電子デバイス講座

リニア？リミティング？アンプもいろいろ

様々な場面でアンプを使用しますが、その目的は減衰して小さくなった信号やもともと小さい信号を増幅することです。アンプにはいろいろな分類の仕方がありますが、その中の一つにリニアアンプとリミティングアンプという分類の仕方があります。それぞれの違いと特長について以下に説明します。

一般的にリニアアンプは入力した信号を一定の比率で増幅して出力するため入力レベルと出力レベルが比例しているのに対して、リミティングアンプはある一定以上のレベルが入力した場合は出力のレベルは変化せず固定します。 図1はあるリニアでもリミティングでも使用可能なアンプの入力レベル対出力レベルの特性を示しています。このアンプは電圧利得が10倍（=20dB）なので、①の入力レベルでは0.1Vの入力に対して1Vの出力、0.2Vの入力に対しては２Vの出力を得られるためリニアアンプと言えます。ところが②で示す領域になると理想的には0.5Vの入力に対して５V、0.7Vの入力に対して７Vを出力すべきところ、実際のカーブではいずれの場合でも3.5Vの出力となります。これは②の領域でリミティング動作をしていることを示しています。

図1 アンプの入出力特性

このリミティングアンプの動作を波形で示すと図2のようになります。この例では出力レベルは3.5Vでリミットされます。後段の入力レベルに制約がある場合や後段でデジタル的な処理を行う場面でリミティングアンプは使用されます。またリミティングアンプではリンギングやオーバーシュートなどの波形の乱れが圧縮されるため、波形整形の効果を期待してリミティングアンプを使用する場合もあります（図3）。

図2 リミティングアンプの動作

図3 リミティングアンプによる波形整形

一方リニアアンプは図3に示すように、入力信号を忠実に増幅します。どれほど忠実に増幅しているかを示す指標にリニアリティ（直線性）がありますが、より良いリニアリティを得るためには図4に示すようにグラフの実際カーブが理想直線と重なった領域で使用する必要があります。

近年光通信でもPAMなどの多値信号が使われています。この多値信号の増幅にリニアリティの良くないアンプを使用してしまうと出力波形は図5に示すような歪んだものになってしまいます。PAM信号を忠実に増幅するためにはリニアリティの良いリニアアンプを使用することが必要です。

図4 リニアアンプの動作

図5 リニアリティによる波形の違い

アンリツのドライバ/アンプモジュール AH series >