散します。
Advantages
- 低歪み — AB級オーディオアンプで一般的なTHD < 0.01%
- スイッチングなし — スイッチング周波数高調波でEMIが発生しない
- シンプルな出力段—LCフィルターは不要
- 広帯域幅 — LC フィルタのカットオフによる制限なし
Disadvantages
- 低効率：クラスA≤25％、クラスAB≤78％
- 高い放熱性 — 高出力では大型のヒートシンクが必要
- 同じ出力でクラスDと比較して物理的なサイズと重量が大きい
- 電力レベルが100Wを超えると、ワットあたりのコストが高くなる
When to use
高精度RF、オーディオプリアンプ、スタジオアンプ、および低歪みと広帯域幅が効率よりも重要なあらゆるアプリケーションには、リニアアンプを使用してください。
スイッチングアンプ (クラス D)
D級アンプは、入力信号に比例したデューティサイクルで高周波 (200kHz～1MHz) で出力トランジスタをスイッチングします。ローパス LC フィルタがオーディオを再構成します。効率は 90 ～ 98% に達します。
Advantages
- 高効率 (90 ～ 98%) — 最小限の熱放散
- コンパクトで軽量 — 小型ヒートシンク、高スイッチング周波数の小型インダクタ
- 高電力レベル（100 W以上）で費用対効果が高い
- 現在、コンシューマーオーディオ、自動車、PAシステムの標準となっています
Disadvantages
- LC 出力フィルタが必要 — コスト、サイズ、位相シフトが増える
- スイッチング周波数と高調波にはEMCフィルタリングが必要
- 注意深く設計しないと、クラスABよりもTHDが高くなる（ただし、最新の設計では0.01％未満）
- リアクティブスピーカー負荷での安定した動作に不可欠なフィルター設計
When to use
コンシューマーオーディオ、車載アンプ、PAシステム、および効率とサイズが重要なバッテリ駆動ポータブルオーディオには、クラスDを使用してください。最新のD級ICは、AB級に匹敵する性能を実現しています。
Key Differences
- ▸クラスAB効率≤78％; クラスD効率90〜98％
- ▸クラスDにはLC出力フィルタが必要ですが、クラスABには必要ありません
- ▸クラスDはスイッチング高調波（EMI）を生成し、クラスABはスイッチングノイズを生成しません
- ▸民生用電子機器（電話、ラップトップ、PA）ではクラスDが優勢で、高精度オーディオではクラスABが優勢です
- ▸100Wの出力では、クラスABは約50Wを熱として浪費し、クラスDは約5〜10Wを浪費します
Summary
D級は、その優れた効率、小型サイズ、および低コストにより、民生用および高電力オーディオ・アプリケーションにおいてAB級に大きく取って代わりました。AB級は、低歪みが最優先される高精度オーディオマニア向けアプリケーション、RFパワーアンプ、および計測器に引き続き好まれています。バッテリ駆動または高電力 (50W以上) のアプリケーションでは、ほとんどの場合、D級が適しています。
Frequently Asked Questions
D級音質はAB級と同等ですか？
最新のクラスDICは、THD+Nが0.003％未満、SNRが110dBを超えています。これはAB級に匹敵します。重要なのは、出力フィルタの設計、デッドタイムの最適化、およびフィードバックトポロジです。ほとんどのリスニングの観点では、クラス D はクラス AB と区別がつかないほどです。
クラス A とクラス AB の効率とは
クラスAの理論上の最大効率は 25% (シングルエンド) または 50% (プッシュプル) です。AB級では、小さなバイアス電流でクラスB (180°伝導) の近くで動作させてクロスオーバー歪みをなくすことで、これを50～ 78% まで改善しています。AB級はオーディオ・パワーアンプの標準リニア・トポロジです。
E級アンプとは
クラスEは、高Vと高Iが同時に発生しないようにトランジスタの電圧波形と電流波形を整形することにより、RF周波数（10 MHz～GHz範囲）で 90% 以上の効率を実現するスイッチングRFパワーアンプのトポロジで、RFパワーアンプ、ワイヤレス電源、およびトランスミッタに使用されます。オーディオには適していません。
D級アンプにローパスフィルタが必要なのはなぜですか？
クラスDの出力は、スイッチング周波数（200kHz～1MHz）のPWM信号です。フィルタリングを行わないと、ラウドスピーカーはスイッチング波形全体を受け取ることになり、高周波による発熱や損傷の原因となります。LC ローパスフィルターは 20 kHz 以下のオーディオ信号を再構成し、スイッチング周波数と高調波を遮断します。