完全差動アンプ再び - フルバランスアンプ (X_Under bar)

        
2020/05/04

完全差動アンプ再び

約10年前にTI社の完全差動アンプ(Fully-Differential Amplifiers)の回路を真似てアンプを自作しましたが上手く動きませんでした。
今回、新しい回路でもう一度挑戦してみたいと思います。

完全差動アンプの簡略図です。
20200504_01


その時のブログがこちらです。
2010/09/28
https://x2020.blog.fc2.com/blog-entry-24.html#topentry_title

TI社の資料:
http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja122/jaja122.pdf

資料では、完全差動アンプ(Fully-Differential Amplifiers)を統合完全差動アンプとも言っています。

先ず資料から、統合完全差動アンプを使う理由とは、
1. 外部ノイズへの耐性の増加
2. 任意の電圧レール用の出力電圧スイングの増加
3. 低電圧システムにとって理想的であること
4. ICをより簡単に利用できる
5. 偶数次高調波の減少

1番と5番は平衡アンプ全般の話しです。
3番と4番はこのICの事です。
2番、電圧レールが設定できるので、例えばADC(アナログ・デジタル・コンバータ)の入力アンプに使うとADCの単電源に対する電圧レールの設定が出来ます。言い方を変えると供給電圧を有効に使える様にオフセット電圧が容易に設定できます。
もしかしたら次のことが4番になるのかも知れません。
従来のアンプと違って一つのアンプでHOT(+)側とCOLD(-)側が同時にアンプできる。
普通の平衡アンプでは、アンプが二つ必要でした。
このアンプの欠点ですが、HOT(+)側もCOLD(-)側も反転アンプですので入力インピーダンスが高く設定出来ません。ある程度高く出来ますがS/Nが悪くなります。

と言うことですが、TI社のICを使えば問題無いのですが、過去にこの回路を真似て組んでみましたが異常発振に悩まされました。
今回、もう一度回路を考えてみようかと思います。

今回の回路です。
20200504_02
この回路は、AK4499のIV変換アンプに採用予定の回路を完全差動にしました。
一段目がFETの差動で二段目がフォルテッドカスコード、終段がダーリントン接続です。
そして一番右側にある差動の回路が、簡単なVocmエラーアンプ(Q18、Q19)となります。

この回路の特徴であるVocmエラーアンプは、HOT(+)側とCOLD(-)側の出力をVocmエラーアンプ(Q18、Q19)で受けて基準電圧(Q19のベース)と比較してその差分を二段目の負荷トランジスタQ4、Q5のベースに戻しています。負帰還を掛けています。今回、基準電圧となる電圧レールは0V(GND)としています。

色々と確認して行く中で一つ気に成った点があります。
エラーアンプにC18 のコンデンサーがぶら下がっています。
このコンデンサーの容量を増やすと異常発振してしまいます。

その容量を変えてシュミレーションしたのが下の図になります。
20200504_03
上のシュミレーション図がC18 0.1pFで容量がほぼゼロの状態です。綺麗な波形です。
そして下のシュミレーション図がC18の容量を増加して行き、ちょうど38pFのところで異常発振が発生しました。

もう少し検討が必要ですね。
続きます。



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コメント

回路もうまくいけそうで、何よりです。

苦労されて作ったアンプは、達成感も強いと思います。

完成品を、見てみたいですね(^-^)!

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666audioさん、こんにちは、

ありがとうございます。
外に出られなく暇なのでアンプ回路を色々と弄っています。
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