【2005/1/22】
ここではバランとは、バイファラ巻きした１：１のトランスとします｡接続の方法によって､順巻同相形トランスとバランに分かれます｡
基礎的な詳細については､「パルストランスと応用回路」小柴典居著 産報出版を参照してください｡
１．順巻同相形トランス
順巻同相形トランスは、通常のトランスのように1次と2次に分けて使います｡浮遊容量を省略すると負荷にはいる等価容量C1は
C12
C1=----- (n-1)^2
３ｎ^2
ここで､C12は1次2次間の容量、ｎは巻き線比です。ここで、n=1よりC1=0となる｡
しかし､前出の本よりC'12:等価1次2次間容量は、
C'12=C12/3
より､1次2次端子間の容量が減ると言う特徴があり、等価回路は、
図１順巻同相形トランスの等価回路と接続
となり、従来のトランスとだいぶ趣が異なる｡またプレシュートが入るという特徴がある｡また、周波数特性は､共振回路の共振周波数に谷がある｡
プレシュートを避けるには､いくつか方法があるが前述の本にゆずる｡
このトランスは必要になったときまた登場する｡
２．バラン
バランは、
図２ バランの使用例
となるので､DC的にはつながっています｡これを左右を逆にすると､
図３ ここで使用する回路
ここで､使用するモデルは､
図４ モデル
等価容量3000PF 巻き線抵抗100Ω インダクタンス30H 結合度0.999999 とします｡
では、図３に適応してみましょう｡rを1KΩRを1KΩでは、
図５ １：１のバランの特性
３．インピーダンス変換
インピーダンス変換をしてみましょう｡
図６ 1:4インピーダンス変換
条件は､同じく負荷1Kドライブ1Kです。
図７ １：４のインピーダンス変換の特性
同じように負荷側を並列信号源側を直列にして5個使って､1:25のトランスを構成すると
図８ １：２５のインピーダンス変換
図９ １：２５のインピーダンス変換の特性
これをみるとグラフからゲインが約-14dBです。インピーダンス比１：２５ですから、電圧比は1:5となりますから-14dBです。大体あっていますね｡
これを繰り返してお試し版PSPICEでは19個が限界なのですが､
図１０ １：３６１のインピーダンス変換の特性 負荷１K ドライブ１K
グラフから読み取ると-26dBです。１：１９ですから、-25.5dBであっています｡
ではここで､いきなり信号源インピーダンス3K負荷を8Ωにすると
図１１ １：３６１のインピーダンス変換の特性 負荷８Ω ドライブ3K
グラフから読み取ると-36dBですね。-10dB余分に減衰しています｡周波数特性は､25Hz-500KHzくらいでしょうか｡
ドライブインピーダンスを3Kとして負荷を振ってみると､
図１２ １：３６１インピーダンス変換の特性 負荷 □８ ◇１６ ▽３２ △６４ ○１２８Ω＋２５６Ω ドライブ3KΩ
今度は､負荷を16Ωとしてドライブインピーダンスを振ってみましょう｡
図１２ １：３６１インピーダンス変換の特性 負荷 16Ω ドライブ□500◇1K▽3K△6KΩ○１２KΩ
これで見るとドライブインピーダンス1Kで-30dBで-4dBロスがありますが､ｆ特は3Hz-500KHzくらいですね。
では、出力インピーダンスを求めると､
図１２ １：３６１インピーダンス変換の出力インピーダンス特性 ドライブ□500◇1K▽3K△6KΩ○12KΩ
これでみると16Ω負荷で1Kドライブで､7.2ΩですからDF=2.2ですね。
４．多段かさね
では、もっと効率よく変換させるために2段がさねにしたらどうでしょうか｡
図１３ 多段重ねのイメージ
最初は､２個次が4個次が8個となって、全部で､14個ですがインピーダンスは１：６４の場合､
図１４ ３段重ねの１：６４のインピーダンス変換 の特性 負荷１K ドライブ１K
次の段は16個でインピーダンス変換は､１：256になります｡合計30こになります｡お試し版PSPICEでは、出来ません｡
低域特性が改善されました。
5.ハイブリッド（電力合成）
バランは電力合成にも使えます｡
図１５ ハイブリッドの構成
先ほどバランに負荷抵抗250Ω信号源抵抗500Ω ２Rは1000Ω 電圧1V にて調べると
図１６ ハイブリッドの電力合成
上、中は信号源で下は合成端の負荷抵抗の電力｡巻き線抵抗が100Ωなので幾分ロスがある｡
では、片側を0.5Vにすると､
図１７ ハイブリッドの電力合成 片側１V 片側0.5V
これをみると図16,17をみくらべると上はあまり影響を受けてないことがわかる｡真中は1/4になっているのは電圧が1/2になったためで､うまくいっている｡
出力は､巻き線抵抗によってロスがある｡
以上から､ハイブリッドを併用してインピーダンス変換と電力合成が可能になるのはわかった｡但し巻き線抵抗の影響を受けなくする必要がある｡
【2005/2/5】【2005/2/10】
バランを30個も使うのは不経済と思い､同一のコアに多数のバイファラまきをつけてこれでうまくいかんだろうかと浅はかな結果を挙げておきます｡
バイファラ巻きは4組です。
図１８ 同一コアに4組のバイファラ巻き線をつけて１：１６のインピーダンス変換させたとき 負荷□６◇１２▽25△50○１００＋200Ω
ドライブインピーダンスは1KΩ。インピーダンス変換していません｡
【2005/2/10分】 これは、同一コアに巻いた4つのバイファラまきを順巻き同相トランス4個にして2次側を並列にして1次側を直列にしたものです。ドライブインピーダンス1KΩ二次側は負荷□６◇１２▽25△50○１００＋200Ωです。
間違いを訂正します｡
また、トランスは､インピーダンス変換するLPFですから、バターワース風のＬＣ１段のLPFでインピーダンス変換をしてみました｡
ドライブインピーダンス1KΩ負荷10Ωでカットオフ100KHzです。
図１９ LPFの特性
ただし、ＤＦはまったく話になりません｡あたりまえですが｡
【2005/3/26】
１．ハイブリッド
電力合成用のバランであるハイブリッドについて要求仕様を検討します｡
巻き線抵抗0.5Ω、インダクタンス１Hのものを調べてみました｡
図２０ 測定回路
2.5Ωはアンプの内部抵抗です｡DF3.2を想定しています｡もっと低いのは､バランの巻き線抵抗をもっと下げないといけなくなるので難しいでしょう｡
この図の測定回路にて､
図２１ 電流波形
電流波形を見るとVS,VS2の干渉は起きてないようです｡VS電圧V(1)、VS2電圧V(101)と電流の極性は測定の関係で反転していますが､負荷電流の極性はあっています｡
図２２ 周波数特性 インダクタンス １H
周波数特性は1MHz以上まであり､かなりよくなっています｡
では、インダクタンスをさげてみましょう｡０．１Hです。
図２３ 周波数特性 インダクタンス ０．１H
低域で､電力が干渉しているようです｡
図２４ 電流波形 インダクタンス ０．１H
インダクタンスを０．５Hにしたとき､
図２５ 電流波形 インダクタンス ０．５H
図２６ 周波数特性 インダクタンス ０．５H
では、０．３Hでは、
図２７ 周波数特性 インダクタンス ０．３H
図２８ 電流波形 インダクタンス ０．３H
いじょうから、波形を見ると0.5H以上は必要であることがわかりました｡
DFを調べてみましょう｡インダクタンスは１Hです。
図２９ 負荷からみた出力インピーダンス特性 上：拡大 下：全体
出力インピーダンス1.5ΩですからDFは５．３です。もともとが3.2だったので､倍とまではいかないにしてもいい数値です｡
【2005.5.21】
スピーカーをつないでみます。まずアンプの出力インピーダンスとの関係は､
図３０ スピーカー負荷時のアンプの出力インピーダンスと出力特性 □１Ω◇２Ω▽３Ω△４Ω○６Ω＋８Ω×16Ω
ここで、2.5Ωとして､
図３１スピーカー負荷時の出力特性
図３２スピーカー負荷の周波数特性
図３３ スピーカー負荷の周波数特性 アンプ出力インピーダンス2.5Ωと5Ω