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2 AC 100V版

回路は，ぺるけさんの原回路(http://www2.famille.ne.jp/˜teddy/pre/pre6.htm)と全く同じです(図16)．

AC100V_sch.png

図 16: AC 100V版の回路図
\begin{figure}. % \end{figure}
出力コンデンサは940$ \mu$F，電源のコンデンサは2000$ \mu$Fです． FETは， ドレイン電流が1.2mAのときのゲート電圧が近いものをペアにして使いました． この場合，ソース側にバランス調整用の半固定抵抗を使わずとも， ドレイン電圧の差が0.5V以内に収まりました． 写真では半固定抵抗が付いていますが，基板裏側でショートしてあります．

ケースはタカチのHEN110420にしました． 電源トランスは，ノグチトランスのPM18X02を使いました． トランスと増幅部の距離が取れないので， 念のためにショートリングを付けました．

電源部はユニバーサル基板に組みましたが， 横着をしてサイズを切りつめなかったため， ピンジャックと干渉して取付が困難となり， 3本のネジで固定しています． 写真では電源部のパワートランジスタに放熱器が付いていませんが， 動作時にかなり熱くなるため，小型の放熱器を取り付けました．

HPA_AC100V_outer.jpg

図 17: AC 100V版の外観
\begin{figure}.\hfill.\par % \end{figure}

HPA_AC100V_inner.jpg

図 18: AC 100V版の内部
\begin{figure}.\hfill.\par % \end{figure}

2.1 シミュレーション

負荷を開放したときの， 無帰還とゲインを9dBに調整した場合の周波数特性を 図19に示します．

AC100V_sim_ac_1.png

図 19: 帰還ありとなしの周波数特性(シミュレーション)
\begin{figure}. % \end{figure}
無帰還時のゲインは，25.9dB (19.7倍)です．

負荷抵抗を変化させた場合の周波数特性を 図20に示します．

AC100V_sim_ac_2.png

図 20: 負荷抵抗を変化させた場合の周波数特性(シミュレーション)
\begin{figure}. % \end{figure}
RL = 15 Ωの低域のカットオフ周波数は，2Hz程度です．

68Ωの負荷に1V出力時の波形を図21に示します．

AC100V_sim_tran.png

図 21: 1V出力時の波形(シミュレーション)
\begin{figure}. % \end{figure}
歪率は，0.0306%です．

出力インピーダンスの特性を図22に示します．

AC100V_sim_Zo.png

図 22: 出力インピーダンス特性(シミュレーション)
\begin{figure}. % \end{figure}
中域の出力インピーダンスは，0.84Ωです．

2.2 特性

負荷開放時のゲインを9dB (2.83倍)に調整した時の特性です． 消費電流は，発光ダイオードの電流を除いて91mAでした．

負荷開放時の出力電圧対歪率特性を図23に示します．

図 23: 負荷開放時の出力電圧対歪率特性(左：左チャネル，右：右チャネル)
\includegraphics[scale=0.8]{AC100V/dist_RLinf.ps}
無帰還時の特性は，後述のマイナス電源の改造後のものです．

負荷抵抗の違いによる出力電圧対歪率特性を図24に示します．

図 24: 負荷抵抗を変化させた場合の出力電圧対歪率特性
\includegraphics[scale=0.8]{AC100V/vo_dist_RL.ps}
この回路の場合，アイドル電流が実測で約31mAですから， 実効値で22mAまでA級動作します． その時の出力電圧は，
負荷(Ω) 15 22 33 47 68
出力電圧(V) 0.329 0.482 0.723 1.03 1.49
となりますが， AB級に移行しても歪率特性に顕著な違いは見られません．

負荷抵抗の違いによる出力電力対歪率特性を図25に示します．

図 25: 負荷抵抗を変化させた場合の出力電力対歪率特性
\includegraphics[scale=0.8]{AC100V/po_dist_RL.ps}

負荷抵抗の違いによる周波数特性を図26に示します．

図 26: 負荷抵抗を変化させた場合の周波数特性
\includegraphics[scale=0.8]{AC100V/freq_RL.ps}
無帰還時のゲインは20.2倍(26.1dB)で，負帰還量は17.1dBです．

出力インピーダンスの周波数特性を図27に示します．

図 27: 出力インピーダンスの周波数特性
\includegraphics[scale=0.8]{AC100V/Zo.ps}
中域における出力インピーダンスは，約0.8Ωです．

1V出力時のクロストーク特性を図28に示します．

図 28: クロストーク特性
\includegraphics[scale=0.8]{AC100V/crosstalk.ps}
低域は測定限界以下であり，高域も問題ありません．

残留雑音は，以下の通りです．

チャネル 600kHz 80kHz 30kHz A特性
L 27.5$ \mu$V 13.0$ \mu$V 10.2$ \mu$V 4.2$ \mu$V
R 26.6$ \mu$V 10.6$ \mu$V 6.8$ \mu$V 4.0$ \mu$V

68Ωを負荷にしたときの方形波応答を， 図29に示します．

AC_RL68.jpg

図 29: 方形波応答(左 10kHz，右 100kHz)
\begin{figure}.\hfill.\par % \end{figure}
オーバーシュートもなく，素直な波形です．

2.3 改造

本機では，2V以下の出力で歪みが急増しています． ぺるけさんの作例では，2V程度まで低歪みで出力できるようです． この歪みがどこで発生しているのか，シミュレータで調べてみました．

歪みは差動段で発生しています． 負帰還が入力の逆側に掛かっているので， 負帰還の量が多いと，大きな同相入力が加わり， 定電流回路が正しく動作しなくなります． Q3のエミッタは，Q4の VBE (約0.62V)だけマイナス電源より高く， それにQ3の飽和電圧(約0.2V)を加えた0.8Vが， 回路が正常に働くのに必要な電圧になります． 私がマイナス電源用に使用したダイオード1N4007 2本では， マイナス電圧が約-1.28Vであり， 初段のFETのバイアスが-0.26Vなので， 同相入力範囲は 1.28 + 0.26 - 0.8 = 0.74Vが限界となります． したがって，入力電圧が 0.74/$ \sqrt{{2}}$ = 0.52Vを超えると 歪みが発生します．

差動段の出力側，および出力段にはまだ余裕がありますから， マイナス電源を高くすれば，この問題を回避できます． ダイオード1本あたりの電圧を高くするため， 小信号用のダイオード1N4148に変更し，4本直列で使用しました．

改造後の負荷抵抗の違いによる出力電圧対歪率特性を図30に示します．

図 30: 負荷抵抗を変化させた場合の出力電圧対歪率特性(改造後)
\includegraphics[scale=0.8]{AC100V/mod_vo_dist_RL.ps}
負荷開放では3Vを超える出力が得られています．

改造後の負荷抵抗の違いによる出力電力対歪率特性を図31に示します．

図 31: 負荷抵抗を変化させた場合の出力電力対歪率特性(改造後)
\includegraphics[scale=0.8]{AC100V/mod_po_dist_RL.ps}
すべての負荷抵抗において，100mWの出力が1%以下の歪みで得られています．
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Ayumi Nakabayashi
平成25年12月30日