パワーアンプについての質問

質問

こんにちは☆初めて質問します☆

今年から大学４回生になり、研究室に配属されました☆

そして自分の研究でパワーアンプを使用することになり、

担当教員からデジタルパワーアンプを自分で選んで購入するように言われました☆（もちろん自費でではないですが）

しかし、アンプに関しては全くの素人なので、何をどのように比較検討すればよいのかわかりません☆

そもそも今までパワーアンプに触れたこともありません；；

とりあえず「電流を増幅して出力させる（最大４～５アンペア程度）」ことが、今回のパワーアンプの使用目的です☆

そこで質問なのですが

１）パワーアンプのツマミをひねれば何の値が変化するのですか？

２）今回の用途(電流の増幅）の場合、製品のスペックのどの項目を見て比較すればよいですか？

ものすごく初歩的な質問だと思いますが身近に聞ける人がいないのでどうか教えてくださいm(__)m

回答No.3

inara · ベストアンサー

普通、パワーアンプとは電圧を増幅するものです（負荷に流れる電流が、アンプの入力電流より大きくなって、結果的に電流増幅になったとしても）。

アンプの電圧増幅率を A とすれば（ツマミを絞れば A<1 の場合もある）、アンプの入力電圧を V [V] としたとき、出力には A×V [V]の電圧が出てきます。もし出力に抵抗 R [Ω]の負荷がつながっていれば、負荷に流れる電流 I [A] は I = A×V/R となります。「最大４～５アンペア程度」というのは、アンプが出力できる最大電流のことで、それを超えないように、ツマミを調整したり、負荷抵抗の値を選んだりします。

デジタルアンプは、効率が良いのでアンプが発熱しにくい反面、出力信号がパルス列なのでインダクタンス成分の大きい負荷の駆動が難しい（配線長に注意する必要がある）・電磁ノイズが多いという特徴がありますが、アンプがアナログでもデジタルでも、入力電圧に比例した出力電圧を発生させるという意味では同じです。

１）パワーアンプのツマミをひねれば何の値が変化するのですか？
　→ A が変化します。
例えばヤマハのデジタルアンプ [1] のカタログの１ページ目の左側にある Specifications(仕様）の最大電圧利得という欄がありますが、Aの最大値はその数値です（32dB = 10^(32/10) = 39.8倍）。

２）今回の用途(電流の増幅）の場合、製品のスペックのどの項目を見て比較すればよいですか？
　→アンプの最大電流は「連続出力」の項目で計算できます。
ヤマハのデジタルアンプの例で言えば、負荷 8Ωで、20Hz～20kHzまで歪率0.1%以内で駆動できる最大パワーは、PC2001-Nの場合、片chあたり 900W なので、最大電流は P = I^2*R より、I = √(P/R) = √(900/8) = 10.6 [A] となります。この電流は実効値（RMS値）です。

8Ωの負荷に900Wの電力を入れたとき、負荷電流の実効値が 10.6Aなら、負荷にかかる電圧の実効値は 10.6×8 = 84.8V です。信号が正弦波なら、peak-to-peak電圧（波の山から谷までの電圧差）で 240V となります。アンプの最大電圧利得は 39.8倍でしたから、アンプの入力電圧は 240V/39.8 = 6V (peak-to-peak)を超えてはいけません。

なお、このヤマハのアンプは直流は増幅できません。カタログにあるPower Bandwidth（パワーバンド幅）が 10Hz～40kHzなので、この範囲の周波数の信号しか増幅できません。もし直流とか、ゆっくり変化する信号を増幅したいのなら、アンプなど使わず、直流安定化電源 [2] を使えば良いでしょう。DC電源の中には出力電圧を外部からコントロールできる端子が備わっているものがありますので、そこに信号を印加すれば（どれくらいの周波数まで応答するかは電源の仕様を見ていただくとして）、アンプと同じ働きをさせることができます。民生品でなく、工業用のアンプの中には直流から増幅できるもの [3] もありますが、これはデジタルアンプではありません。

[1] ヤマハ PC-1Nシリーズカタログ　http://www.yamaha.co.jp/product/proaudio/downloads/brochures/power_amps/pc1n_brochure_ja.pdf
[3] 直流安定化電源（最大電圧と最大電流を入れて検索すれば該当機種が出てくる）http://www.texio.jp/index2.html
[3] 工業用アンプ（DCから増幅可能）　http://www.nfcorp.co.jp/products/b/b03/b03-1.html

お礼

曖昧な質問内容にもかかわらず非常に丁寧な回答ありがとうございます☆

おかげで解決の糸口が見出せました☆

ちょっと自分でも勘違いしていたことが多かったみたいです☆

本当にありがとうございました☆

回答No.4

inara

ANo.3です。

ANo3で紹介した工業用アンプ [3] は仕事で使ったことがあります。
オーディオ用アンプも仕事で使ったことがありますが、ツマミの設定が定量的でないことと、経時変化が何も規定されていないので、正確なデータを取るのには適していません。オーディオ用アンプは安いので大量に必要なとき（多数のデバイスを駆動するとき）に使いましたが、実験用なら、直流から増幅できる工業用アンプをお薦めします（かなり高価です）。

【バイポーラとは？】
ANo.3の[3]で紹介したアンプは、バイポーラアンプという名前ですが、バイポーラとは入力に正負の電圧を入れられるという意味です（bipolar = ２極性）。当然出力にも正負の電圧が出ます。

【スルーレート】
出力電圧と出力電流の意味はお分かりだと思いますが、スルーレート（Slew Rate）とは、アンプの出力信号の変化の早さの最大値のことです。つまり、600V/μsとは、1μsの時間で600V上昇または下降する信号まで出力できるという意味です。これより速い信号を入力に入れても、出力信号はこれに追随できず、最大値の600V/μsの割合でしか変化できません。信号が正弦波の場合、山と谷の中間で最も電圧の変化が大きいのですが、この部分のスルーレート SR は、正弦波のpeak-to-peak振幅を A [V] 、周波数を f [Hz] としたとき、SR = π*A*f [V/s] = (π/10^6)*A*f [V/μs] となります。信号の振幅と周波数から計算されるスルーレート SR 以上のスルーレートを持つアンプを選んでください。

【周波数帯域】
周波数帯域というのは文字通りの意味ですが、これは出力振幅が小さいといき（上のスルーレートより小さいとき）、にちゃんと増幅できる周波数範囲のことです。周波数がこの範囲な内であっても、スルーレートが最大値を超えると波形が歪んでしまいます。

【出力範囲シフト機能】
「出力範囲シフト機能」も「DCオフッセット調整機能」も同じで、出力信号にDC成分を重畳させる機能です。これによって、脈流を発生させることができます。

【動作領域（4象限出力）】
アンプで駆動する対象（負荷）が抵抗などの受動素子でなく、自ら電圧を発生させるような能動負荷の場合、アンプの出力が正の電圧を出している状態で電流を引っ張ることができる、あるいはその逆（負の電圧を出している状態で電流を外に流すことができる）というのを４象限出力といいます。x軸に出力電流、ｙ軸に出力電圧をとったとき、４象限すべての領域で動作可能ということです。

回答No.2

rabbit_cat

本当に「デジタル」パワーアンプですか？
それでいて、電流を増幅することが目的ですか？
全くありえないとは言えませんが、ちょっと違和感があるのですが。あってます？

回答No.1

himara-hus

＞デジタルパワーアンプ
＞「電流を増幅して出力させる（最大４～５アンペア程度）」ことが、今回のパワーアンプの使用目的です

　意味が良くわかりません。
　質問を整理して、仕様または使用方法を分り易く記述ください。
　そうしないと誰も回答できないような気がします。
　例えば、「デジタルパワーアンプ」は何を増幅するの？
　デジタル信号を増幅するのかと思ったけど、すごい電流を増幅すると言うのでよくわかりません。
　入力はなんですか？（入力信号の周波数やレベルは？）