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用語集 › 無線工学 › 基礎

B 級プッシュプル（SEPP）と効率 びーきゅうせっぷ

一陸技

特性の相補的な NPN と PNP（コンプリメンタリ）を縦に積み、正の半周期と負の半周期を 1 個ずつが受け持つ B 級の電力増幅回路。出力トランスなしで負荷を直接駆動でき（SEPP）、最大効率は π/4 ≒ 78.5〔%〕。

試験ではここ

令和8年7月期 問13 は RL = 9〔Ω〕、V = 18〔V〕の理想 B 級 SEPP で、Tr₁ のコレクタ電流の最大値 ICm1 = V/RL = 2.0〔A〕と負荷の最大電力 Pmo = V²/(2RL) = 18〔W〕を求める計算。最大効率 78.5〔%〕、コレクタ損失が最大になる条件、クロスオーバひずみの原因と対策（わずかな順バイアス）も穴埋めで出ます。

B 級は、信号が無いときにコレクタ電流を流さない動作です。1 個のトランジスタでは半周期しか増幅できないので、2 個を使って上半分と下半分を分担させます。NPN と PNP を縦に積み、2 つのエミッタのつなぎ目から負荷へ出力するのが SEPP（シングルエンデッド・プッシュプル）です。出力トランスが要らず、無信号時の消費電力がほぼ零なので効率が高くなります。

コンプリメンタリ SEPP 回路（令和8年7月期 問13）
令和8年7月期 問13 のコンプリメンタリ SEPP。Tr₁（NPN）が正の半周期、Tr₂（PNP）が負の半周期を受け持ち、エミッタの接続点から RL へ出力
B 級プッシュプルの電流波形とクロスオーバひずみ
各トランジスタのコレクタ電流は半波。合成した負荷電流は正弦波になる。バイアス 0 では 0.6〔V〕付近がつながらずクロスオーバひずみが出る
最大出力と電流の最大値
I_{Cm} = \dfrac{V_m}{R_L}, \qquad P_o = \dfrac{V_m^2}{2 R_L}, \qquad P_{o\max} = \dfrac{V^2}{2 R_L}\ (V_m = V)

Vm は出力電圧の振幅（最大値）。理想では電源電圧 V まで振れる。電力は実効値で計算するので 2 で割る。片側のトランジスタは正の半周期だけ ICm まで流す

電源から供給される電力と効率
P_{DC} = \dfrac{2 V V_m}{\pi R_L}, \qquad \eta = \dfrac{P_o}{P_{DC}} = \dfrac{\pi}{4}\cdot\dfrac{V_m}{V}

半波の平均電流は Im/π で、それが 2 個分。Vm = V で効率は最大の π/4 ≒ 0.785、つまり 78.5〔%〕。A 級の最大 50〔%〕（トランス結合）・25〔%〕（抵抗負荷）より高い

コレクタ損失（2 個の合計）
P_C = P_{DC} - P_o = \dfrac{2 V V_m}{\pi R_L} - \dfrac{V_m^2}{2 R_L}, \qquad P_{C\max} = \dfrac{4 V^2}{\pi^2 R_L}\ \left(V_m = \dfrac{2V}{\pi}\right)

損失は最大出力のときではなく Vm = 2V/π（約 64〔%〕の振幅）で最大になる。PCmax は Pomax の 4/π² ≒ 0.405 倍。1 個あたりはその半分 ≒ 0.2 倍

B 級 SEPP の出力電力・電源電力・コレクタ損失・効率
振幅比 Vm/V に対する出力電力・電源電力・コレクタ損失・効率。損失は Vm/V = 2/π で山、効率は右端で 78.5〔%〕

典型問題の解き方（RL = 9〔Ω〕、V = 18〔V〕の理想 B 級 SEPP）

手順

  1. 出力電圧の振幅 理想動作なので Vm は電源電圧いっぱいの 18〔V〕まで振れる
  2. コレクタ電流の最大値 ICm1 = Vm/RL = 18/9 = 2.0〔A〕（Tr₁ は正の半周期にこの値まで流す）
  3. 負荷の最大電力 Pmo = Vm²/(2RL) = 18²/(2×9) = 324/18 = 18〔W〕。Vm²/RL = 36〔W〕は最大値で計算した誤り
  4. 電源電力と効率（確認） PDC = 2VVm/(πRL) = 2×18×18/(π×9) ≒ 22.9〔W〕、η = 18/22.9 ≒ 0.785 = 78.5〔%〕
  5. コレクタ損失（確認） PC = 22.9 − 18 ≒ 4.9〔W〕（2 個合計）。最大損失は Vm = 2V/π ≒ 11.5〔V〕のとき 4V²/(π²RL) ≒ 14.6〔W〕
ひっかけ

最大効率は 78.5〔%〕（π/4）です。50〔%〕は A 級の値。電力は振幅の 2 乗を 2 で割ります。「コレクタ損失が最大になるのは最大出力のとき」は誤りで、振幅が電源の 2/π のときです。クロスオーバひずみは「B 級で無バイアスのため VBE ≒ 0.6〔V〕以下の入力で両方とも導通しない」ことが原因で、わずかな順バイアスを与える AB 級で減らします。SEPP は出力トランスを使わない（OTL）ので低域まで平坦で小型です。

上部の看板「B 級 SEPP：上下 1 個ずつで半周期を分担
上半分と下半分を 1 個ずつ。効率の上限は π/4 で、損失の山は途中の振幅にある

この用語を押さえる問題

一陸技 ・ 日本無線協会 令和8年7月期 無線工学の基礎 問13

図に示す理想的な B 級動作をするコンプリメンタリ SEPP 回路において、トランジスタ Tr₁ のコレクタ電流の最大値 ICm1 及び負荷抵抗 RL〔Ω〕で消費される最大電力 Pmo の値の組合せとして、最も近いものを下の番号から選べ。ただし、二つのトランジスタ Tr₁ ...

正答: ICm1=2.0〔A〕　Pmo=18〔W〕

正しい。理想 B 級 SEPP では出力電圧の最大振幅は電源電圧 V = 18〔V〕まで振れる。Tr₁ は正の半周期を受け持ち、そのコレクタ電流の最大値は ICm1 = V/RL = 18/9 = 2.0〔A〕。負荷の最大電力は正弦波の実効値から Pmo = (Vm/√2)²/RL = Vm²/(2RL) = 324/18 = 18〔W〕。

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