オートバランスの考察

1999/01/19 更新

1. 負荷バランスを考えたオートバランス回路

オートバランス回路は、以下のようにかけます。

--------- | | C1 r1 Eout1 G V2 Vin ---| -A1 |--||--^^^---------------------^^^^ | | | | ---- --------- ↓I1 >R1 >RG1 |K V1a > Ic > | → | | RC | ------------------------^^^------------- | |Ec | | | | | | | | > --- | ↓I2 >R2 > /// | V1b > |RG2 V3 | -------- | | |K | | | C2 r2 | | G --- ----| -A2 |--||--^^^----------------------^^^ | | Eout2 -------- 図1 一般的なオートバランス回路 r1,r2は、A1、A2の内部抵抗です。r1,r2,A1,A2,RG1,RG2,C1,C2ともに等しいとします。 Ecは、Eout1と同極性なので、

|Eout2-Ec| > |Eout1-Ec|

である事は、明白です。R1とR2とRCを調整して、|Eout1|=|Eout2|にできたとして、

I1+Ic=I2

I1≠I2

したがって、A1とA2の負荷は、決して同じに成らないので、 動作点の対称動作は、基本的にありません。 そこで、負荷バランスを中心に考えると、以下のようになります。

--------- | | C1 r1 Eout1 G V2 Vin ---| -A1 |--||--^^^---------------------^^^^ | | | | ---- --------- ↓I1 >R1 ↓I3>RG1 |K V1a > > | | | | ----------------------- ----- | |Ec | | | | | | | | > --- | ↓I2 >R2 > /// | V1a > |RG2 V3 | -------- | ↓I4| |K | | | C2 r2 | | G --- ----| -A2 |--||--^^^----------------------^^^ | | Eout2 -------- 図2 負荷バランスを考えたオートバランス回路 このばあい、必ず

I1=I2

となります。

|Eout2-Ec| > |Eout1-Ec|

であることは、同じですが、R1,R2が等しくなくてもI1=I2ですから、

|Eout2|=|Eout1|

にする事は可能です。すると、I3,I4は等しいので、

Eout2 Eout1 ------ = ------- I2 I1 ですから、負荷バランスを取れる事がわかります。

2.対称動作ということ

さて、以上で負荷の対称性は取れる事が判明しましたが、歪みは対称動作で、 打ち消せるでしょうか。

Eout2=Ec*(-A2)

R1 Ec = 2* Eout1*------------ R1+R2 ですから、R1=R2であれば、歪みは、打ち消す事ができますが、R1≠R2なので、 Eout1が正弦波の+に10%の非対称性があるとすると、 Eout2の負のピークEout2_は、 R1 Eout2_=- 2*Vin*1.1*A1 * ------ * 1.0* A2 R1+R2 Eout2の正のピークEout2+は、 R1 Eout2+=- 2*Vin*1.0*A1 * ------ * 1.1* A2 R1+R2 となり、R1≠R2である限り、歪みは打ち消されません。しかし、R1=R2には、 できないので、歪みを小さくできません。では、R1とR2をできるだけ等しく するには、どうすればよいでしょうか。それは、Ecを小さくする事、すなわち、 A1,A2を大きくすると言う事です。

とすれば、結論として、12AU7などのμの低い球よりむしろ双五極管のほうがよさ そうに思えます。

このままでは、A2のひずみが打ち消されるだけで、PP動作では、A1とA2の 歪み傾向が等しくないためPP動作として歪みが打ち消されない事になってしまいます。

VB 250V |15 > RP1 47K > 3 CP1 Eout1 |-----||---------------- 12AT7 | 0.1 |6 | X1 PPPP ↓I1 >R1 >RL1 VS------------- GGGG >330K >100K |1 KKKK | | | --- |2 | | >RG1 |CK1 >RK1 ------11 ----- >100K=470 >1K | |Ec | | | | | | | | | -----|----- | | > --- | |470 >RK11 |↓I2 >R2 > /// | =CK2 > | >363K |RL2 ---- -----|12 | | |100K //// X2 KKKK | | | 12AT7 GGGG-- | | PPPP CP2 |16 | 13|-----||---------------- >RP2 0.1 > 47K |15 VB 250V 図2.1負荷バランスを考えたオートバランス回路の例 PSPICEよるシミュレーションの結果。 =========== PSPICE のソース ここから ================ * 12AT7のオートバランス回路 *12AT7 Model Ver 1.01 1997 04 06 T.Yano * K G P .SUBCKT T12AT7 K G P D1 P 1 DLIM1 RP 1 2 18K ;=rp E1 2 3 POLY (2)(K,G)(3,4)(0,0,-0.99999999,0,1) R1 3 4 4300 E2 4 5 POLY (2)(K,P)(5,6)(0,0,-0.99999999,0,1) R2 5 6 33 E3 6 K K 7 30 ;=u VS G 7 DC .2V R3 7 K 1E9 Cpg P G 1.5PF Cin G K 2.2PF Cout P K 0.5PF .MODEL DLIM1 D(IS=1E-14 N=.1 XTI=0 EG=0) .ENDS .OPT ITL4=100 *歪みとか、波形を見るときは、こちらを生かす .tran (.001us 1.024ms) ;過渡解析用コマンド VS 1 0 SIN(0 {VX} 1000) ;過渡解析用信号源 *周波数特性を見るときは、こちらを生かす *.AC DEC 100 0.1 100KHZ ;周波数特性用コマンド : *VS 1 0 AC {VX} ;周波数特性用信号源 VB 15 0 DC 250V ;電源電圧 *A1 RG1 1 0 100K X1 2 1 3 T12AT7 RK1 2 0 1K CK1 2 0 470UF RP1 3 15 47K CP1 3 6 0.1UF RL1 6 0 100K *A2 X2 12 11 13 T12AT7 RK2 12 0 1K CK2 12 0 470UF RP2 13 15 47K CP2 13 16 0.1UF RL2 16 0 100K *BANCER R1 6 11 330K R2 16 11 363K .PARAM VX=1 .STEP PARAM VX LIST .5 1.0 1.5 2.0 .FOUR 1000 v(6),V(16) .PROBE .END =========== PSPICE のソース ここまで ================ 解析結果 電圧配分 NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE ( 1) 0.0000 ( 2) 2.3952 ( 3) 137.4300 ( 6) 134.5E-06 (11) 578.5E-06 (12) 2.3954 (13) 137.4200 (15) 250.0000 (16) 124.9E-06 入力 1KHz 0.5Vp-p V(6) 10.63V THD=1.62% V(16)10.64V THD=1.47 % 入力 1KHz 1.0Vp-p V(6) 21.30V THD=3.24% V(16)21.31V THD=2.95 % 入力 1KHz 1.5Vp-p V(6) 32.07V THD=4.86% V(16)32.05V THD=4.41 % 入力 1KHz 2.0Vp-p V(6) 42.96V THD=6.48% V(16)42.86V THD=5.85 % このばあい、必ず しかし、PP動作としての歪みの打ち消しを最重要課題とすれば、 以下の構成にする事になるほかありません。 --------- | | C1 r1 Eout1 G V2 Vin ---| -A1 |--||--^^^---------------------^^^^ | | | | ---- | --------- >R1 |K | > | V1a | ------- | |Op amp| ----- |反転 | | | |アンプ| | | ------- > --- | > /// | V1b |R2 V3 | -------- | |K | | | C2 r2 | G --- ----| -A2 |--||--^^^----------------------^^^ | | Eout2 -------- 図3 より現実的なバランス回路

つまり、オートバランスは、そういう方向には向かないと言う事です。 オートバランスでは、A1を極力部分帰還をかけて歪みを下げておくと言う事です。 具体的には、電流帰還をかけると言う事です。

VB 250V |15 > RP1 47K > 3 CP1 Eout1 |-----||---------------- 12AT7 | 0.1 |6 | 1 CC 0.1 X1 PPPP ↓I1 >R1 >RL1 VS--||--------- GGGG >330K >100K | |14 KKKK | | | | --- |2 | | Ri > >RG1 |CK1 >RK1 | | > >100K=470 >1K | | 100| | | | | | K --- ---------|10 | | /// >RF -----|11 |--- >2.2K | | | | | | | | | | | | | | ----------| | | > --- | |470 >RK11 |↓I2 >R2 > /// | =CK2 > | >363K |RL2 ---- -----|12 | | |100K //// X2 KKKK | | | 12AT7 GGGG-- | | PPPP CP2 |16 | 13|-----||---------------- >RP2 0.1 > 47K |15 VB 250V 図2.1負荷バランスを考えたオートバランス回路の例 PSPICEよるシミュレーションの結果。 =========== PSPICE のソース ここから ================ * 12AT7のオートバランス回路 *12AT7 Model Ver 1.01 1997 04 06 T.Yano * K G P .SUBCKT T12AT7 K G P D1 P 1 DLIM1 RP 1 2 18K ;=rp E1 2 3 POLY (2)(K,G)(3,4)(0,0,-0.99999999,0,1) R1 3 4 4300 E2 4 5 POLY (2)(K,P)(5,6)(0,0,-0.99999999,0,1) R2 5 6 33 E3 6 K K 7 30 ;=u VS G 7 DC .2V R3 7 K 1E9 Cpg P G 1.5PF Cin G K 2.2PF Cout P K 0.5PF .MODEL DLIM1 D(IS=1E-14 N=.1 XTI=0 EG=0) .ENDS .OPT ITL4=100 *歪みとか、波形を見るときは、こちらを生かす .tran (.001us 1.024ms) ;過渡解析用コマンド VS 1 0 SIN(0 {VX} 1000) ;過渡解析用信号源 *周波数特性を見るときは、こちらを生かす *.AC DEC 100 0.1 100KHZ ;周波数特性用コマンド : *VS 1 0 AC {VX} ;周波数特性用信号源 VB 15 0 DC 250V ;電源電圧 *A1 CC 1 14 0.1UF RG1 14 10 100K X1 2 14 3 T12AT7 RK1 2 10 1K CK1 2 10 470UF RP1 3 15 47K CP1 3 6 0.1UF RF 10 0 2.2K RL1 6 0 100K *A2 X2 12 11 13 T12AT7 RK2 12 0 1K CK2 12 0 470UF RP2 13 15 47K CP2 13 16 0.1UF RL2 16 0 100K *BANCER R1 6 11 330K R2 16 11 363K .PARAM VX=1 .STEP PARAM VX LIST 1.5 2.0 3.0 4.0 .FOUR 1000 v(6),V(16) .PROBE .END =========== PSPICE のソース ここまで ================ 解析結果 電圧配分 NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE ( 1) 0.0000 ( 2) 7.5109 ( 3) 139.6800 ( 6) 134.5E-06 (11) 578.5E-06 (12) 2.3954 (13) 137.4200 (15) 250.0000 (16) 124.9E-06 入力 1KHz 1.5Vp-p V(6) 11.93V THD=0.73% V(16)11.94V THD=0.563% 入力 1KHz 2.0Vp-p V(6) 15.91V THD=0.97% V(16)15.92V THD=0.752% 入力 1KHz 3.0Vp-p V(6) 23.85V THD=1.46% V(16)23.87V THD=1.131% 入力 1KHz 4.0Vp-p V(6) 31.79V THD=1.95% V(16)31.79V THD=1.509% ホームページに戻る