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馬鹿アンプがパワーアップしました。

馬鹿アンプがパワーアップしました。
何がパワーアップしたかって言うと、馬鹿さ加減が

・・・冗談はさておき。比較して説明します。
まずはもとの馬鹿アンプの説明をします。便宜的にこれを「Ver.1」とします。
1486fe1a1b85015ff11f9746e22b6e40.png
R1,R2,R4をこのように接続してバイアスをかける回路構成を「ベースブリーダー型」と呼ぶそうです。
出力振幅は電源電圧から、R4にかかる直流バイアス電圧の2倍と、トランジスタのコレクタ-エミッタ間飽和電圧とを引いた値で決まります。
R4の直流バイアス電圧はほぼR4の値に比例しますから、R4が大きい(すなわち直流バイアス電圧が高い)と出力振幅、ひいては最大電力付加効率に響くので、出来る限り小さくしたいところです。
しかし、この回路構成でもR4の直流バイアス電圧は0.5~0.6Vと極端に低い上、Q2のベース-エミッタ間飽和電圧が温度によって変動すると、その影響をもろに食らって動作点が大きく動いてしまいます。R4が小さくなれば小さくなるほど影響が大きくなります。よって、0.82Ω程度がほぼ下限ぎりぎりといったところでしょう。

R4を小さくできない理由はもうひとつあって、電流ゲインが高くなるので発振しやすくなるということです。それも音声周波数帯域を大きく越えた、数MHz~数100MHzという周波数で発振するのです。
実際にR4を0.33Ωに調整してみたところ、オシロスコープで測定したら2MHzくらいの周波数で1Vp-pもの強さでノイズが乗っているのが観測されました。

馬鹿アンプVer.1の抱えている2つの問題
・バイアス電圧が変動しやすい
・発振しやすい
という2点を解決した「馬鹿アンプVer.2」が、これです。どこが変わったかというと・・・
1-全画面キャプチャ 20130922 180755-001
だれですか?「色が変わった」って言ってるのは!(笑)
Q2のベース-エミッタ間飽和電圧の温度変化に対しては、シリコン製のダイオードD1の順方向電圧降下をバイアスに利用することにしました。本来ならD1とQ2を「熱結合」させておくべきなのでしょうが、Q2自体はあまり発熱しないでしょうし、ベースブリーダー型バイアス回路自体が温度変化に対しての安定度がよい回路ですから、基板上では離して配置してあります。
発振に対しては、いわゆるエミッタフォロワ回路の発振防止の手法を使いました。Q1、Q2のベースに小さめの抵抗を挿入し、電源とGNDの間にセラミックコンデンサを追加してデカップリングを強化しています。またR3にも並列にセラミックコンデンサを入れて、こちらはフィルタの役目を持たせています。
なお、ベースバイアス電圧の誤差もシビアになってくるので、ベースバイアス抵抗は並列にして誤差を追い込めるようにしました。E24系列を使えばコンマ数%のオーダーまで追い込めますが、E12系列でも最大誤差±1.5%程度に設定できます。
P4-10004_BAKA_AMP.jpg
Q1とR3の取り付け位置には、放熱のために基板に馬鹿穴を開けておきました。

なお、Ver.2の回路定数は、電源電圧9V、負荷インピーダンス8Ωで計算しています。
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プロフィール

@ぽっけ

Author:@ぽっけ
底辺Makerを自負する@ぽっけが日々製作している「初歩の電子工作」の記録です。
自分で「あっ、あれ欲しい!」と思ったものを猪突猛進、地で製作しています。

★略歴

電子工作は中学のとき、授業でやるよりも早く自分で始めました。・・・といっても小遣いも少なく技術も未熟だったので、ラジオを作るのさえもやっとでした。

高校・大学でも工作を続け、大学在学中にようやくトランジスタ回路の基礎が理解できるようになってきました。

大学卒業後はメーカーに就職し設計職で忙しい毎日を過ごす中で工作からは遠ざかっていましたが、事務職に配転となり時間に余裕ができてまた工作を始めました。そんな中で2011年のCP+(カメラショー)併設展の「Business Meets」に出展していたテキサス・インスツルメンツのブースで「MSP430 Launchpad」に出会ってから、マイコンを使った電子工作を始めました。

また、鉛フリーはんだに興味を持って、10数種類のはんだをリールで購入。個人で使うには約1200年分の在庫を持つという暴挙を成し遂げ(?)ました。

★イベント出展実績
●Make: Tokyo Meeting 07
●Make: Ogaki Meeting 2012
●Maker Faire Tokyo 2012
●ニコニコ超会議「作ってみタワー ワークショッププロジェクト」
●NT金沢2013
●Maker Faire Tokyo 2013
●ポタアン自作er展示会 atポタ研2014冬
○NT金沢2014(予定)

☆TwitterID:
  @pokke_yamada

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