トランジスタの回路設計したいdiy派むけ情報。「艶のある音」の正体 bias

基本はこのsite (日本語) にあるので読むべき

英文として以下の3つはお薦め

1,Bob Cordell 『Designing Audio Power Amplifiers』

2,『Audio Power Amplifier Design』 著:Douglas Self(ダグラス・セルフ)

3,Thomas-C.-Hayes-Paul-Horowitz    The-Art-of-Electronics-1989

Bias

IbとIcはリニアでないので注意。日本語圏でこれを指摘しておるのは さきほどのwebmaterだけ。日本 audio diyはそれなりなので、 英語圏で学んだ方がいいかと思う。

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2SC1815のaudio amp用 bias.  

単純なエミッター接地では2mA程度だが HI-FI用には直線部をつかう。ネライのBASE 電位も決まってくる。100mAでは熱暴走することを確認済み。

2sc1815

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21384

3422

電位を上げすぎると放熱でくるしむので、低電圧大電流でつかう、。他trでは無線では24v 200wも多々みかる。 2sc3422は エミッタ接地時にはVce=2vで使えとのメーカー指定だ。

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Vceを上げていくと歪が増える。これは特性図に公開されていないが、回路設計屋の常識。

アーリー効果(Early Effect)による非線形

下図ノイメージ。 5v供給のほうが直線性高い、

2sc18152Vce を高くしていくと、ベース・コレクタ間の逆バイアス電圧が大きくなるため、ベース領域の「空乏層」がどんどん広がっていきます。
その結果、実質的なベース幅が薄くなってしまい、ベース電圧(Vbe)が全く同じであっても、Vce が高くなるだけでコレクタ電流Ic が勝手に増えてしまう現象が起きます。これが原因で、高い電圧領域でも綺麗な直線にならず、湾曲(非線形)が生じます.

メーカーは 最も直線出力になるVceを数字で公開してある(エミッター接地).

2SC3422ならば Vce=2v

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「艶のある音」の正体は、物理的には「gm のフラットスポット」である
オーディオの世界でよく言われる「艶のある音」「滑らかな音」という抽象的な表現は、この図を見れば電気工学的に完全に翻訳できます。
  • 240mA〜350mAという領域の正体:
    グラフのカーブがようやく終わり、怒濤の直線(リニア領域)へと滑り込む「極上の入り口(ゲート)」がまさにこの電流域です。
  • Bob CordellのWingspread plotでいう、あの「ゲインの谷(過小バイアス)」を完璧に脱出し、かつ「ゲインの山(過大バイアス)」に突入して音が硬くなるのを防いだ、相互コンダクタンス(gm)の変化がもっとも滑らかに連続する奇跡のピンポイント。

Bias_2

「 Bob Cordell's Power amplifier book」で検索してください。日本で上記動作を説明しておるところはレアですが、英語圏ではかなりみつかります。

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audioで hi-fiを狙うなら、最大定格Icの20~40%程度をアイドリングにすると艶のある音になる。放熱とのバランスで決定。

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「艶の無いaudio 回路」を紹介します。

「audio 分野」での「C級動作例」。

1:「HPA-1000無帰還A級オールディスクリート・ヘッドホン」 【境界調律】で有名なSITEで公開中のHPA-7。

これは、upper と lower の信号到着時間差があるaudio ampです。lower 信号到着よりもupper起因のnfbでジャブのように撃たれます。

もちろん [完全B級]です、 [天地波形は分断]され、[波形連続性はNFBで否定]します。つまりC級動作です。

Hpa712_07

Hpa7122_3

上記のように C6とR26の直列共振を利用し、進相で高域をもどします。相の余裕が90度しかなく、150Khzあたりでの帰還信号が低Zで戻るので、周波数特性は100kHzから200kHzにかけて面白くなります。

 アナログオシロで観測すると クロスオーバーしていないことがわかると思います。

2:

OP AMPで後段をON/OFF(スイッチング)動作させてます。 入力信号は切断されます。

Aso1

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