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ダイヤモンドバッファ+Inv.ダーリントン ①

インバーテッドダーリントンを追加して実験してみます。
ちょっと動かしてみただけで深い意味はありません。(爆)




当方が個人的に遊んでみたという話。
テキトーな内容なので何の保証もありません。










【組み合わせを考える】
ダイヤモンドバッファ+インバーテッドダーリントンですが、
普通に組み合わせると下図になります。
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<以下は仮の話。>
*R5、R6は音質劣化するだろ?
 オーディオ回路としては、ここはショート! 0Ωが常識!
*さて、Q5、Q6の電流がそれぞれ50mAだったら?
 OUT端子は中点電圧ですな。正常動作。
*ところで、Q5、Q6の電流がそれぞれピッタリ35Aだったら?
 おろっ!これもOUT端子は中点電圧になっちゃうぞ。
 今まで気付かなかった!(爆)
*電圧は正常。だけどアイドル電流が0mA〜35Aかも?
 ん〜しかし、どうなるか全く判らん😅
 35Aも流れたら故障しそうだ。困った!
*電流値はトランジスタのhfeバラツキ次第?
 そうだ! エミッタ抵抗で電流制限だ!
 まずはQ5とQ6のエミッタ側にそれぞれ1Ωを追加だ!
 そしてっ、
 R3、R4の抵抗値をトリマーにして電流調整すればOK?
 電源も最大5Aに制限して、大きめのヒートシンクを使えば?
 何とかいけるんじゃね?(爆)
 俺って天才だな!
 ・・・
<ここまで。上記は嘘の作り話です。>


*もしかすると、
 上記みたいな捉え方が業界の標準的なアプローチ?
 冗談ですよね? まさか嘘でしょ?
 この設計じゃ恐ろしいと思っちゃいますよ当方は!
 経年使用で故障率がぐんと悪化しそう。(爆)
*当方の考え方は全く違います。
 R5、R6はそれなりの抵抗値です。
 R5、R6の電圧降下を監視します。
 監視官はQ3、Q4です。
 監視用ののぞき窓はQ3、Q4のエミッタ端子です。
 つまりR5、R6は必須です。
*局部帰還が掛かると、もしかして性能アップかも?
 さて? どうでしょうね?
*局部帰還によって普通のダーリントンよりは低歪?
 かもね?
*しかしコレクタ出力+変な帰還で発振しやすい?
 発振して電流がバカっと流れて壊れちゃうかも?
 採用する素子にも依ります。
 C負荷耐性など要検討ですな。
 やってみねーと判らねーです。


まあそういう回路なんですけど・・・
更に安定動作させる必要があるんですよね。
それには熱結合によって温度補償しないといけません。
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*ダイヤモンドバッファ回路の部分は温度補償が必要です。
*Q5の電流値はQ3が監視して補正しながら動作します。
 監視役が居るからQ5とQ6は放っておいてOK。
*上の回路のままで、高性能な熱結合をさせるには?
 Q1とQ3がワンパッケージになった2個入りTrを使う。
 PNP+NPNの面実装のやつ。
 現行品ですと東芝HN1B01FUとか。
 Q2、Q4も同様ですな。これで熱結合は完璧。(爆)
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しかし、個別のトランジスタで組むには?
どうすりゃいいでしょう?
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*個別のトランジスタを用いて熱結合するのはイマイチです。
 参考書に書かれている熱結合の方法では温度追従性が悪い。
 熱伝導が最速の2個入りHN1B01FUを使うべきですな。
*特に今回はインバーテッドダーリントンなので、
 なおさら電流暴走しやすいです。
*当ブログの某過去記事が頭に残っていれば判るかも?
 この回路のままでは難しいという、
 そんな意味が回路から透けて見えるはず。(爆)










【変わった回路を使う】
てな訳で、変形ダイヤモンドバッファですよ。
下図の回路にすれば個別のトランジスタで可能。
e0298562_09362236.png
*何でこの回路だと熱結合が良い感じで、
 温度補償がうまく行くのか?
 さ〜てな?
 某過去記事のどこかに書いてあるかも?(爆)
*オマケの副作用でカスコードっぽい動作になります。

ところで、
下図の様にR7、R8を入れるべきとの話も耳にしますが?
如何でしょうか?
e0298562_15401310.png
*監視官のQ3、Q4からしますとR7、R8は邪魔です。
 監視窓(エミッタ)に擦りガラス(R7,R8)を入れるんじゃねーよ!
 曇って見えねーだろがよ!
 という理由で当方はR7、R8を使いません。(爆)
 ローパワーのアンプならR7、R8が0ΩでOKじゃないの?
 そんな所も他の設計者とは違う思想になっています。












【具体的な回路と基板】
すんなり動くのかどうか? 実験ですな。
まずは下図の回路で実験しました。
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*過去記事の似た様なアンプと同条件です。
 同じ設計の計算なので省略します。(爆)
*R1、R2に流れる電流を1mAに設定してみましたが、
 まあダイヤモンドバッファなので、Q1電流≒Q3電流になったとします。
 つまりR3、R4にも1mAが流れますな。
 そこで、
 R3、R4の両端電圧はQ5、Q6のVBEを満足する必要があります。
 じゃないとQ5、Q6がOFFになっちゃってアイドル電流ゼロだもん。
 という事は、
 VBE≒0.7V ですから、
 R3、R4=1mA*0.7V=700Ω
 となりまして、
 つまりR3、R4は700Ω程度から微調整すればOKという事。
 アイドル電流を確認しながら調整すればOK。
*てな感じでR3、R4は680Ωになりました。
*まずはR5、R6を1Ωとして様子を見てみます。

下図は実験基板ですな。
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ここで重要なのが㊙︎技。
回路図にも書いてないですし、参考書にも載ってない。
しかし、この技無くしては今回の実験も不成立。
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え? 何? カニ?
意味がわからんですか? んー? 何でしょね?
カニばさみ? 横ばい→横パイ→横乳?
いやいや連想や推理じゃありません。
当ブログをいつもお読み頂いている方ならお判りかも?










【アイドル電流の確認】
ざっと動作確認の後、発振しない事を確認。
発振しやすい回路でしたが現状の対策でも何とかOKでした。

そして最初にじっくり見るのはアイドル電流ですな。
要チェック箇所を監視します。
まずは入力を無信号。
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電源ON直後は6.8mAでした。

このまま負荷抵抗に8Ωをパラって、
2Vrms正弦波を入力して電流を観察しました。
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200mA以上流れてますな。
このまま放置して若干の増加はありますが、
どんどん増える様な傾向は無さそうです。

しばらく放置して熱くなってきた所で、
入力信号をOFF。すぐに電流値を確認!
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OFFの瞬間は12mAを超えていました。
アイドル電流が倍くらいに増える傾向?・・・
しかし、
すぐに下がって2秒後は10mA・・・

そのまま1分くらい放置すると更に下がってきました。
e0298562_10144511.jpg
まーOKか?

普通のダイヤモンドバッファよりは増加傾向。
しかし問題は無さそうな範囲ですな。










【歪率その①】
安定性に問題が無い様なので歪率を見てみました。
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8Ω負荷を駆動できています。
しかし歪率は、まーそんなに良くはありません。
そこそこの値でした。
実験回路①なら、こんなもんでしょう。










【各部の電流を増加】
実験②ですな。性能アップを狙います。
各部の電流を3倍くらいに増やしてみました。
出力段のアイドル電流は10mAのままです。
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動作確認はOK。
アイドル電流の安定性も同等。
そして歪率は?
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ほとんど効果無し。

各部の電流を3倍に増やしても意味が無い。(爆)









【定電流ダイオード】
実験③ですな。
初段の抵抗を定電流にしてみます。
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*動作電流などは実験回路①と同じ動作点です。
*要注意なのが定電流ダイオードD1、D2の温度特性。
 温度変化によって電流値が増えるのはマズイです。
 せめて1.2倍以内に収めないと危険です。
*D1、D2をJFETの2SK30Aに置き換える?
 JFETの温度特性をよくご確認。
 データシートに載ってると思います。
 温度特性がナニの所で使うと電流暴走して故障するかも。
*D1、D2の電流値が安定なら、
 この回路のまま電源電圧を上げても多少は大丈夫。

さて、
動作確認しまして、
発振も無し。
アイドル電流も同等。

歪率は下図となりました。
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*効果がありました!
 ほー、定電流ってそう効くのね。

次の性能アップは?
えーと、出力段の抵抗ですな。









【0.1Ωに挑戦!】
実験回路③から変更して、R5、R6を0.1Ωにしました。
これを実験回路④と致します。
e0298562_11302906.png
*R3、R4の値が680Ωから470Ωに変更しましたが、
 ちょっと後で記載します。

基板は下図の様に、大きいサイズの0.1Ωに交換。
e0298562_11303470.jpg
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半田面ですが、
例のR3、R4を470Ωに変更。

680Ωのままですと、
アイドル電流がこうなります。
e0298562_11304184.jpg
入力は無信号で負荷無しでも同様。
ヤバいです。すぐに電源OFF!
680Ωは完全にNG!

という訳でR3、R4の抵抗値を調整しましたら、
たまたま470Ωが丁度良い電流値になりました。
これはトランジスタの特性と前段の電流値に依ります。
場合により430Ωとか、510Ωが良いかも知れません。
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熱を帯びていない状態で、6mAですな。

さて負荷抵抗を8Ωにして、
2Vrms正弦波を入力して電流を観察。
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んー微妙にじわりじわり電流が増えていきますが、
2分くらいで増えなくなりますか?
大丈夫かな?

熱熱になった所で、
入力信号をOFFにして即確認!
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直後20mA超!
しかし1秒以内で17mAに下がりました。
アイドル電流が4倍くらいに増加?

ちょっと危険かも?
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んーまー何とか。
暴走せずに収束しました。
しかし普通のダーリントン回路よりも危ないですな。

インバーテッドダーリントンで、R5、R6が0.1Ωですと、
電流が逝っちゃいそうな感じ?
そういう傾向が強まるという事ですな。











【実験回路④の歪率】
何とか安定動作の範囲内に収まったので、
歪率を確認してみました。0.1Ωの効果ですな。
e0298562_11465275.png

おっ!だいぶ良さげです!
普通の只のダーリントン回路よりも良い感じ。
局部帰還が効いて歪率を抑制してるんかもね?

横軸を周波数にして測定したのが下図のグラフ。
e0298562_11465842.png
これも良い感じですなぁ〜。
真横に真っすぐの横這い特性。

かなり良さげな感じがします。
このままヘッドホンアンプとして使えそう!
このままスピーカー用の0dBアンプとしてもイケそう!
ちゃんと定電圧電源回路を設計すれば高音質化できそうな感じ。

ただし、今回程度の出力パワーに限定しての話。
トランジスタや定数を変更したら不成立。
もちろん回路の接続を変更したら動作も異なります。








当方は?
この回路で何か作るん?

いやちょっと。
まあ只の実験なので、今回はこれで終わりです。
次はヒートシンクをアレにして、
熱結合をもうちょっとナニして、
4Ω負荷対応の実験を考えてみます。


自己責任にてお願いいたします。
以上です。













当方は一切のサポートを致しません。
だって知られた汎用回路だもーん。(爆)
汎用回路なんですが・・・
今回の回路の組み合わせは当方オリジナルの要素が大きいですな。
そして㊙︎の温度補償。
んーしかし、大した方法じゃねーしな。
誰でも自由に自己責任の範囲にてご利用可能と致します。

解らない所があったら参考書を見れば載ってますよ。
そして皆さんが設計されたものに関して当方は一切関知致しません。
たまたま定数が一緒でもそれは偶然の一致です。当方は無関係。(爆)
面倒な事を持ち込まれる可能性があるので、お墨付き(許可)は付与致しません。

































いや〜しかし、
アイドル電流の増加が厳しかったですなぁ〜。










アイドル?電流?




















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ドルオタ激しく萌え尽きるの図。

by ca3080 | 2019-09-11 05:15 | 電子工作(一般)
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