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両電源の作り方を見ていてカレントミーラ型というのがよく使われているとあったのですが仕組みがよくわかりません。

見たのは http://nabe.blog.abk.nu/vgnd なんですが、トランジスタの出力を理想電流源だと思うと、GNDの電位は任意になるし、理想と違って抵抗があった場合には最初からその抵抗で分圧すればほとんど同じだと思うのですが、なぜこのような回路が使われているのですか?

●質問者: kikx
●カテゴリ:家電・AV機器
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 1/1件

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1 ● ヨネちゃん
ベストアンサー

電源電圧が安定していてノイズが全く無い状態だとすれば仰るとおりだと思います。
実際にはそうは行きませんので、
カレントミラーが電源電圧の変動やノイズを吸収するのです。


kikxさんのコメント
電源電圧が変わったらそれに応じて仮想グランドの電位が電源の半分になるという意味でしょうか? でも、それなら抵抗による分圧でも変わらないと思います。 ノイズはどこに入るノイズが吸収されるのでしょうか? 電源に入ったノイズならやっぱり抵抗分圧と同じで仮想グランドには半分の電圧として現れる気がします。 やはり抵抗分圧との差が分かりません。

ヨネちゃんさんのコメント
抵抗によって分圧した場合、殆ど負荷をかけるこが出来ないばかりか、 電源のエネルギーを無駄に消費してしまいます。 負荷をかけない(せっかく作った仮想グランドを全く使わない)のであれば、 抵抗による分圧で大丈夫です。 http://nabe.blog.abk.nu/public/image/nabe/circuit/c79/rs01.png の場合、無負荷の状態で約2mAを消費します。 この仮想グランドに対して1mAの負荷をかけると、 仮想グランドの電圧が約1.5Vも変動することになります。 この時、仮想グランドには電源電圧(9V)に対するノイズの25%が乗ります。 カレントミーラが吸収するノイズは、回路全体に乗るノイズです。 殆どの地域は電力会社によって交流電源が供給されており、 50Hzまたは60Hzの磁界となっています。 これにより配線や電子部品がアンテナとなり交流が発生します。 よくハムノイズと呼ばれるものですが、 仮想グランドの電圧が変動すると負荷に影響を与えます。 カレントミラーの場合はプラス側とマイナス側に逆相の交流が発生し、 結果として仮想グランドは変動しないことになります。 ただ、通常カレントミーラとは、 増幅回路の部分がカレントミラーになっていることを指し、 それに対する仮想グランドが必要な場合は、 そこもカレントミラーになっていると言うことなので、 仮想グランドにのみ着目すると意味が分からないのは当然でしょう。

ヨネちゃんさんのコメント
カレントミラー型の仮想グランドに使うトランジスタには、 増幅回路につかうトランジスタと同じ性能が必要です。 単一の直流電源でアンプ回路を作る場合、 BTLにすることで仮想グランドを作る必要が無くなり、 最大出力が4倍になります。 http://blog-imgs-36.fc2.com/d/o/j/dojyorin/386BTL.gif ただし +OPTPUT と -OUTPUT の直流電圧差を、 限りなく0に近くする必要があります。 8オーム負荷の場合で、少なくとも±0.1V以下でなければなりません。 または負荷に対して直列にコンデンサを入れます。

kikxさんのコメント
この http://nabe.blog.abk.nu/public/image/nabe/circuit/c79/rs01.png にある 2.2kΩの分圧と比較してるんじゃなくて、グランド側のトランジスタの出力インピーダンスと同じ抵抗で分圧したときと違いがあるのかに興味があるのです。 最初は解説ページにトランジスタの出力電流が一定に保たれると書いてあったので、GNDの電位が変わっても電流が一定=出力インピーダンスが高いと思っていたのですが、実験してみたら全然違いました。 例えば抵抗に1kΩを使って、hFEが100のトランジスタで作ったら、10Ωで分圧したのと消費電力を除いたら等価だと思うのです。 あと、ハムノイズがGNDに与える影響ってそんなに大きいですか?そもそも音声信号が振動するときに交互にGNDに電流を流してるから、出力インピーダンスが0でなければ、そもそもGNDは最初から上下に震えるものだと思います。 これを取るなら、最初から0Ωの電源を目指すかコンデンサを増やして頑張るかしかないと思うのです。 これだけの数のトランジスタがあるなら、電位差を比較して出力するようにすれば0Ωを目指せるし、抵抗分圧で我慢してコンデンサにコストをかけることもできると思うのですが、なんかこの回路の目標は中途半端すぎじゃないですか?

ヨネちゃんさんのコメント
10Ωで分圧したら消費電力は1kΩの100倍です。 0Ωの電源を目指し、コンデンサを増やしても、 電波を完全に遮蔽しなければノイズは乗ります。 プラス側とマイナス側に同じようにノイズを乗せることで、 ノイズを吸収するのです。 バランス接続(平衡接続)とも言います。 http://blogs.yahoo.co.jp/linear_pcm0153/917968.html 良い音を目指した結果の1つに過ぎませんから、 最近のデジタルアンプのように、 入力電圧を読み取って出力電圧を作り出すのが最も理にかなっていると思います。 でも音を聴き比べるとやはり違うのです。 ただそれだけのことです。

kikxさんのコメント
消費電力が増えるのはわかってますが、どこにプラスとマイナスを平衡させる要素があるのですか? 電力以外は10Ωの抵抗で分圧してるのと全く等価にしか見えません。 ようするに、どういう電圧or電流の差分をこの回路にかけたら抵抗分圧と差のある結果がでるのか知りたいのです。

ヨネちゃんさんのコメント
あ、今頃気付いたのですが「カレントミーラ」は正しくないです。 「カレントミラー」が正しいです。 また、実際には「コンプリメンタリ回路」と呼びます。 10Ωで分圧するのと、 hfe=100のトランジスタでベースに1kΩで分圧するのと、 ノイズの乗り方は同じです。 あなたのおっしゃるとおりです。 差のある結果は得られません。 ただ、実際にこういった回路は通常ダーリントン接続になっていて、 バイアス電流は10000分の1以下に押さえられています。 抵抗のみで分圧すれば、発熱量が1万倍になります。 放熱のため製品の大きさも1万倍になります。 製品の価格も1万倍になるでしょう。 例えば1万円で売っているパワーアンプと同じ音質のものが、 抵抗分圧で作ると1億円になるわけです。 しかも一部屋をまるごと占有する大きさになるでしょう。 消費電力が増えるというのはそういうことなのです。 放熱には最もコストがかかるといっても過言ではありません。 決して甘く見てはいけないのです。 で、コンプリメンタリにする意味なのですが、 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Common-collector.png と http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/Sepp-cmpl.png を比べてみてください。 これは終段回路なのでノイズの影響は殆ど受けませんが、 どちらのほうがノイズの影響を受けず忠実に増幅するか分かると思います。 また、実際には仮想グランドを必要としない回路を設計するべきであって、 プラスとマイナスの電源をそれぞれ作ります。 仮想グランドそのものが必要の無いものであると私は思います。

kikxさんのコメント
やっぱり動作は同じですよね。安心しました。 結局はアンプの終段についてる回路と同じだけど、出力にパスコンがついてるってだけですよね。 最初に見たブログの記事の解説がいい加減だっただけで、回路としては意味のあるものにはなってますね。 ただ、熱暴走しないのか心配ですが。 もっといい解説ページをさっき見つけました http://www.maroon.dti.ne.jp/jyaku9/koneta/koneta1/koneta1-3.html こっち読んで勉強します!

ヨネちゃんさんのコメント
そうですね、実際に部品を半田付けするなりして通電してみることが重要です。 回路を組んだことのある人は熱暴走を起こさない部品を選びます。 回路図自体は机上の空論でしかありません。

kikxさんのコメント
だいたい分かってきたような気がします。ありがとうございました。

質問者から

ちょっとLTSpiceでシミュレーションしてみて、ちょっと謎が解けました。

まず、カレントミラー動作はしてませんでした。無負荷時は電流が一致しますが、負荷があると仮想GND側のトランジスタにはがんがん電流が流れます。

仮想GNDのインピーダンスは小さな抵抗で分圧した場合とほとんど同じでした。ただし、動作点の設定がAB級になっていると途中で片方のトランジスタがオフになるので、抵抗が片方だけになるようです。

抵抗分圧より優れているのは無負荷時の消費電力で、AB級で動作させるとかなり減りそうです。A級だと抵抗と同じっぽいです。

たぶん、等価な抵抗は使ってる抵抗の1/hFE倍になるっぽい。

しかし、これESRの低いキャパシタでバイパスしないと、交流成分がどんどんトランジスタ側に来て2SC1815とか熱で壊れたりしないんですかね?


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