40Wゼロディストーション・パワーアンプの製作: トランジスタ技術2019年10月号(黒田氏回路)を診た

[技術的な定義の矛盾を整理し、電子工作ファンや消費者が誤った認識で商品を選ばないための注意喚起を目的としています」

診た、たま消た。

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DIODEをいれてショックレー方程式にあがなう回路と診るのが正しい。信号のリニア性はDIODEとVbeの喧嘩になる。

RFの周波数逓倍回路を 現代audioでみるとはおどろいた。信号ラインにDIODEをカソード上で吊るすと逓倍できる。だいたい30次あたりまで生成できる。

Teibai2_2

これをAUDIOでみる時代か、、

歪率は diode次第だ

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K1_2

公開回路が示すように エコーサウンドデバイスを使っておる。

kuroda_amp120191221.pdfをダウンロード

人気??の2SC2837の特性上で、不感帯モードが存在する、オマケに余韻もついてくる。 SEPP  AUDIO用としては疑念がつく。 

K2ベースに信号が入ってからawakeするまでの時間がサンケンから公開されておる。終段sleep状態は不感帯モード中。BIASは0.73V以上掛けないとだめだろう

電荷ぬくまで1.4μ秒は必要なので、音がまともにでてくるかはよくわからん。曲の終わりで無信号になっても余韻出てきそうだ。(データシートには残留音でる時間が1.4usあると明示してる)

余韻 ととるか お邪魔な残留音ととるかは user次第。

余韻はオシロ波形で公開されておった。 SR=30V/usと OP627(SR=55v/us)の効果はある。 

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10k2_2

10khz_8oh

進相によってアンプの平坦特性はきえるね。挙動的には1950年のインピーダンス利用のブースト回路にちかい。

と思って回路みたらピーキングコイルはいってるわ。なんだよ1950年の古典でした。75年前の古典をもってきたのが流行りか、、、。

トラ技の公開回路は 非線形動作を基本としておる。

アレキサンダー氏は exp × log = Linear になるように考えてある。特性同士での完全キャンセルは困難だが設計はそれをねらっている。

an211.pdfをダウンロード

評価項目 アレキサンダー型アンプ (元祖) 黒田式アンプ (kuroda AMP-1)

op ampの電源ラインからの信号吸いだし思想

物性相殺の数理
・expとlogの相補バランス
NFB丸投げ
・表面的なギミックの模倣
TR(Q7/Q8)の挙動 線形電流変換の仲介
・対数補正を伴うリニアなキャリア輸送

upperは2SC1845任せの電流制限
・物性限界による非線形動作20mAになる(頭打ち)

オペアンプ出力の処理 対数補正回路へ接続
・半導体接合で変換
抵抗R11で接地。後段へはC=680PFで結線。出口エネルギーの大半を捨てる。

開ループ時の歪み対策 事前に中和・消去
・exp × log = Linear
完全放棄
・非線形パルスのまま次段へ
SEPPでの信号接合部状態 破綻せずリニアに動作
・対数補正により時間軸が一致
完全に破綻
・PNP/NPNの3倍の速度差で破綻
高域におけるNFBの役割 軽微な過渡補正
・開ループ特性が良いため安定
過負荷による失速
・速度差の歪みを補正しきれない
高域電源リップル(PSRR) 高い防御力を維持
・物性相殺によりリップルを遮断
完全喪失 (垂れ流し)
・出力へリップルノイズが混入
製作記事の波形公開 あり (理論通りの実測波形)
・AN-211等の論文に堂々掲載

雑誌には不記載
・WEBの波形写真をみると高域発振ぽい。線が太くてあやしい。

この回路は、「自分でわざと信号をR11で捨て、C5で低域を切り、その破壊した分を高性能OPアンプの超能力(多量NFB)で力ずくで復元させている」設計コンセプトらしいですね。

余韻1.4usはトランスリニア回路??によって足算されて大きくなる。シングルトーンではバレナイが、マルチトーンではバレル。 IMDをみたいね。

 
 
 
 

和製の嘘

 トランスリニアから「電流の積が一定になる式Ic1 x Ic2 = Ic3 x Ic4 」 を導き出して一般に公開したのは、ハリス社や発明者のSteven R. Jost氏ではなく、

後年(主に2000年代以降)になってこの特許を発掘し、勝手に数式で解析した日本のオーディオ研究家や自作アンプファンの個人ウェブサイト群です。

後年のファンによる個人解析記事を、さも「1990年にハリス社が公式に発表した特許の数式である」ようにとらえておるのは間抜け。 英語特許読んでごらんよ。

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ギルバート氏が定義した「Translinear」の本当の語源は、以下のフレーズの略(造語)である。
"Transconductance is linear in the (collector) current"
(伝達コンダクタンス gm が、コレクタ電流 Ic に対して比例(リニア)している)
すなわち、半導体の内部パラメーター(gm = Ic / Vt)の一次関数関係を指しているに過ぎない

ギルバート氏は「電流密度の積はイコールです」を証明した。密度だよ。

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トランジスタ内部の自明な対数(ショックレーの非直線)特性をパズルのように組み合わせて相殺し、結果として極めてオフセットの少ない、綺麗な直線性を生み出すためのバッファアンプ特許であり、動特性が同一であることが前提である。 つまりIC内部でしか成立しない。

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トランスリニア特許は、トランスリニアは、多重変調回路( TRを抵抗レスでスイッチング動作させるIC 内部回路 :1974年執筆)。論文表題は TRANSLINEAR CIRCUITS: A PROPOSED CLASSIFICATION

  

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上図のように コレクター電流が10ピコアンペア~50uAでしか成立しないのね。工業系インテリなら既知だよ。

「電流密度の積が一定」これが、ギルバート氏の定理。

半導体製造工程においてのpn接合面についての理論を論文にしたので、バラ部品を対象にしていない。 アルファベットは J 或いはJcで表現される。

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まあ50Hzから70Hzのシングルトーンもみたいと思うのですね。

くりかえすが、トランスリニアは演算器向けの乗算回路なのですね。コレクター電流1pAからながしても50uAくらいの世界。 そうするとexp関数、log関数だけの支配化になって直線性が確保できるの。ここもlh0002, an-227に書いてある。

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オペアンプ(OPA627AP)単体のデータシート上の静止消費電流は最大7.5mAです。
しかし、この回路(kuroda AMP-1)が大信号を駆動しているときの「動的な消費電流(Q8を通過する電流)」という意味であれば、MAX 20mA程度で頭打ち(制限)になるという見立ては物理的に極めて正確です。
理由は、「ベース電位の緊縛」と、オペアンプの出力制限が完全に連動しているからです。
電流がMAX 20mA前後で制限される3つの物理的理由
  1. ツェナー給電抵抗(R25:4.7kΩ)による大元の電流制限
    • Q8のベースを縛っているツェナーダイオード(ZD1:12V)には、メイン電源から R25 (4.7kΩ) を経由して電流が供給されています。
    • メイン電源が例えば±35Vだとすると、この抵抗を流れる電流は (35V - 12V) / 4.7kΩ ≒ 約4.9mA です。ツェナー自身の動作電流を引くと、Q8のベースに供給できる電流 Ibは最大でも数mA以下に厳しく制限されています。
  2. Q8の特性によるコレクタ電流の限界
    • Q8(2SC1845)のベース電流が数mA以下に制限されている以上、そのコレクタ電流(オペアンプの電源ピンへ流れ込む電流)も、トランジスタの飽和特性によって動的に20mA前後で強制的に頭打ちになります。
  3. オペアンプ出力負荷(R11:22Ω)との衝突
    • オペアンプの6番ピン(出力)の先には R11 (22Ω) という非常に重い(低い)抵抗が繋がっています。
    • 信号大のときにオペアンプがこの22Ωに向かって大電流を流そうとしても、電源の入り口(Q8)が上記のように20mA程度で制限をかけているため、それ以上のエネルギーを絞り出すことができません。

この20mAで終段は400Wほどドライブできて、エネルギー変換効率0.1くらだから出力40Wは成立する。 ただし入力と出力の相似性はよわい

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1.4µsの「音が勝手に滲み出る」地獄
  • 音が「ジャーン!」と鳴り響いている大信号時から、突然「静寂(無信号)」に切り替わるとき、スピーカーに送るべき信号(命令)は一瞬でゼロになります。
  • しかし、パワー段のLAPTのベースには、直前まで大電流を流していた膨大な電荷(キャリア)が1.4µsもの間、文字通り「居残り」をしています。
  • そのため、アンプは命令を無視して、ベース領域のキャリアが消滅(引き抜き、または自然再結合)するまでの1.4µs間、スピーカーへ勝手にダラダラと電流を垂れ流し続ける

「人間の耳」と「物性の時間軸」のミスマッチ
  • 1.4µs(0.0000014秒)という時間は、人間の耳で直接「音がまだ鳴っている!」と知覚できるほど長くはありません。そのため、クラシックの曲の終わりで本当に「残響」として耳に聞こえるわけではありません。
  • しかし、「音の立ち下がり特性(過渡応答:トランジェント)」としては完全に致命傷を負っています。
  • 楽器の音がピタッと止まったその瞬間の「無音への切れ味(静寂の美)」が、1.4µsの物性的なダラダラ(残留音の混入)によって完全にスポイルされ、音がどこか濁り、空間の空気感がボヤける原因になります。

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オイラ的には エコーで1.4us鳴るデバイスはつかわないよ。 この時代に エコー付きデバイスは流行らないとおもうけどなあ。 それとも流行りなの???

歪計のFFTは10次あたりまでなので、100kHzあたりから上の歪はノーカウント。 固定周期信号で測定するので超よい数字になる。歪エネルギー分布は信号より低い周波数でぱらぱらとある。 

 トラ技では動的歪は計測してくれてないので、実際の歪は不明。 

わざと計測しない手法もあるのがアンプの分野。

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1. 「100kHz以上はノーカウント」になる理由
多くのオーディオ向け歪率計やFFTアナライザは、サンプリングレートが192kHz〜200kHz、あるいはアナログ帯域制限(LPF)が100kHz前後に設定されています。
  • 10次高調波まで:基本波(測定したい信号)が10kHzの場合、10次高調波は100kHzになります。
  • 帯域外のカット:基本波が20kHzを超えると、2次(40kHz)や3次(60kHz)は拾えても、それ以上の高次歪は測定器の帯域外(あるいはFFTのナイキスト周波数以上)になり、完全に無視されます。
結果として、高周波特性が悪いアンプであっても、高域の歪みが「見えない(測定されない)」ため、データシート上は非常に優秀な数字になります。
2. 「固定周期信号」によるマジック
音楽のような過渡的(トランジェント)なダイナミック信号ではなく、1kHzや10kHzの一定サイン波(正弦波)で測定すると、システムは「定常状態」になります。
  • 電源の電圧降下や、熱的な揺らぎ、動的な相互変調歪(TIM歪など)が発生しにくくなります。
  • 回路の非線形性だけが綺麗にプロットされるため、実使用環境とはかけ離れた「超よい数字(カタログスペック)」が叩き出せます。
 
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科学的に回路は考えたいですね。
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