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増幅器、電子増幅器、または（非公式には）アンプは、信号（時間とともに変化する電圧または電流）の大きさを増幅できる電子機器です。これは、電源からの電力を使用して入力端子に印加される信号の振幅（電圧または電流の大きさ）を増幅し、出力で比例して振幅の大きい信号を生成する2ポート電子回路です。増幅器によって提供される増幅量は、ゲイン、つまり出力電圧、電流、または電力と入力の比によって測定されます。増幅器は、電力ゲインが1より大きい回路として定義されます。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
アンプは、独立した機器である場合もあれば、他のデバイス内に含まれる電気回路である場合もあります。増幅は現代の電子機器の基本であり、アンプはほぼすべての電子機器で広く使用されています。アンプはさまざまな方法で分類できます。1つは、増幅される電子信号の周波数による分類です。たとえば、オーディオアンプは20 kHz未満の信号を増幅し、無線周波数（RF）アンプは20 kHzから300 GHz の範囲の周波数を増幅し、サーボアンプと計装アンプは直流までの非常に低い周波数で動作する場合があります。アンプは、信号チェーンにおける物理的な配置によっても分類できます。たとえば、プリアンプは他の信号処理ステージの前に配置される場合があり、 [ 5 ]、パワーアンプは通常、信号の最終的な使用に十分な出力電力を提供するために、他のアンプステージの後に使用されます。増幅機能を持つ最初の実用的な電気機器は、 1906年にリー・デ・フォレストによって発明された三極真空管であり、これが1912年頃に最初の増幅器の登場につながった。今日では、ほとんどの増幅器はトランジスタを使用している。
増幅が可能な最初の実用的なデバイスは、1906年にリー・デ・フォレストによって発明された三極真空管であり、これが1912年頃の最初の増幅器につながった。真空管は、トランジスタが取って代わる1960年代から1970年代まで、ほぼすべての増幅器で使用されていた。今日では、ほとんどの増幅器はトランジスタを使用しているが、真空管は一部の用途で引き続き使用されている。[ 6 ]
1876年に初めて特許が取得された電話という音声通信技術の発展により、電気信号の振幅を増大させて、より長距離にわたって信号伝送を行う必要性が生じた。電信では、この問題は、信号記録装置と送信機を背中合わせに動作させてリレーを形成する中間装置を局に設置することで解決されていた。これにより、各中間局の局所的なエネルギー源が次の伝送区間に電力を供給するようになった。双方向伝送、つまり双方向の送受信のために、C.F. ヴァーリーによる電信伝送の研究を皮切りに、双方向リレー中継器が開発された。双方向伝送は電話にとって不可欠であり、この問題は1904年まで満足に解決されなかった。この年、アメリカン・テレフォン・アンド・テレグラフ社のH.E. シュリーブが、背中合わせの炭素顆粒送信機と電気力学的受信機のペアからなる電話中継器の構築に関する既存の試みを改良した。[ 7 ]シュリーブ中継器は、ボストンとマサチューセッツ州エイムズベリー間の回線で最初にテストされ、より改良された装置がしばらくの間使用され続けました。世紀の変わり目以降、負性抵抗水銀ランプが増幅できることがわかり、中継器でも試されましたが、ほとんど成功しませんでした。[ 8 ]
1902 年頃に始まった熱電子管の開発により、信号を完全に電子的に増幅する方法が実現しました。このようなデバイスの最初の実用的なバージョンは、1906 年にLee De Forestによって発明されたAudion三極管でした[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]。これが 1912 年頃に最初の増幅器につながりました[ 12 ]。 信号を増幅するために広く使用されていた以前のデバイスは電信システムで使用されるリレーだけであったため、増幅真空管は最初は電子リレーと呼ばれていました[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]。ラテン語のamplificare (拡大または拡張する) [ 17 ]に由来する「増幅器」および「増幅」 という用語は、三極管が広く普及した 1915 年頃にこの新しい機能に対して初めて使用されました[ 17 ] 。
増幅真空管は電気技術に革命をもたらした。[ 12 ] 長距離電話回線、拡声システム、ラジオ放送、トーキー映画、実用的な音声録音、レーダー、テレビ、そして最初のコンピュータを可能にした。50年間、事実上すべての民生用電子機器は真空管を使用していた。初期の真空管アンプは正帰還（再生）を備えていることが多く、ゲインは増加するが、アンプが不安定になり発振しやすくなる。アンプの数学理論の多くは、 1920年代から1940年代にかけてベル電話研究所で開発された。初期のアンプの歪みレベルは高く、通常5%程度であったが、1934年にハロルド・ブラックが負帰還を開発したことで、歪みレベルを大幅に低減できるようになったが、ゲインは低下した。増幅理論におけるその他の進歩は、ハリー・ナイキストとヘンドリック・ウェイド・ボーデによってなされた。[ 18 ]
真空管は、磁気増幅器やアンプリダインなどの特殊な電力デバイスを除けば、40年間、事実上唯一の増幅器でした。電力制御回路は、20世紀後半に電力半導体デバイスがより経済的になり、動作速度が速くなるまで、磁気増幅器を使用していました。古いシュリーブ電気音響カーボンリピーターは、1950年代にトランジスタがより小型で高品質の増幅器を提供するまで、聴覚障害者向けの電話加入者セットの調整可能な増幅器に使用されていました。[ 19 ]
最初の実用的なトランジスタは、 1947年にベル研究所のジョン・バーディーンとウォルター・ブラッテンによって発明された点接触型トランジスタであり、その後、ウィリアム・ショックレーが1948年に同研究所でバイポーラ接合トランジスタ（BJT）を発明した。これに続いて、1959年にベル研究所のモハメド・M・アタラとダウォン・カンによって金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）が発明された。MOSFETのスケーリング、つまりますます小型化できる能力のおかげで、MOSFETはそれ以来最も広く使用されている増幅器となっている。[ 20 ]
1960年代から1970年代にかけて電子管がトランジスタに置き換えられたことで、エレクトロニクスに革命が起こり、 1954年に開発されたトランジスタラジオのような、多くの種類の携帯型電子機器が実現可能になった。今日では、真空管の使用は、ラジオ送信機などの高出力用途や、一部の楽器やハイエンドオーディオアンプに限られている。[ 21 ]
1970年代以降、1つのチップ上にますます多くのトランジスタが接続されるようになり、集積回路においてより高次の集積度（小規模、中規模、大規模集積など）が実現しました。今日市販されている多くの増幅器は集積回路に基づいています。[ 22 ] [ 23 ]
特殊な用途では、他の能動素子も使用されてきました。例えば、衛星通信の黎明期には、パラメトリック増幅器が用いられていました。その中心回路は、局内で生成された高周波信号によって容量が変化するダイオードでした。特定の条件下では、この高周波信号が、地上局で受信される極めて微弱な衛星信号によって変調されるエネルギーを供給しました。
20世紀後半以降のデジタルエレクトロニクスの進歩により、デジタルスイッチングを用いて固定振幅信号のパルス波形を変化させることで、従来の線形ゲイン増幅器に代わる新たな選択肢が生まれ、その結果、クラスD増幅器などのデバイスが誕生した。
原理的には、増幅器は入力ポートに印加された信号の複製であるが、振幅が増大した信号を出力ポートに生成する電気的な2ポートネットワークである。 [ 24 ]
入力ポートは、電流が流れず、出力がポート両端の電圧に比例する電圧入力、または、電圧が流れず、出力がポートを流れる電流に比例する電流入力のいずれかとして理想化できます。出力ポートは、ソース抵抗がゼロで出力電圧が入力に依存する従属電圧源、またはソース抵抗が無限大で出力電流が入力に依存する従属電流源のいずれかとして理想化できます。これらの選択肢の組み合わせにより、4 種類の理想増幅器が得られます。[ 5 ]理想化された形では、図に示すように、線形解析で使用される4 種類の従属ソースのそれぞれで表されます。
理想的な形式の各タイプの増幅器は、対応する従属電源と同じ理想的な入力抵抗と出力抵抗を持つ。[ 25 ]
実際の増幅器では理想的なインピーダンスを実現することは不可能ですが、これらの理想的な要素を使用して、入力と出力にインピーダンス（抵抗、容量、インダクタンス）を追加することで、実際の増幅器の等価回路を構築できます。特定の回路では、実際のインピーダンスを求めるために小信号解析がよく使用されます。入力または出力ノードに小信号交流テスト電流I xを印加し、すべての外部ソースを交流ゼロに設定し、テスト電流源の両端の対応する交流電圧V xによって、そのノードで見られるインピーダンスがR = V x / I xとして決定されます。[ 26 ]
入力と出力で伝送線路に接続するように設計された増幅器、特にRF増幅器は、この分類方法には当てはまりません。電圧または電流を個別に扱うのではなく、理想的には伝送線路のインピーダンスに整合した入力または出力インピーダンスと結合し、つまり電圧と電流の比率を整合させます。多くの実際のRF増幅器はこの理想に近いものです。適切なソースインピーダンスと負荷インピーダンスが与えられた場合、RF増幅器は電圧または電流を増幅するものと特徴付けられますが、根本的には電力を増幅するものです。[ 27 ]
アンプの特性は、以下のパラメータによって決まります。
増幅器は、入力、出力の特性、およびそれらの関係に基づいて記述されます。[ 28 ]すべての増幅器にはゲインがあり、これは出力信号の何らかの特性の大きさを入力信号の特性に関連付ける乗数です。ゲインは、出力電圧と入力電圧の比（電圧ゲイン）、出力電力と入力電力の比（電力ゲイン）、または電流、電圧、電力の組み合わせとして指定できます。多くの場合、変化する出力の特性は入力の同じ特性に依存するため、ゲインは無次元になります（ただし、多くの場合デシベル（dB）で表されます）。
ほとんどのアンプは線形に設計されています。つまり、通常の入力レベルと出力信号に対して一定のゲインを提供します。アンプのゲインが線形でない場合、出力信号が歪む可能性があります。ただし、可変ゲインが有用な場合もあります。特定の信号処理アプリケーションでは、指数ゲインアンプが使用されます。[ 5 ]
アンプは通常、特定の用途で優れた性能を発揮するように設計されています。例えば、ラジオやテレビの送信機と受信機、ハイファイ（高忠実度）ステレオ機器、マイクロコンピュータやその他のデジタル機器、ギターやその他の楽器用アンプなどが挙げられます。すべてのアンプには、真空管やトランジスタなどの能動素子が少なくとも1つ含まれています。
負帰還は、帯域幅の拡大、歪みの低減、ゲインの制御のために、現代のほとんどのアンプで使用されている技術です。負帰還アンプでは、出力の一部がフィードバックされ、逆位相で入力に加算され、入力から減算されます。主な効果は、システム全体のゲインを低減することです。しかし、歪みなど、アンプによって発生する不要な信号もフィードバックされます。これらは元の入力の一部ではないため、逆位相で入力に加算され、入力から減算されます。このようにして、負帰還はアンプによって発生する非線形性、歪み、その他の誤差も低減します。負帰還を大量に用いることで誤差を低減できるため、ゲインが大きければアンプ自体の応答はほとんど関係なくなり、システムの出力性能（「閉ループ性能」）はフィードバックループ内のコンポーネントによって完全に決定されます。この技術は、特に演算アンプ（オペアンプ）で使用されます。
非フィードバック増幅器では、可聴周波数信号に対して約1%の歪みしか達成できません。負帰還を用いると、歪みは通常0.001%まで低減できます。ノイズ、さらにはクロスオーバー歪みも実質的に除去できます。負帰還は、温度変化やゲイン段の劣化または非線形部品も補償しますが、フィードバックループ内の部品に変化や非線形性があると出力に影響します。実際、フィードバックループが出力を決定できる能力は、アクティブフィルタ回路を作るために利用されています。
負帰還のもう一つの利点は、増幅器の帯域幅を広げることができる点です。オペアンプでは、フィードバックの概念を用いることで、ゲイン、帯域幅、その他のパラメータを、フィードバックループ内の構成要素のみに基づいて正確に決定することができます。
負帰還は、アンプの各段に適用することで、電源電圧やデバイス特性のわずかな変化に対して、能動素子の動作点を安定させることができる。
正負を問わず、何らかのフィードバックは避けられず、多くの場合望ましくない。例えば、トランジスタなどのデバイスの入力と出力間の固有容量や、外部配線の容量結合といった寄生要素によってフィードバックが生じる。周波数依存性の過剰な正フィードバックは寄生発振を引き起こし、増幅器を発振器に変えてしまう可能性がある。
すべての増幅器には何らかの能動素子が含まれています。これは実際に増幅を行う素子です。能動素子は真空管、単一のトランジスタなどの個別固体部品、またはオペアンプなどの集積回路の一部である場合があります。[ 29 ]
トランジスタ増幅器（または固体増幅器）は、今日最も一般的に使用されている増幅器のタイプです。トランジスタが能動素子として使用されます。増幅器のゲインは、トランジスタ自体の特性と、それが組み込まれている回路の特性によって決まります。[ 30 ]
トランジスタ増幅器によく用いられる能動素子には、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）と金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）がある。
用途は多岐にわたる。一般的な例としては、家庭用ステレオや拡声装置のオーディオアンプ、半導体製造装置向けの高周波高出力発生器、無線送信機などの高周波およびマイクロ波アプリケーションなどが挙げられる。
トランジスタを用いた増幅は、様々な構成で実現できます。例えば、バイポーラ接合トランジスタは共通ベース、共通コレクタ、または共通エミッタ増幅を実現でき、MOSFETは共通ゲート、共通ソース、または共通ドレイン増幅を実現できます。それぞれの構成には異なる特性があります。
真空管アンプ（チューブアンプまたはバルブアンプとも呼ばれる）は、能動素子として真空管を使用します。半導体アンプは低電力用途ではバルブアンプに取って代わりましたが、バルブアンプはレーダー、対抗手段機器、通信機器などの高電力用途でははるかにコスト効率が高くなります。多くのマイクロ波アンプは、クライストロン、ジャイロトロン、進行波管、交差フィールドアンプなど、特別に設計されたバルブアンプであり、これらのマイクロ波バルブは、固体デバイスよりもマイクロ波周波数でより大きな単一デバイスの電力出力を提供します。[ 31 ]真空管は、「チューブサウンド」への好みから、一部のハイエンドオーディオ機器や楽器アンプで引き続き使用されています。
磁気増幅器は、変圧器にやや似た装置で、一方の巻線を使用して磁気コアの飽和を制御し、それによってもう一方の巻線のインピーダンスを変化させます。[ 32 ]半導体増幅器の開発により、磁気増幅器はほとんど使用されなくなりましたが、放射能の影響を受けないため、 HVDC制御や原子力発電制御回路では依然として有用です。
パワーアンプは、主に負荷に供給できる電力を増大させるように設計されたアンプです。実際には、アンプの電力利得は、ソースと負荷のインピーダンス、および固有の電圧利得と電流利得に依存します。無線周波数（RF）アンプの設計では、通常、電力伝送のためにインピーダンスが最適化されますが、オーディオアンプや計装アンプの設計では、通常、負荷を最小限に抑え、信号品質を最大限に高めるために、入力インピーダンスと出力インピーダンスが最適化されます。20 dBの利得を持つと言われるアンプは、 電圧利得 が20 dBで、利用可能な電力利得が20 dBをはるかに超える 場合（電力比100）、例えば、入力が600 Ωのマイクロホンで、出力がパワーアンプの47 kΩ入力ソケットに接続されている場合、実際の電力利得ははるかに低くなる可能性があります。一般に、パワーアンプは信号チェーン（出力段）の最後の「アンプ」または実際の回路であり、電力効率に注意を払う必要がある増幅段です。
オーディオパワーアンプは、一般的にスピーカーを駆動するために使用されます。多くの場合、 2つの出力チャンネルを持ち、それぞれに同じ電力を供給します。RFパワーアンプは、無線送信機の最終段に使用されます。サーボモーターコントローラーは、制御電圧を増幅してモーターの速度や電動システムの位置を調整します。
電力増幅回路（出力段）は、アナログ設計ではA、B、AB、Cクラスに分類され、スイッチング設計ではDクラスとEクラスに分類されます。電力増幅回路のクラスは、各入力サイクル（導通角）のうち、増幅デバイスが電流を流す割合に基づいています。[ 35 ]導通角のイメージは、正弦波信号を増幅することによって得られます。デバイスが常にオンの場合、導通角は360°です。各サイクルの半分だけオンの場合、角度は180°です。電流の流れの角度は、増幅器の電力効率と密接に関係しています。
オペアンプは、一般的に非常に高い開ループゲインと差動入力を持つ増幅回路です。オペアンプはその汎用性の高さから、回路における標準的な「ゲインブロック」として広く用いられるようになりました。ゲイン、帯域幅、その他の特性は、外部回路によるフィードバックによって制御できます。現在ではこの用語は集積回路を指すことが多いですが、当初のオペアンプの設計では真空管が使用され、後の設計ではディスクリートトランジスタ回路が用いられるようになりました。
完全差動増幅器は演算増幅器に似ていますが、差動出力も備えています。これらは通常、バイポーラトランジスタ（BJT）または電界効果トランジスタ（FET）を用いて構成されます。
これらの回路は、平衡伝送線路を用いて個々の単段増幅器を分離し、その出力を同じ伝送線路で加算します。伝送線路は平衡型で、入力は一端の平衡伝送線路の片側のみにあり、出力も反対側の平衡伝送線路の反対側にあります。各段の利得は、カスケード構成のように互いに乗算されるのではなく、出力に線形的に加算されます。これにより、同じ利得段素子を使用した場合でも、通常よりも広い帯域幅を実現できます。
これらの非線形増幅器は線形増幅器よりもはるかに効率が高く、電力削減効果が複雑さの増加に見合う場合に使用されます。クラスD増幅器は、このタイプの増幅方式の代表的な例です。
負性抵抗増幅器は、トランジスタのソースとゲート間のフィードバックを利用して、トランジスタのソース上の容量性インピーダンスをゲート上の負性抵抗に変換する再生増幅器の一種です。他のタイプの増幅器と比較して、負性抵抗増幅器は非常に高い利得を実現するために必要な電力はごくわずかで、同時に良好な雑音指数を維持できます。
ビデオアンプはビデオ信号を処理するように設計されており、ビデオ信号がSDTV、EDTV、HDTV 720pまたは1080i/pなどであるかによって帯域幅が異なります。帯域幅の仕様自体は、使用されるフィルタの種類と、帯域幅が測定されるポイント（たとえば-1 dBまたは-3 dB）によって異なります。許容できるテレビ画像を得るには、ステップ応答とオーバーシュートに関する特定の要件が必要です。[ 36 ]
進行波管増幅器（TWTA）は、低マイクロ波周波数での高出力増幅に使用されます。通常、広範囲の周波数で増幅できますが、クライストロンほど同調性はありません。[ 37 ]
クライストロンは、ミリ波およびサブミリ波の高出力かつ広帯域な波長可変増幅を実現するために設計された、特殊な直線ビーム真空装置です。クライストロンは大規模な運用を想定して設計されており、TWTAよりも帯域幅は狭いものの、基準信号をコヒーレントに増幅できるため、出力の振幅、周波数、位相を精密に制御できるという利点があります。
シリコン短チャネルMOSFETなどの固体デバイス、例えば二重拡散金属酸化物半導体（DMOS）FET、GaAs FET、SiGeおよびGaAsヘテロ接合バイポーラトランジスタ/HBT、HEMT、IMPATTダイオードなどは、特に小型RF端末/携帯電話やアクセスポイントなどのアプリケーションにおいて、サイズと効率が重要な要素となる低マイクロ波周波数およびワットオーダーの電力レベルで使用されています。窒化ガリウム（GaN）やシリコン上または炭化ケイ素/SiC上のGaNなどの新素材は、HEMTトランジスタや、効率の向上、広帯域幅、数GHzから数十GHz程度の動作、数ワットから数百ワットの出力電力が求められるアプリケーションで登場しています。[ 38 ] [ 39 ]
マイクロ波増幅器は、増幅器の仕様やサイズ要件に応じて、モノリシック集積回路、モジュール集積回路、ディスクリート部品ベース、またはこれらの任意の組み合わせとして実現できる。
メーザーは非電子式のマイクロ波増幅器である。
楽器用アンプは、演奏中にギターなどの楽器の音量を増幅するために使用されるオーディオパワーアンプの一種です。アンプの音色は主に、EQと歪みを適用する順序と量によって決まります。[ 40 ]
これらの増幅器は、ワット数で人の声を増幅するために使用されます。例としては、メガホン、マイクロホン、個人用増幅器などがあります。これらは、スポーツイベント、学校、建設現場、消防・安全関連などで使用されています。
増幅器の分類方法の一つとして、入力回路と出力回路の両方に共通するデバイス端子の種類に基づくものがあります。バイポーラ接合トランジスタの場合、共通エミッタ、共通ベース、共通コレクタの3種類に分類されます。電界効果トランジスタの場合、対応する構成は共通ソース、共通ゲート、共通ドレインであり、真空管の場合は共通カソード、共通グリッド、共通プレートとなります。
共通エミッタ（または共通ソース、共通カソードなど）は、ベースとエミッタ間に印加される電圧を増幅するように構成されることが最も多く、コレクタとエミッタ間で取り出される出力信号は入力に対して反転されます。共通コレクタ構成では、ベースとコレクタ間に入力電圧を印加し、エミッタとコレクタ間に出力電圧を取り出します。これにより負帰還がかかり、出力電圧は入力電圧に追従する傾向があります。この構成は、入力インピーダンスが高く、信号源に負荷がかからない場合にも使用されますが、電圧増幅率は1未満です。そのため、共通コレクタ回路は、エミッタフォロワ、ソースフォロワ、またはカソードフォロワとしてよく知られています。
出力が入力側にフィードバックされない増幅器は「単方向」と呼ばれます。単方向増幅器の入力インピーダンスは負荷に依存せず、出力インピーダンスは信号源インピーダンスに依存しません。[ 41 ]
出力の一部を入力に戻すためにフィードバックを使用する増幅器は、双方向増幅器です。双方向増幅器の入力インピーダンスは負荷に依存し、出力インピーダンスは信号源のインピーダンスに依存します。すべての増幅器はある程度双方向性を持っていますが、フィードバックがほとんど無視できるほど小さい動作条件下では、解析を簡略化するために、単方向増幅器としてモデル化されることがよくあります（例については、共通ベースに関する記事を参照してください）。
増幅器を分類するもう一つの方法は、入力信号と出力信号の位相関係によるものです。「反転増幅器」は、入力信号と180度位相がずれた出力信号を生成します（つまり、オシロスコープで観測される入力信号の極性反転または鏡像）。「非反転増幅器」は、入力信号波形の位相を維持します。エミッタフォロワは非反転増幅器の一種で、トランジスタのエミッタにおける信号が入力信号に追従する（つまり、ユニティゲインで一致するが、オフセットが生じる場合がある）ことを示します。電圧フォロワもユニティゲインを持つ非反転増幅器の一種です。
この説明は、アンプの単一段にも、アンプシステム全体にも適用できます。
他の増幅器は、その機能や出力特性によって分類される場合がある。これらの機能の説明は通常、完全な増幅器システムまたはサブシステムに適用され、個々のステージに適用されることはまれである。[ 42 ]
増幅器は、入力、出力、または段間の信号結合方法によって分類されることがあります。これらの種類には以下のようなものがあります。
周波数範囲やその他の特性に応じて、増幅器は異なる原理に基づいて設計される。
直流まで動作するアンプは、直流応答が必要な場合にのみ使用されます。直流信号用アンプは、部品の特性が時間とともにわずかに変化すると影響を受けやすくなります。チョッパ安定化アンプなどの特殊な方式を用いることで、アンプの直流特性における好ましくないドリフトを防ぐことができます。「DCブロッキング」コンデンサを追加することで、オーディオアンプから直流成分や超低周波成分を除去することも可能です。
増幅器は、その周波数範囲やその他の特性に応じて、さまざまな原理に基づいて設計されます。
回路内の接続部の長さが、最高周波数の波長の約1%（例えば、100MHzでは 波長が3mなので 、臨界接続長は約3cm ）を超えると、設計特性は大きく変化します。例えば、 PCB 配線の長さと幅を、選択素子またはインピーダンス整合素子として使用できます。数百MHzを超えると、特にインダクタなどの個別素子の使用が困難になります。ほとんどの場合、代わりに非常に厳密に定義された形状のPCB配線（ストリップライン技術）が使用されます。
アンプが扱う周波数範囲は、帯域幅（通常は、指定された帯域幅に達したときに応答が3dB低下することを意味する）で指定される場合もあれば、下限周波数と上限周波数の間のデシベル値が一定の範囲内にある周波数応答（例：「20Hz ～20kHz 、±1dB 」）で指定される場合もある。
上に示した実用的な増幅回路は、中出力オーディオアンプの基礎となるものです。現代のアンプによく見られる典型的な（ただし大幅に簡略化された）設計を採用しており、クラスABプッシュプル出力段と、全体的な負帰還を使用しています。図ではバイポーラトランジスタを使用していますが、FETや真空管でも同様の回路構成が可能です。
入力信号はコンデンサC1を介してトランジスタQ1のベースに結合されます。コンデンサは交流信号を通過させますが、抵抗R1とR2によって設定される直流バイアス電圧を遮断するため、前段の回路は影響を受けません。Q1とQ2は、ロングテールペアと呼ばれる構成で差動増幅器（2つの入力の差を定数倍する増幅器）を構成します。この構成は、出力からR7とR8を介してQ2に負帰還を供給することで、負帰還を容易に利用できるようにするために用いられます。
差動増幅器への負帰還により、増幅器は入力と実際の出力を比較できます。Q1からの増幅された信号は、第2段であるQ3に直接供給されます。Q3は共通エミッタ段であり、信号のさらなる増幅と出力段Q4およびQ5へのDCバイアスを提供します。R6はQ3の負荷を提供します（より良い設計では、定電流シンクなどのアクティブ負荷を使用するでしょう）。ここまでは、増幅器全体がクラスAで動作しています。出力ペアは、クラスABプッシュプル、または相補ペアとして構成されています。これらは（低い静止電流を消費しながら）電流増幅の大部分を提供し、DCブロッキングコンデンサC2を介して接続された負荷を直接駆動します。ダイオードD1とD2は、出力ペアに少量の定電圧バイアスを提供し、クロスオーバー歪みを最小限に抑えるために導通状態にバイアスします。つまり、ダイオードは出力段をクラスABモードにしっかりと押し込みます（出力トランジスタのベース-エミッタ間電圧降下が放熱によって減少すると仮定した場合）。
この設計はシンプルですが、内部フィードバックがDCから可聴域、さらにそれ以上の周波数まで動作するため、動作点が自動的に安定化され、実用的な設計の優れた基盤となります。実際の設計では、不要な発振を防ぐために、必要な周波数範囲を超える周波数応答をロールオフする回路要素が追加されるでしょう。また、ここに示したような固定ダイオードバイアスを使用すると、ダイオードが出力トランジスタと電気的にも熱的にも整合していない場合に問題が発生する可能性があります。出力トランジスタが過剰にオンになると、この段階では電源からの全電流が制限されていないため、容易に過熱して破損してしまう可能性があるからです。
出力素子の安定化を図る一般的な方法として、エミッタ抵抗（通常は1オーム程度）を挿入する方法があります。回路の抵抗値とコンデンサ値は、使用する部品とアンプの用途に基づいて算出されます。
実際の増幅器は、理想的な増幅器の不完全な実現です。実際の増幅器の重要な制約は、生成される出力が最終的に電源から供給される電力によって制限されることです。入力信号が増幅器で再現できる大きさを超え、またはデバイスの動作限界を超えると、増幅器の出力は飽和してクリッピングします。電源は出力に影響を与える可能性があるため、設計時に考慮する必要があります。増幅器の出力電力は、入力電力を超えることはできません。
アンプ回路は「オープンループ」特性を持ちます。これは、ゲイン、スルーレート、出力インピーダンス、歪み、帯域幅、信号対雑音比など、さまざまなパラメータによって表されます。多くの最新のアンプは、ゲインを所望の値に維持し、歪みを低減するために負帰還技術を使用しています。負帰還ループは、出力インピーダンスを低下させ、スピーカーの共振周波数付近におけるスピーカーの振動の電気的減衰を増加させるという意図された効果をもたらします。
アンプの定格出力電力を評価する際には、印加される負荷、信号の種類（音声または音楽など）、必要な出力電力の持続時間（短時間または連続）、および必要なダイナミックレンジ（録音済みまたはライブ音声など）を考慮すると良いでしょう。負荷まで長いケーブルが必要な高出力オーディオアプリケーション（映画館やショッピングセンターなど）では、電源側と負荷側に整合トランスを設置し、ライン出力電圧で負荷に接続する方が効率的な場合があります。これにより、重いスピーカーケーブルを長く配線する必要がなくなります。
不安定性や過熱を防ぐためには、ソリッドステートアンプに適切な負荷をかけることが重要です。ほとんどのアンプには、定格最小負荷インピーダンスが設定されています。
すべてのアンプは、電気損失によって熱を発生します。アンプはこの熱を対流または強制空冷によって放散する必要があります。熱は電子部品の損傷や寿命の短縮につながる可能性があります。設計者および設置者は、隣接機器への発熱の影響も考慮しなければなりません。
電源の種類によって、バイアス方式も多種多様になります。バイアスとは、能動素子を特定の領域で動作させるように設定したり、出力信号の直流成分を電源から得られる最大電圧の中間点に設定したりする技術です。ほとんどのアンプは各段で複数の素子を使用します。これらの素子は通常、極性を除いて仕様が一致しています。極性が反転した素子は相補ペアと呼ばれます。クラスAアンプは通常1つの素子のみを使用しますが、電源が正負両方の電圧を供給するように設定されている場合は、2つの素子を用いた対称設計が使用されることがあります。クラスCアンプは、定義上、単一極性の電源を使用します。
増幅器は、ゲインを高めるために複数の段を直列接続することがよくあります。これらの設計では、各段のニーズに合わせて、それぞれ異なるタイプの増幅器が使用される場合があります。例えば、最初の段はクラスA増幅器で、そこからクラスABプッシュプル第2段に信号が送られ、さらにクラスG最終出力段を駆動する、といった構成が考えられます。こうすることで、各タイプの長所を活かしつつ、短所を最小限に抑えることができます。
{{cite book}}ISBN /日付の不一致（ヘルプ）個々のゲインステージは回路トポロジーと動作クラスによって定義されますが、機能記述は通常、意図された出力アプリケーションに基づいて、アンプシステム全体の集合的な動作を特徴づけます。