後藤勝由2

D級アンプはデジタルアンプと混同されますが、その本質は電気が通る道を物理的に切り替えるスイッチング動作にあります。

D級アンプの回路の入り口にはコンパレータという比較器があります。　ここで音楽信号と一定の周期で刻まれる三角波の信号をぶつけ合わせます。　音楽の電圧が三角波より高いときはプラスの電圧を、低いときはマイナスの電圧を出し、パルス状の信号を生みだします。　これがパルス幅変調（PWM）と呼ばれる工程で音の強弱をパルスの時間の長さに置き換えています。

このPWM信号は次の二つのパワーMOSFETへと送られます。　回路構成は電源のプラス側とマイナス側の間に二つの素子を直列に配置したプッシュプル構成とっています。　これは一方のスイッチが閉じればもう一方が開くというシーソーのような動きです。　上のスイッチがONのときは正電源からスピーカーへ電流を送り出すプッシュの状態となり、逆に下のスイッチがONのときはスピーカーから電流を吸い込むプルの状態となります。

ここでA級アンプとの違いが現れます。　A級アンプは引き込みの局面でも上の素子から電流を流し続けその差分で制御していましたが、D級アンプは上のスイッチを完全に切り離して下のスイッチだけで道を作ります。　MOSFETを完全にONかOFFの状態だけで動作させるため、A級のように素子自体が抵抗となって熱を出す無駄がほとんどありません。　このスイッチングによって作られた高電圧のパルスを出口のLCフィルターに通すことで余分な高周波を取り除き、再び滑らかな音楽の波形へと復元してスピーカーを鳴らしています。

この仕組みにおいてアンプがスピーカーをどれだけ正確に制御できるかを示す指標がダンピングファクターです。　スピーカーのボイスコイルは慣性で動く際に自ら発電機となり、アンプ側へ電流を押し返す逆起電力を発生させます。　D級アンプのプッシュプル回路は音楽信号がない瞬間であっても常にどちらかのMOSFETが低い抵抗値でONの状態にあります。　特にプルの状態で下のスイッチがONになっているときはスピーカーの端子がグラウンドに直結された状態になります。　スピーカーが勝手に動こうとして逆起電力を発生させても、このON状態の道が巨大な逃げ道となって電流を速やかにバイパスしてします。　この低い出力インピーダンスが強力な制動力となり、ボイスコイルの不要な揺れを瞬時に止めて引き締まった音の立ち上がりを実現しています。