半導体アンプ古典回路で学ぶ
QUAD405 （電流帰還制御）やプロムリーのアンプ時代(1970年から1977年）が、アナログAUDIOの頂点だろう。
これ以降のオーディオ界は、半導体の素子性能（超高ゲインのICやオペアンプ）の向上に甘え、「中身は非対称で歪みだらけでも、100dB以上の超ディープNFBをかければ測定器上の数字はゼロになる」という方向に流れてたのね。
情報密度が UPPER と LOWER で100倍くらい違っても、波形上に整うのね。
オイラ的には、1970年から1976年の古典で学習するのがいいとおもうよ。
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1930年代に生まれた差動入力回路の、本来の目的は主に2つあります。
1. 同相ノイズ（外来雑音）のシャットアウト
- 背景： 電話線やテレビの送信用ケーブルを長く引き回すと、周囲の電磁波から巨大なブーンという雑音（ノイズ）が乗ってしまいます。
- 解決策： 信号を「プラス」と「マイナス」の逆相ペアで送り、差動回路で受け取ります。すると、両方の線に等しく乗った「外来ノイズ（同相信号）」だけが引き算で綺麗に相殺（キャンセル）され、純粋な信号だけを取り出すことができます
2. 生体計測（脳波・心電図）の微小信号の検出
- 背景： 1930年代の医学界（ケンブリッジ大のブライアン・マシューズなど）は、人間の脳波や筋肉が発する「数マイクロボルト」という極微小な電気信号を測定しようとしていました。しかし、人体そのものが周囲のAC電源ノイズを拾うアンテナになってしまい、計測不能でした。
- 解決策： 人体の2箇所から信号を取り、差動アンプに通すことで、人体に乗った巨大なハムノイズを消し去り、純粋な生体信号だけを拡大して取り出すことに成功しました。
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つまり、もともとは「過酷なノイズ環境から、必要な信号だけを救い出すための防護服」として生まれた引き算の技術。
それが後に、「IC（オペアンプ）を作るのに直流が安定して好都合だから」とオーディオアンプに移植され、さらには「電流を非線形に動かせるから変調器（CA3028）に最適だ」と無線工学に転用されていったという歴史の流れがあります。
と 非線形動作（ノンリニア）が 差動入力回路の特徴です。
NFBで補正しても限度があり 40dBから50dB程度しか直線レンジとれませんね、差動入力回路。
電流応答が「tanh（双曲線正切関数）」のS字カーブを描く
トランジスタの差動ペアに電圧を入力したとき、出力される電流の特性は直線ではなく、数学的に「\(\tanh \)
（タンジェント・ハイパボリック）」という非線形なS字カーブになります。- 入力が 0V 付近の極めて狭い領域だけ、見かけ上リニアっぽく見える。
- 入力が少しでも大きくなると、カーブが急激に寝てしまい、完全にノンリニア（非線形）になる。
このtanh 特性のおかげ、差動入力回路がまともに（見かけ上の）直線性を保てるのは、入力電圧がわずか「±25mV（常温の熱電圧Vt」程度までです。それを超えると信号の頭を押し潰してチョッピング（スイッチング）する動作に変わる。
オーディオアンプにおける最大のごまかし
オーディオアンプでは、数ボルトもの音楽信号が飛び交います。
そのため、この「±25mVで破綻するノンリニアな差動回路」を無理やり使うために、以下の2つの強引なごまかしを行っています。
そのため、この「±25mVで破綻するノンリニアな差動回路」を無理やり使うために、以下の2つの強引なごまかしを行っています。
- エミッタ抵抗（局部帰還）による引き伸ばし:
エミッタに抵抗を挟んで、無理やりノンリニアなカーブを薄めて引き伸ばし、直線に見せかける。 - 超ディープNFB（負帰還）による強制補正:
出力から入力へ莫大な負帰還をかけ、差動入力の直前での差電圧が「常にほぼ0V（±25mVの枠内）」に収まるように外側から縛り付ける。
しかし、外側からどれだけNFBで縛り付けようとも、素子自体の本質が「tanhの非線形スイッチング・変調デバイス」であることには変わりありません。音楽の激しい過渡応答（トランジント）が入った瞬間、NFBが追いつかずに差動段がノンリニア領域へ飛び出し、信号を高周波ミキサーのように変調させてしまうのは必然です。
「オシロスコープの画面上（電圧波形）では、いかにも完璧に追従しているかのように表現されてしまう」というのが、この問題の最大の落とし穴であり、測定器がつく「嘘」です。
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信号密度（エネルギー）の破綻は、音の「密度」として現れる
電圧の形は100kHzに追従していても、それを支える電流の「信号密度（エネルギーの粗密）」は完全に不均等で、中で自己変調を起こしています。(差動入力回路利用半導体アンプは高速FM変調で動作中）
オシロスコープで「歪み率0.001%」と表示されようが、人間の耳が音を聴いたときに「高域がうるさい」「音が薄っぺらい」「響きが不自然に間引かれている」と感じるのは、オシロが表現できない「電流の信号密度の崩壊（変調の痕跡）」を、耳がダイレクトに検知しているからに他なりません。
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オイラ的には、1970年から1976年の古典で学習するのがいいとおもうよ。
Ｑ： 市販のOP AMPは FM変調ぽい音しないよ
A:
市販のオペアンプが、あれほど激しい非線形（tanh）の塊である差動入力を持ち、中で高速FM変調的な時間軸の疎密（位相の揺らぎ）を起こしているはずなのに、なぜ耳で聴いて「FM変調っぽい音」がしないのか。そこには、ICならではの「圧倒的なミクロの物理的均一性」と「超多段による徹底的な隠蔽」があります。
市販のオペアンプで変調感が表に出ない理由は、主に以下の3点です。
1. ペア素子の「熱と特性」が100%完全に一致している（モノリシックICの強み）
ディスクリート（バラの部品）で差動回路やカレントミラーを組むと、トランジスタの熱の伝わり方や静電容量Cbeのわずかなズレが、そのまま時間軸の大きな非対称性（FM変調の引き金）になります。
しかし、市販のオペアンプは、1枚の極小のシリコンウェハ上に、1ミクロン（あるいはそれ以下）の距離で一対のトランジスタを焼き付けます。
しかし、市販のオペアンプは、1枚の極小のシリコンウェハ上に、1ミクロン（あるいはそれ以下）の距離で一対のトランジスタを焼き付けます。
- 2つの素子の温度が常に完全に同期している。
- 浮遊容量やキャリアの蓄積時間のズレが、ディスクリートとは比較にならないほどゼロに近い。
中身は非線形（ノンリニア）ですが、その非線形性が「上下・左右で完璧に対称」に揃っているため、変調のベクトルの大部分が内部で綺麗に相殺されます。そのため、FM変調の「揺らぎ」がマクロな音の濁りとして外に漏れ出てこないのです。
2. オープンループ・ゲインが「高すぎる（100dB〜120dB以上）」
市販のオペアンプ（例えばNE5532や、より現代的な高速オペアンプなど）は、内部が何段もの増幅ステージで構成されており、裸のゲイン（増幅率）が数十万倍〜数百万倍もあります。
これに深いNFBをかけると、入力ピンの直前（差動の2つのベース間）の電圧差は、マイクロボルトμV 単位、あるいはそれ以下という極限のゼロ領域に押し込められます。
これに深いNFBをかけると、入力ピンの直前（差動の2つのベース間）の電圧差は、マイクロボルトμV 単位、あるいはそれ以下という極限のゼロ領域に押し込められます。
差動回路がFM変調器（ノンリニア）として激しく暴れ出すのは、入力が「±25mV」を超えてカーブが寝る時です。しかし市販オペアンプは、あまりにも深いNFBの呪縛により、常時数μV という「tanhのカーブの中で最も直線に近い、針の穴のようなピンポイントの領域」から1歩も外に出させてもらえません。
そのため、変調動作そのものがミクロな領域に完全に封じ込められています。
そのため、変調動作そのものがミクロな領域に完全に封じ込められています。
3. 変調のエネルギーが「超高周波（メガヘルツ帯）」へ追いやられている
オペアンプの内部には、発振を防ぐための「位相補償容量 Cc 」が入っています。
これにより、内部で発生した高次の変調成分や、時間軸の微小な疎密のエネルギーは、音声帯域（20kHz以下）を遥かに超えた数MHz〜数十MHzという、人間の耳にもオシロスコープにも映らない超高周波の彼方へフィルタリングされて消し去られています。
これにより、内部で発生した高次の変調成分や、時間軸の微小な疎密のエネルギーは、音声帯域（20kHz以下）を遥かに超えた数MHz〜数十MHzという、人間の耳にもオシロスコープにも映らない超高周波の彼方へフィルタリングされて消し去られています。
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真空管アンプはリニア動作範囲が大きいのでリニアになるが、 「半導体はexp関数が支配するので exp関数で出力します」って最初に宣言すりゃ よかったのね。
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