BATTERY DRIVE

電流入力 Power IVC
Study する





・No−219のPower IVCではなく、こんなPower IVC。
・回路左はクロス800Hzの2way電流伝送チャンネルフィルター。

・そして、その右側が2台のPower IVC。左が高音側、右が低音側。

・この状態で
チャンネルフィルターに1mAの電流入力があった場合のトータルのゲイン−周波数特性をLTSpiceで占う。各パワーIVCの入力にはC2とC3をパラにつなぎ、これを0.001pF(無しに相当)と、500pFとするパラメトリック解析。

・C4、C5の50pFは位相補正である。が、実機ではエミッタフォロア初段にCobの大きい2SA653(or 2SA614)、2SC1161を起用するので、それらのCobがC4、C5の役割を担う見込み。

・で、結果が右。見事に800Hzクロスの6dBチャンネルフィルター特性になっている。ゲインは入力電流×R17(R28)で決まるが、この場合は1mA×10kΩ=10V、すなわち基準レベルの1Vに対して20dBの利得となる。プリアンプの出力に1kΩを入れて1mSの伝達アドミッタンスにした場合のプリアンプ出力電圧に対するパワーIVCの電圧ゲインがこれに当たる。

・ケーブルの容量を想定した入力のパラ容量500pFの影響は5MHz以降の領域に僅かに出ているだけで、NFB安定性に何の影響もないことが分かる。よって、2497は何メートルでも心置きなく使用できる。
・次に、レベル調整用抵抗R17とR28を1kΩとし、利得を0dBとした場合が右。

この場合も見事に800Hzクロスの6dBチャンネルフィルター特性になっている。当たり前か。(爆)

・また、ケーブルの容量を想定した入力のパラ容量500pFの影響はこの場合もMHz以降の領域に僅かに出ているだけで、実用域では何の影響もないことが分かる。

・が、低域側500kHz以上の領域に暴れが生じている。これは入力のパラ容量500pFによるものではない。が、まぁ大丈夫だろう。
・その辺りを100kHz方形波応答で観る。

・先ずは、レベル設定20dBの場合が右。

・低音側出力が緑、高音側出力が青、そしてその加算合成が赤だが、100kHz方形波応答でも、高音側出力に低音側出力が加算されて、赤の合成100kHz方形波応答がより正確な方形波応答になることが分かる。

・なかなかに立派な100kHz方形波応答である。
・これは100kHz方形波応答をしている際の、各PowerIVC終段トランジスタのコレクタ電流である。

緑が高音側2SC5200、赤が高音側2SA1943、青が低音側2SC5200、そしてピンクが低音側2SA1943のそれぞれコレクタ電流の推移。

・異常な貫通電流が流れている気配は全くない。
・ちなみに無負荷状態での100kHz方形波応答している際の、各PowerIVC終段トランジスタのコレクタ電流はどうか?

・が、右。

・基本的にアイドリング電流の65mAのままだが、高音側で立ち上がり時に多少の貫通電流が流れることが分かる。が、そのピークは120mA以下と全く問題のないレベル。
・次に、レベル設定0dBの場合。

・高音側出力に低音側出力が加算されて、合成100kHz方形波応答がより正確な方形波応答になるのはこの場合も同じということが分かる。

ややオーバーシュートとアンダーシュートが生じている。が、この程度なら問題ない。

・なお、この場合の各PowerIVC終段トランジスタのコレクタ電流の推移については、レベル設定20dBの場合以上に問題がない。ので、載せない。

・ちなみに、クロスポイントの800Hzの方形波応答を観る。

低音側出力(緑)に高音側出力(青)を加算した出力(赤)は見事な方形波応答になる。

1kHz正弦波で、電源電圧±15V、帰還抵抗10kΩ、負荷8Ωで出力がほぼ1Vr.p.m(0.141mA入力)の場合の歪みの状況をFFTで観る
・Total Harmonic Distortion:0.021382%

・この
歪率は大きいのか小さいのか?は、他に比較対象がないので不明だが、我が不完全対称型パワーアンプや、元祖完全対称型パワーアンプに比較すればまぁこんなものかな。
出力を大きくして、同じく1kHz正弦波、帰還抵抗10kΩ、負荷8Ωで出力がほぼ10Vr.p.m(1.41mA入力)の場合の歪みはどうか。この場合電源電圧が±15Vでは出力が飽和するので電源電圧は±20Vとしてある。
・Total Harmonic Distortion:0.513376%

我が不完全対称型パワーアンプや、元祖完全対称型パワーアンプに比較すれば10倍程度大きな数値だ。差動ではなくシングル動作だからやむを得ないか。
出力インピーダンスはどうか。

・電流注入法で出力インピーダンスを観る。

・先ずは帰還抵抗が10kΩの場合。
低域から30kHzの領域まで0.5Ω程度、それ以上の領域では最大10Ω程度まで上昇する。

・8Ωのスピーカーに対してこの値は半導体アンプとしては高いが、この程度なら許容範囲か。
・次に、帰還抵抗が1kΩの場合。
低域から20kHz超の領域まで0.05Ω程度。

・NFB量が20dB(10倍)増えて出力インピーダンスが10分の1となったということだろう。
・その辺、このパワーIVCの利得−周波数特性をミドルブルック法でもう少し観じる。

・先ずは帰還抵抗10kΩの場合。

・結果が右。

・赤がオープンゲイン、青がクローズドゲイン、そして緑がループゲイン≒NFB量である。

・オープンゲイン(赤)は84dB程度。なのだが、クローズドゲイン(青)も62dB程度と比較的に大きいので、ループゲイン(緑)≒NFB量は21dB程度と比較的に少ない。
・次に帰還抵抗1kΩの場合。

・オープンゲイン(赤)は83dB程度と殆ど変わらない。

・クローズドゲイン(青)が42dB程度と帰還抵抗10kΩの場合と比較して20dB小さくなり、ループゲイン(緑)≒NFB量は41dB程度と20dB程度大きくなった。

・やはりNFB量に帰還抵抗の値の差と同様の20dBの差が生じる。

・が、これらはいずれも電圧的に観た場合のもの。

・このパワーIVCはOPアンプユニット本体の入力インピーダンスが無限大ではない。その意味で珍しいトランスインピーダンスアンプであるこのパワーIVCで、これで良いのかなぁという感、無きにしもあらず。
・トランスインピーダンスアンプなのだから、出力電圧/入力電流というトランスインピーダンス自体の周波数特性を観るのが良いかも知れない。

・なので、トランスインピーダンス−周波数特性を観る。

・そのために、電流検出用の微少抵抗R13、R15を入力に加える。

・帰還抵抗R10を1kΩと10kΩとするパラメトリック解析。
・結果が右。

・赤がオープントランスインピーダンス、青がクローズドトランスインピーダンス、そして緑がループゲイン≒NFB量。

・いずれもデシベル表示となっているが、
オープントランスインピーダンス(赤)は帰還抵抗が1kΩでも10kΩでも低域で100dB超、すなわち100kΩ超である。同様に、クローズドトランスインピーダンス(青)は帰還抵抗が10kΩの場合80dB、すなわち10kΩ、帰還抵抗が1kΩの場合60dB、すなわち1kΩである。

・従って、入力に1mAの電流が入力されれば、帰還抵抗10kΩの場合は、1mA×10kΩ=10V=20dB、帰還抵抗1kΩの場合は、1mA×1kΩ=1V=0dBの電圧出力がそれぞれ得られる訳だが、その周波数特性は、それぞれ右の
クローズドトランスインピーダンス(青)のとおりとなる。

・で、緑の
ループゲイン≒NFB量は、低域で42dB程度なのが帰還抵抗1kΩの場合であり、23dB程度なのが帰還抵抗10kΩの場合である。

・と、ループゲイン≒NFB量についてはミドルブルック法の場合と殆ど同じ結果。
・負荷を4Ω、8Ω、16Ω、32Ω、64Ωと変化させた場合のトランスインピーダンス−周波数特性を観る。
・クローズドトランスインピーダンス(青)は負荷の値によらずほぼ80dBと一定だが、オープントランスインピーダンス(赤)は負荷の値が大きくなるほどに大きくなる。結果、ループゲイン(緑)≒NFB量も負荷の値が大きくなるほどに多くなる。

・その変化は負荷の値の変化と正比例ではないものの、こういう特性はK式で言うところのモーショナルフィードバックが掛かる特性である。

・ので、このパワーIVCでもモーショナルフィードバックが掛かる。かも知れない。
・と、シミュレートしているうちに、いつものように基板が出来上がってきた。
・回路はこう。

・定電流回路の動作をオン、オフするスイッチとLEDはL、R共通とし、文字通りアンプ動作のオン、オフをするとともに、LEDはアンプ動作のパイロットランプとする。

・帰還回路の10kΩだが、これを可変抵抗とすることにより、マルチチャンネルのレベル調整をすることになる。

・私の場合、システムが2wayなので、能率の低い低音側は10kΩ固定とし、能率の高い高音側を560Ω固定抵抗+2kΩ半固定抵抗(TM−7P)としてレベル調整するものとした。この半固定抵抗は基板上に配置して、レベル調整時はケースの上蓋を開けて調整する。システムが決まっている場合、レベル調整は一度行えば終わりであるから、それで全く不便はない。

・ケース、電源部、そして保護回路は、我がバッテリードライブ不完全対称型DCパワーアンプのそれを、終段の2SA649、2SD218とともに借り受けることとした。だから電源部と保護回路部は下のとおりだ。

・要はヤドカリである。

・初めての電流入力パワーIVコンバーターである。結果が悪ければただちに元に戻せるという保険を掛ける。

・よって、
不完全対称型DCパワーアンプの基板部分はそっくりそのまま取り外されて残っている。
・で、ヤドカリ型でケーシングも済んだ。
・早速、試聴タイム。

・先に組んだAll TR版No−217もどきプリアンプ&No−219電流伝送チャンネルフィルターと組み合わせて音出しする。

・初めてのマルチによる電流伝送システムである。上手く音が出るのか、どんな音になるのかハラハラ・ドキドキ。







・結論はあっという間。

・こんな音が出るのか・・・

・こんな音が出てしまうと我がオーディオも最早やることがない。

・あとは音楽を聴き続けるばかりの毎日。

・保障はしないが、あなたも試してみると良いかもしれない。



2012年4月2日








その後



・ヤドを貸した我がバッテリードライブ不完全対称型DCパワーアンプは完全に母屋を奪われてしまった。

・よって、その基板部分も廃用とし解体した。

・しかして、その一部部品を流用し、右のように新たに電流入力POWER IVCとして作り変えた。

・もとがステレオ2チャンネル分なので、新たな電流入力POWER IVCもステレオ2チャンネル分で右の基板が4枚出来た。

・さて、どうするか。

   
・は、もとより決まっている。

我が“No−209 バッテリードライブDCパワーアンプ”と、“元祖(自称(^^:) 電池式完全対称型DCパワーアンプ”を共に廃用とする。

・そして
それらのケース、電源部、そして保護回路をそのまま活用して、バッテリードライブPower IVCとして組むのである。

・まずステレオ1台目の回路は右の通りで、終段トランジスタには、いにしえのNECメタルキャントランジスタ、2SB541、2SD388を起用

・なお、上の基板写真には付いていないのだが、その後、やはり入れておくのが安全だろうと帰還回路に1kΩのNFB制限抵抗を入れた。

・で、この基板は我が“No−209 バッテリードライブDCパワーアンプ”のアンプ部と入れ替える。
・こう。
・よって、電源部と保護回路はこう。

・我が
“No−209 バッテリードライブDCパワーアンプ”のそれそのまま。
・次にステレオ2台目は右のとおりで、こちらの終段トランジスタには同じくいにしえのNECメタルキャントランジスタでも、末娘の2SA627、2SD188を起用。

こちらは、我が“元祖(自称(^^:) 電池式完全対称型DCパワーアンプ”のケース、電源部、そして保護回路をそのまま活用する。
・よって、電源部、そして保護回路はこう。
・と、またしてもステレオ2台のPower IVCが出来上がった。

・ので、早速上のPower IVCに替えて、2SB541&2SD388起用のPower IVCを低音側とし、2SA627&2SD188起用のPower IVCを高音側として、2Wayマルチのオール電流伝送システムで音を聴いてみる。



・う〜ん、何も言うことなし。

・音楽を聴くべし。



2012年9月3日







その後の2



・入力オフセット電圧を0Vに調整出来るようにしよう。

・まずは、終段に2SA627と2SD188を採用した個体。

・D1の1S1588に流す電流を決める抵抗の抵抗値はこれまで3kΩ。

・この状態で入力オフセット電圧を測ってみると60mV近くもあるではないか。

・これで特に支障もないのでこれまで放っておいたのだが、まっ、これは0Vに調整した方が良かろう。

・と、Rチャンネルの3kΩを取り外して、そこに10kΩのボリュームを仮付けして入力オフセットを0Vに調整し、その状態でのボリュームの抵抗値を測ってみると6.9kΩ程度。

・なので、1kΩの半固定抵抗+6.2kΩの抵抗にした。
・同じトランジスタとダイオードなので、Lチャンネルもその組み合わせで良いだろうと、測定もしないで同じ定数で取り付けてオフセットを調整しようとしたところ、ありゃ、こちらは調整しきれない。ボリューム最大にしても、まだオフセットはプラス側で、0Vまで至らない。

・結局、固定抵抗を9.1kΩにしてオフセットを0Vに調整出来る状態になった。

・正確に言えば、電源オンの冷えた状態ではオフセットはマイナス側で、時間とともに素子が暖まってこれがプラス方向に移行し、平衡に達して±数mVの範囲でドリフトする状態になる。

・ので、回路はこう。

・L、Rで定数が異なるものとなった。



・なお、スタンバイスイッチの位置も変更してある。

・バッテリーをつないだままで、終段の動作電流を0とするのがその役割だが、従前の初段定電流回路の動作をオフにする方式から、終段のバイアスの中間点をアースする方式に変更した。

・このため、アンプ動作のパイロットランプと別途連動させることが必要になったが、それは従前のスイッチ、M−2022Eをそのまま活用して、新たに設置。それらのオン、オフは無論逆。

・スタンバイ電流は増えるが、スタンバイ機能としてはこれが正解。
・次に、終段に2SB541と2SD388を採用した個体

・こちらは、3kΩを取り外して、ボリュームをそこに仮付けして、所要抵抗値を測定する、という作業は止めた。

・のは、上の
調整作業で、2SC1400と1S1588という同じ固体を採用しているにもかかわらず、所要抵抗値には案外バラツキが出ること、そして、入力オフセット電圧の動きは、抵抗値の変化に対してずいぶんと鈍感であること、が分かったから。

・いつも微妙な調整をするために、半固定抵抗の方をなるべく小さくしようという癖がついているのだが、ここはその必要はないのだね。
・なので、回路はこう。

・こちらは、3kΩも取り外さず、これに10kΩの半固定抵抗を付け足しただけ。

・これで入力オフセット電圧を0Vにする調整は実にスムーズ。で、問題なく入力オフセットを0Vに調整。

・改造としてはこちらが正解だ。






・なお、スタンバイスイッチの位置変更は同様。
・で、終段に2SA627と2SD188を採用した個体の方も、3kΩ+10kΩの半固定抵抗に再修正
・次に、終段に2SA649と2SD218を採用した個体
・回路はこう。

・こちらも、3kΩも取り外さず、これに10kΩの半固定抵抗を付け足しただけ。

・スタンバイスイッチの位置変更は同様。
・改めて特性を占う。

・右の定数で、入力オフセット電圧、出力オフセット電圧とも0V。

・終段Q7とQ8のアイドリング電流は66mA。

・で、負荷を4Ω、8Ω、16Ω、32Ω、64Ω、80kΩ(負荷オープン相当)とした場合のゲイン−周波数特性。
・まず、IV変換抵抗(ボリューム)R10が11kΩの場合。

・赤がオープンゲイン。空色がクローズドゲイン。緑がループゲイン≒NFB量。

・オープンゲインは、負荷が4Ωの場合37.2dB、8Ωの場合42.4dB、16Ωの場合46.7dB、32Ωの場合50.3dB、64Ωの場合52.7dB、80kΩ(負荷オープン相当)の場合56.3dB。

・クローズドゲインはどの場合も20dB。だが、負荷が80kΩ(負荷オープン相当)→4Ωの方向でやや小さくなっている。

ループゲイン≒NFB量は負荷が4Ωの場合17.6dB、8Ωの場合22.2dB、16Ωの場合26.4dB、32Ωの場合29.7dB、64Ωの場合32.1dB、80kΩ(負荷オープン相当)の場合35.5dB。

・負荷に比例してオープンゲインが大きくなるのは、完全対称型と同じだが、負荷が大きくなった際のオープンゲインの増加度合いはやや小さい。
・次に、IV変換抵抗(ボリューム)R10が1kΩの場合。

・オープンゲイン(赤)に変化はなく、
ループゲイン(緑)≒NFB量が増加し、オープンゲインと同じになって、クローズドゲイン(空色)はどの場合も0dBとなり、要すればボルテージフォロア動作となる。

・この場合でもクローズドゲインの高域にピークはなく、位相補正のC1は50pFで良さ気。だが、この位相補正容量は実機では2SA653(or 2SA614)と2SC1161のCobが担う。
・ひずみ率を占う。

・入力0.5mA、1kHz正弦波。
・結果、右は負荷8Ω時。

・で、ひずみ率は、

・負荷8Ωで、Total Harmonic Distortion:0.175932%

・負荷4Ωで、Total Harmonic Distortion:0.554654%

・近頃作ったSic Power IVCと同程度。






・が、只の占いである。信じてはいけない。
・音を聴いてみる。






・古い一枚。

・何を聴いても、空間が表現され、実在感のある音が空間から湧いてくるから、こんな古い録音のものも気持ちよく聴ける。

・ミルト ジャクソンのバイブ。素晴らしい。

・Skating in Central Park 泣きそうになる。
・ビレッジ・バンガードでのビル・エバンス・トリオ。

・古い録音だけど、演奏が素晴らしいからだろうね。今でも試聴対象にされる。

・空間の奥に客の雑音が聞える。

・3点モノのようなステレオ録音だが、モノラルだってちゃんと奥行は録音される。

・空間の前面のビルのリリカルなピアノが心に沁みる。

・左右、前後の空間感と、広帯域で鳴らされると、綾戸おばちゃんも素晴らしいね。

・You are So Beautiful。

・体を揺るがす重低音と、空間の奥に広がるコーラスに包まれ、魂も揺さぶられる。
・言うまでもないカンターテ・ドミノ。



・電流伝送は、接点の悪影響を排除してくれる。

・例えば、空間表現の素晴らしさ、コーラスの細やかさと美しさ等は電流伝送の賜物だ。

・だから、何もかも素晴らしい。






・と、別にSic MOSでなくとも特に不満はないなぁ。(爆)



2014年9月7日








その後の2の訂正



・スタンバイスイッチの位置を再度変更。

・前回、終段のバイアスの中間点をアースする方式に変更して、スタンバイ電流は増えるが、スタンバイ機能としてはこれが正解。などと間違った。

・あれでは、バッテリーをつないだままで、終段の動作電流を0にするという、スタンバイ機能は全く果たさない。

・馬鹿だね。(^^;  ← アホウ



・ので、スタンバイスイッチの位置を再度変更。

・これだと従前のスイッチM-2022Eは使えない。ので、M-2042Eに変更。




2014年9月10日