パワーアンプクラス

電子工学において、パワーアンプのクラスは、異なるタイプのパワーアンプに適用される文字記号です。クラスは、アンプの特性と性能を大まかに示します。最初の 3 つのクラスは、アクティブなアンプ デバイスが電流を流す期間に関連しており、入力に適用された信号波形の周期の割合として表されます。このメトリックは、伝導角 (θ) として知られています。クラス A アンプは、信号の全周期 (θ = 360°) にわたって伝導します。クラス B は入力周期の半分だけ (θ = 180°)、クラス C は入力周期の半分よりずっと短い期間 (θ < 180°) にわたって伝導します。クラス D アンプは、出力デバイスをスイッチング方式で操作します。デバイスが伝導する時間の割合を調整して、ステージから パルス幅変調出力 (またはその他の周波数ベースの変調) を取得できます。

追加のアクティブ要素、電源の改善、または出力チューニングを備えた特殊用途のアンプには、追加の文字クラスが定義されています。また、メーカーが独自の設計を宣伝するために新しい文字シンボルを使用することもあります。

2010年12月までに、ABクラスとDクラスがオーディオアンプ市場のほぼすべてを占めるようになり、クラスABチップのコストが低いため、ポータブル音楽プレーヤー、ホームオーディオ、携帯電話では前者が好まれるようになりました。^[1]

パワーアンプ回路（出力段）は、リニア設計ではクラスA、B、AB、Cに分類され、スイッチング設計ではクラスDとEに分類されます。クラスは通常、増幅デバイスが電流を流す各入力サイクル（導通角）の割合に基づいています。^[2]導通角のイメージは、正弦波信号の増幅から派生しています。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。導通角は、アンプの電力効率と密接に関係しています。

下の図では、増幅デバイスとしてバイポーラ接合トランジスタが示されていますが、 MOSFETや真空管にも同じ特性があります。

クラスAアンプでは、入力信号の100%が使用されます（導通角θ = 360°）。アクティブ素子は常に 導通状態を維持します^{[3] 。}

クラス A で動作する増幅デバイスは、入力サイクルの全範囲にわたって伝導します。クラス A アンプは、出力段デバイスがクラス A 動作用にバイアスされている点が異なります。サブクラス A2 は、信号ピーク時にグリッドをわずかに正に駆動して、通常のクラス A (A1; グリッドは常に負^{[4] [5]} ) よりもわずかに多くの電力を供給する真空管クラス A 段を指すために使用されることがあります。ただし、これにより信号歪みが大きくなります^[要出典]。クラス A にバイアスされたトランジスタは基本的に常にドレイン電流があるため、効率が低く、トランジスタ内で熱が発生します。

• クラス A 設計は、クラス AB およびクラス B 設計では回路内に 2 つの接続されたデバイス (プッシュプル出力) が必要で、それぞれが波形の半分を処理するのに対し、クラス A では 1 つのデバイス (シングルエンド)を使用できるため、他のクラスよりもシンプルです。
• 増幅素子はバイアスされているため、デバイスは常に導通しており、静止（小信号）コレクタ電流（BJTの場合、 FETの場合はドレイン電流、真空管の場合はアノード/プレート電流）は、トランスコンダクタンス曲線の最も直線的な部分に近くなります。
• デバイスが「オフ」になることがないため、「オン」になる時間がなく、電荷の蓄積に問題がなく、一般に高周波性能とフィードバック ループの安定性が向上します (通常、高次高調波が少なくなります)。
• デバイスが「オフ」に最も近づくポイントは「ゼロ信号」ではないため、クラス AB およびクラス B 設計に関連するクロスオーバー歪みの問題は回避されます。
• 歪みが少ないため、ラジオ受信機で受信した弱い信号を増幅するのに適しています。

• クラス A アンプは非効率です。通常の構成では理論上の最大効率は 25% ですが、トランスまたは誘導結合構成では 50% が最大です。^{[6] [7]}パワーアンプでは、これにより電力が浪費され、バッテリーでの動作が制限されるだけでなく、運用コストが増加し、定格出力のより高いデバイスが必要になります。非効率性は定常電流に起因します。定常電流は最大出力電流の約半分でなければならず、低信号レベルでは電源電圧の大部分が出力デバイスに存在します。クラス A 回路から高出力電力が必要な場合、電源とそれに伴う熱が重要になります。負荷に供給されるワットごとに、アンプ自体はせいぜい 1 ワット余分に使用します。高出力アンプの場合、これは非常に大きくて高価な電源とヒートシンクを意味します。
• 出力デバイスは常にフル稼働状態にあるため (クラス A/B アンプとは異なり)、アンプがこれを考慮して特別に設計されていない限り、寿命はそれほど長くなく、アンプの保守や設計にかかるコストが増加します。

クラス A パワーアンプの設計は、より効率的な設計に取って代わられましたが、そのシンプルさから一部の愛好家の間で人気があります。高価な高忠実度クラス A アンプは、主にクロスオーバー歪みがなく、奇数次高調波歪みと高次高調波歪みが低減していることから、オーディオ愛好家の間で「カルトアイテム」と見なされる市場があります^[8] 。クラス A パワーアンプは、独特の音質とビンテージトーンの再現性のため、 一部の「ブティック」ギターアンプでも使用されています。

クラス A アンプを好む愛好家の中には、いくつかの理由から、トランジスタの代わりに熱電子バルブ (真空管) 設計の使用を好む人もいます。

• シングルエンド出力段は非対称の伝達特性曲線を持ち、生成された歪みの偶数次高調波は（プッシュプル出力段のように）打ち消されない傾向があることを意味する。真空管やFETの場合、歪みのほとんどは二乗法則 伝達特性からの2次高調波であり、一部の人にとっては「暖かく」て心地よい音を生み出す。^{[9] [10]}
• 低歪みを好む場合は、クラス A の真空管 (前述のように、奇数次高調波歪みをほとんど発生しない) と対称回路 (プッシュプル出力段やバランスのとれた低レベル段など) を併用すると、偶数次歪み高調波のほとんどがキャンセルされ、歪みのほとんどが除去されます。
• 歴史的に、真空管アンプは、真空管が大きくて高価であるという理由だけで、クラス A パワーアンプとしてよく使用されてきました。多くのクラス A 設計では、単一のデバイスのみが使用されます。

トランジスタは真空管よりもはるかに安価なので、より多くの部品を使用する複雑な設計でも、真空管設計よりも製造コストが安くなります。クラス A デバイスのペアの典型的な用途はロングテール ペアです。これは非常に直線性が高く、多くのオーディオ アンプやほぼすべてのオペアンプなど、より複雑な回路の基礎を形成します。

クラス A アンプは、オペアンプの出力段で使用されることがあります^[11] (ただし、「741」などの低価格のオペアンプのバイアス精度は、デバイスや温度によって異なり、クラス A、クラス AB、またはクラス B のパフォーマンスになる場合があります)。これらは、中出力、低効率、高コストのオーディオ パワー アンプとして使用されることがあります。消費電力は出力電力とは無関係です。アイドル時 (入力なし) の消費電力は、基本的に高出力ボリュームのときと同じです。その結果、効率が低く、熱放散が大きくなります。

クラス B アンプでは、アクティブ デバイスはサイクルの 180 度にわたって導通します (導通角 θ = 180°)。波形の半分だけが増幅されるため、出力信号には大きな高調波歪みが直接存在します。そのため、クラス B アンプは通常、同調負荷で動作します。同調負荷では、高調波が一連の共振器によってグランドに短絡されます。特にオーディオ周波数での歪みを低減する別の方法は、プッシュプル構成で 2 つのトランジスタ デバイスを使用することです。各トランジスタ デバイスは信号サイクルの半分 (180°) にわたって導通し、デバイス電流が結合されて負荷電流が連続します。^[12]

無線周波数では、負荷への結合が同調回路を介して行われる場合、同調回路に蓄積されたエネルギーが波形の「欠けている」半分を供給するため、クラス B で動作する単一のデバイスを使用できます。クラス B で動作するデバイスは線形増幅器で使用されます。線形増幅器と呼ばれるのは、無線周波数の出力電力が入力励起電圧の 2 乗に比例するためです。これは、「出力電圧は入力電圧に比例するため、出力電力は入力電力に比例する」と述べると理解しやすくなります。この特性により、増幅器を通過する振幅変調信号または周波数変調信号の歪みが防止されます。このような増幅器の効率は約 60% です。^[13]

クラスBアンプが2つの能動素子で信号を増幅する場合、各素子はサイクルの半分以上動作します。効率はクラスAアンプよりも大幅に向上します。^{[14]クラスBアンプは、}トランジスタラジオなどの電池駆動のデバイスでも好まれています。クラスBの理論上の最大効率はπ/4（≈78.5％）です。^[15]

クラス B の要素を使用する実際の回路は、右に示す非常に簡略化された相補ペア配置のようなプッシュプル ステージです。相補デバイスはそれぞれ、入力信号の反対側の半分を増幅するために使用され、その後、出力で再結合されます。この配置は効率に優れていますが、通常、クロスオーバー領域 (信号の 2 つの半分の間の「結合」部分) でわずかな不整合が発生するという欠点があります。これは、1 つの出力デバイスが、もう 1 つの出力デバイスが終了するとすぐに電力供給を引き継ぐ必要があるためです。これをクロスオーバー歪みと呼びます。改善策としては、デバイスをバイアスして、使用していないときに完全にオフにならないようにする方法があります。この方法は、クラス AB動作と呼ばれます。

クラス AB アンプでは、導通角はクラス A とクラス B の中間 (導通角 θ > 180°) です。2 つのアクティブ要素のそれぞれが半分以上の時間導通します。クラス AB は、アンプにとって良い妥協案であると広く考えられています。これは、多くの種類の入力信号が名目上は「クラス A」領域にとどまるほど静かで、そこでは高い忠実度で増幅され、定義上、この領域から外れると十分に大きくなるため、クラス B に典型的な歪み生成物は比較的小さくなるためです。クロスオーバー歪みは、負帰還を使用することでさらに低減できます。

クラス AB 動作では、各デバイスは波形の半分ではクラス B と同じように動作しますが、残りの半分でも少量の電流を伝導します。^[16]その結果、両方のデバイスが同時にほぼオフになる領域 (「デッド ゾーン」) が縮小されます。その結果、2 つのデバイスからの波形を組み合わせると、クロスオーバーが大幅に最小化されるか、完全に排除されます。静止電流(信号がないときに両方のデバイスを流れる定常電流)の正確な選択は、歪みのレベル (およびデバイスを損傷する可能性のある熱暴走のリスク) に大きな違いをもたらします。多くの場合、この静止電流を設定するために適用されるバイアス電圧は、出力トランジスタの温度に合わせて調整する必要があります。(たとえば、右に示す回路では、ダイオードは出力トランジスタの物理的近くに取り付けられ、一致する温度係数を持つように指定されます。) 別の方法 (多くの場合、熱追跡バイアス電圧で使用される) は、エミッタと直列に小さな値の抵抗を含めることです。

クラス AB は直線性を優先するためクラス B よりも効率が若干犠牲になり、効率は低くなります (通常、トランジスタ アンプの全振幅正弦波では 78.5% 未満、クラス AB 真空管アンプではさらに低いのが一般的)。通常、クラス A よりもはるかに効率的です。

真空管アンプの設計では、クラスを表す接尾辞が付加されることがあります。たとえば、クラスB1などです。接尾辞1は、入力波形のどの部分でもグリッド電流が流れないことを示し、接尾辞2は、入力波形の一部でグリッド電流が流れることを示します。この区別は、アンプのドライバ段の設計に影響します。接尾辞は半導体アンプでは使用されません。^[17]

クラスCアンプでは、入力信号の50%未満が使用されます（導通角θ<180°）。歪みは大きく、実用的には負荷として同調回路が必要です。効率は無線周波数アプリケーションでは80%に達することがあります。^[13]

クラスCアンプの一般的な用途は、単一の固定搬送周波数で動作するRF送信機であり、歪みはアンプの同調負荷によって制御されます。入力信号はアクティブデバイスを切り替えるために使用され、負荷の一部を形成する同調回路に電流パルスが流れます。 ^[18]

クラス C アンプには、同調モードと非同調モードの 2 つの動作モードがあります。^[19]この図は、同調負荷のない単純なクラス C 回路の波形を示しています。これは非同調動作と呼ばれ、波形を分析すると信号に大きな歪みが現れていることがわかります。適切な負荷 (誘導性容量性フィルタと負荷抵抗など) を使用すると、2 つのことが起こります。1 つ目は、出力のバイアス レベルがクランプされ、平均出力電圧が電源電圧に等しくなることです。このため、同調動作はクランパーと呼ばれることもあります。これにより、アンプに 1 極性電源しかないにもかかわらず、波形が適切な形状に戻ります。これは、2 番目の現象、つまり中心周波数の波形の歪みが少なくなるということに直接関係しています。残留歪みは同調負荷の帯域幅に依存し、中心周波数では歪みがほとんど見られませんが、信号が同調周波数から離れるほど減衰が大きくなります。

同調回路は、固定キャリア周波数という 1 つの周波数で共振するため、不要な周波数は抑制され、必要な完全な信号 (正弦波) が同調負荷によって抽出されます。アンプの信号帯域幅は同調回路のQ 係数によって制限されますが、これは重大な制限ではありません。残留高調波は、さらにフィルターを使用して除去できます。

実際のクラス C アンプでは、同調負荷が必ず使用されます。一般的な構成の 1 つでは、上記の回路に示されている抵抗器が、入力信号の周波数で共振するように選択された並列同調回路に置き換えられます。インダクタとコンデンサを並列に接続した並列同調回路によって電力を負荷に結合できます。インダクタに巻かれた二次コイルによる変圧器の作用によって電力を負荷に結合できます。コレクタの平均電圧は電源電圧に等しくなり、同調回路に現れる信号電圧は RF サイクル中にほぼゼロから電源電圧のほぼ 2 倍まで変化します。入力回路は、アクティブ要素 (トランジスタなど) が RF サイクルの一部、通常は 1/3 (120 度) 以下でのみ導通するようにバイアスされます。^[20]

アクティブ素子は、コレクタ電圧が最小値を通過する間のみ導通します。これにより、アクティブデバイスでの電力消費が最小限に抑えられ、効率が向上します。理想的には、アクティブ素子は、その両端の電圧がゼロのときにのみ瞬間的な電流パルスを通過させます。その場合、電力は消費されず、100% の効率が達成されます。ただし、実際のデバイスでは通過できるピーク電流に限界があるため、十分な電力量を得るにはパルスを約 120 度まで広げる必要があり、その場合の効率は 60～70% になります。^[20]

クラス D アンプは、出力デバイスを制御するために何らかの形式のパルス幅変調を使用します。各デバイスの導通角は入力信号に直接関連しなくなり、代わりにパルス幅が変化します。

クラスDアンプでは、能動素子（トランジスタ）は線形ゲイン素子ではなく電子スイッチとして機能し、オンまたはオフのいずれかになります。アナログ信号は、アンプに適用される前に、パルス幅変調、パルス密度変調、デルタシグマ変調、または関連する変調技術によって信号を表すパルスのストリームに変換されます。パルスの時間平均電力値はアナログ信号に正比例するため、増幅後に信号をパッシブローパスフィルタでアナログ信号に戻すことができます。出力フィルタの目的は、パルスストリームをアナログ信号に平滑化し、パルスの高周波スペクトル成分を除去することです。出力パルスの周波数は通常、増幅する入力信号の最高周波数の10倍以上であるため、フィルタは不要な高調波を適切に低減し、入力を正確に再現できます。^[21]

クラス D アンプの主な利点は電力効率です。MOSFET では 90% を超える効率が達成可能で、80% を超える効率もかなり一般的です。出力パルスの振幅は固定されているため、スイッチング素子 (通常はMOSFETですが、真空管やバイポーラ トランジスタも使用されます) は、リニア モードで動作するのではなく、完全にオンまたは完全にオフに切り替わります。MOSFET は通常、完全にオンのときにオン状態抵抗が最も低く動作するため、その状態では (完全にオフのときを除いて) 消費電力が最も低くなります。同等のクラス AB デバイスと比較して、クラス D アンプの損失が低いため、 MOSFET 用のヒートシンクを小さくすることができ、必要な入力電力も削減されるため、容量の小さい電源設計が可能になります。したがって、クラス D アンプは通常、同等のクラス AB アンプよりも小型です。

クラス D アンプのもう 1 つの利点は、デジタル信号ソースから動作でき、最初に信号をアナログ形式に変換するデジタル - アナログ コンバータ(DAC) を必要としないことです。信号ソースがデジタル形式の場合 (デジタル メディア プレーヤーやコンピューターのサウンド カードなど)、デジタル回路はバイナリ デジタル信号をアンプに適用されるパルス幅変調信号に直接変換できるため、回路が大幅に簡素化され、ノイズが侵入する可能性が減ります。

中程度の出力を持つクラス D アンプは、通常の CMOS ロジック プロセスを使用して構築できるため、他の種類のデジタル回路との統合に適しています。そのため、アンプがメイン プロセッサまたは DSP とダイを共有する場合、オーディオが統合されたシステム オン チップでよく使用されます。

クラス D アンプはモーターの制御に広く使用されていますが、パワー アンプとしても使用されています。ただし、増幅前に信号がパルス変調形式でない場合は、まず変換する必要があり、追加の回路が必要になる場合があります。スイッチング電源は、粗雑なクラス D アンプに改造されることさえあります (ただし、通常、これらは許容できる精度で低周波のみを再生します)。

高品質のクラス D オーディオ パワー アンプは市場で簡単に入手できます。2009 年には、ハイエンドの消費者向け製品で 118 dB のダイナミック レンジが見られました。ただし、実用的なコストを考慮して、現時点では [2022]、ほとんどのダイナミック レンジは 100 dB 近くにとどまっています。これらの設計は、品質の点で従来のクラス A および AB アンプに匹敵すると言われています。クラス D アンプの初期の用途は、車の高出力サブウーファー アンプでした。サブウーファーは一般に 150 Hz 以下の帯域幅に制限されているため、アンプのスイッチング速度はフルレンジ アンプほど高速である必要がなく、よりシンプルな設計が可能になります。サブウーファーを駆動するためのクラス D アンプは、クラス AB アンプに比べて比較的安価です。

このアンプ クラスを指定するために使用される文字D は、単にCの次の文字であり、時々そのように使用されますが、デジタルを表すものではありません。クラス D およびクラス E アンプは、出力波形が表面的にはデジタル シンボルのパルス列に似ているため、誤って「デジタル」と説明されることがあります。しかし、クラス D アンプは、入力波形を連続的にパルス幅変調されたアナログ信号に変換するだけです。(デジタル波形はパルス コード変調されます。)

他のアンプ クラスは、主に以前のクラスのバリエーションです。たとえば、クラス G およびクラス H アンプは、入力信号に従って電源レールが変化する (それぞれ離散的または連続的) のが特徴です。過剰な電圧が最小限に抑えられるため、出力デバイスの無駄な熱を減らすことができます。これらのレールで給電されるアンプ自体は、どのクラスでもかまいません。これらの種類のアンプはより複雑で、主に非常に高出力のユニットなどの特殊なアプリケーションに使用されます。また、クラス E およびクラス F アンプは、従来のクラスの効率が重要となる無線周波数アプリケーションに関する文献でよく説明されていますが、いくつかの側面が理想的な値から大幅に外れています。これらのクラスは、出力ネットワークの高調波チューニングを使用してより高い効率を実現し、伝導角特性のためクラス C のサブセットと見なすことができます。

クラスEアンプは、無線周波数で使用される高効率の調整済みスイッチング電力増幅器です。単極スイッチング素子と、スイッチと負荷の間に調整済みリアクティブネットワークを使用します。この回路は、スイッチング素子をゼロ電流（オンからオフへのスイッチング）またはゼロ電圧（オフからオンへのスイッチング）のポイントでのみ動作させることで高効率を実現し、デバイスのスイッチング時間が動作周波数に比べて長い場合でも、スイッチでの電力損失を最小限に抑えます。^[22]

E級アンプは1975年に初めて報告されたとよく言われます。^[23]しかし、E級アンプの動作の完全な説明は、1964年のジェラルド・D・ユーイング博士論文に記載されています。^[24]興味深いことに、解析設計方程式は最近になってようやく知られるようになりました。^[25]

プッシュプル アンプと CMOS では、両方のトランジスタの偶数次高調波が打ち消されます。実験により、これらのアンプで方形波を生成できることがわかっています。理論上、方形波は奇数次高調波のみで構成されます。クラス D アンプでは、出力フィルターがすべての高調波をブロックします。つまり、高調波はオープン負荷になります。そのため、高調波の小さな電流でも電圧方形波を生成するのに十分です。電流はフィルターに印加される電圧と同位相ですが、トランジスタ間の電圧は位相がずれています。したがって、トランジスタを流れる電流とトランジスタ間の電圧の重なりは最小限です。エッジが鋭いほど、重なりは小さくなります。

クラスDではトランジスタと負荷が2つの別々のモジュールとして存在するのに対し、クラスFはトランジスタの寄生などの不完全性を許容し、高調波で高インピーダンスになるようにグローバルシステムを最適化しようとします。^[26]もちろん、オン状態の抵抗に電流を流すには、トランジスタ両端に有限の電圧が必要です。両方のトランジスタを流れる合計電流は主に第1高調波であるため、正弦波のように見えます。つまり、正方形の中央に最大電流が流れる必要があるため、正方形に窪みを持たせること、つまり電圧方形波のオーバースイングを許容することが理にかなっている場合があります。クラスF負荷ネットワークは、定義により、カットオフ周波数以下で送信し、それより上で反射する必要があります。

カットオフより下にあり、その第 2 高調波がカットオフより上にある周波数はすべて増幅できます。つまり、オクターブ帯域幅です。一方、大きなインダクタンスと調整可能な静電容量を備えた誘導性容量性直列回路は、実装が簡単かもしれません。デューティ サイクルを 0.5 より下に下げると、出力振幅を変調できます。電圧方形波形は劣化しますが、過熱は全体的な電力の流れが低下することで補償されます。フィルターの後ろの負荷の不一致は、第 1 高調波電流波形にのみ影響します。明らかに、純粋な抵抗負荷のみが意味を持ち、抵抗が低いほど電流が大きくなります。

クラス F は正弦波または方形波で駆動できます。正弦波の場合、入力はインダクタで調整してゲインを増やすことができます。クラス F を単一のトランジスタで実装すると、フィルタは偶数次高調波を短絡させるため複雑になります。これまでの設計はすべて、オーバーラップを最小限に抑えるために鋭いエッジを使用しています。

より効率的な技術でクラス AB 出力段を強化し、歪みを抑えながら効率を高めるアンプ設計は多種多様です。効率の向上がなければヒートシンクや電源トランスが大きすぎて (コストも高く) なってしまうため、大型オーディオ アンプではこうした設計が一般的です。「クラス G」と「クラス H」という用語は、異なる設計を指すために互換的に使用され、メーカーや論文によって定義が異なります。

クラス G アンプ (「レール スイッチング」を使用して消費電力を減らし、効率を高めます) は、クラス AB アンプよりも効率的です。これらのアンプは、異なる電圧で複数の電源レールを提供し、信号出力が各レベルに近づくと、それらの間で切り替えます。したがって、アンプは出力トランジスタでの無駄な電力を削減することで効率を高めます。クラス G アンプはクラス AB よりも効率的ですが、クラス D と比較すると効率は低くなります。ただし、クラス D のような 電磁干渉の影響はありません。

クラス H アンプは、無限に変化する (アナログ) 電源レールを作成します。これらはレール トラッカーと呼ばれることもあります。これは、電源レールを変調して、レールが出力信号を「追跡」する任意の時点で出力信号より数ボルトだけ大きくなるようにすることで行われます。出力段は常に最大効率で動作します。これは、音楽電圧ピークが + および - 80 V 電源からの追加電圧を必要とするほどの大きさになるまで、レール トランジスタ (T2 および T4) をカットオフ状態に維持する回路機能によるものです。回路図を参照してください。クラス H アンプは、実際には直列に接続された 2 つのアンプと考えることができます。図に示されている回路図の例では、+/- 40 V レール アンプは、8 オームの負荷に約 100 ワットを連続的に生成できます。出力信号が 40 ボルト未満で動作している場合、アンプの損失は 100 W アンプに関連するものだけです。これは、クラス H の上位デバイス T2 および T4 が、音楽信号の出力が 100 ～ 400 ワットの場合にのみ使用されるためです。実際の数値を気にせずにこの効率を理解する鍵は、400 ワット対応のアンプでありながら、100 ワット アンプの効率を備えていることです。これは、音楽の波形には 100 ワット未満の長い期間が含まれ、最大 400 ワットの短いバーストのみが含まれるためです。言い換えると、400 ワットでの損失は短い期間です。この例を、40 V 電源の代わりに 80 V 電源のみを使用してクラス AB として描画した場合、T1 および T3 トランジスタは、0 V ～ 80 V の信号全体で導通する必要があり、短い高エネルギー バーストだけでなく、波形期間全体を通じて対応する損失が発生します。このレール トラッキング制御を実現するために、T2 および T4 は、それぞれ低電圧側の T1 および T3 と直列に接続された電流増幅器として機能します。 T2 と T3 の目的は、アンプ出力が正のピーク (39.3 V 以上) のときにダイオード D2 をバックバイアスし、出力が負のピーク (-39.3 V 未満) のときにダイオード D4 をバックバイアスできるようにすることです。100 ワットから 400 ワットの音楽ピークの間、すべての電流は +/-80 V レールから供給されるため、+/-40 V レールは電流を供給しません。ただし、この図は単純化しすぎていて、実際には T2 と T4 のトランジスタをまったく制御しません。これは、出力電圧を上位デバイスに戻すためのパスを提供することを目的としたダイオード D1 と D3 が常に逆バイアスされているためです。これらは逆方向に引き出されます。実際の設計では、これらのダイオードの代わりに、vout を入力として使用するゲイン付き電圧アンプが必要になります。実際のクラス H 設計で Vout と T2 ベース間のゲイン要件が求められる理由は他にもあります。それは、T2 に適用される信号が常に Vout 信号より「先」にあることを保証するためであり、レール トラッカーに「追いつく」ことはありません。これを保証するために、レール トラッカー アンプのスルー レートは 50 V/μs であるのに対し、AB アンプのスルー レートは 30 V/μs しかない場合があります。

• クラスTアンプ
• クラスXDアンプ