完全差動アンプ再びの続き - フルバランスアンプ (X_Under bar)

        
2020/05/13

完全差動アンプ再びの続き

前回ご指摘のように差動の接続が逆でした。

前回、5月4日:
https://x2020.blog.fc2.com/blog-entry-503.html#topentry_title

Vocmエラーアンプの出力を反転出力側に繋げていました。
修正した回路と波形が図1となります。
20200510_01
前回と多少回路が違いますが、出力のオフセット電圧が上手く取れませんでしたのでコレクター側に抵抗(1KΩ)を追加しています。
そして検証のため、C18のコンデンサを10uFと大きくしてシュミレーションしてみました。
異常発振はしていませんね。

図2が出力の歪み特性です。
20200510_02
二倍の高調波が確認出来ますがその他は少ないです。
ただ、全体のノイズレベルが100uVと少し高いように思います。

一段の差動アンプではゲインが足らないような感じがするので、そこでこの部分をOPアンプに変えてみた回路が図3となります。
20200510_03
アンプのゲインは、60dBに設定しています。

図4がシュミレーションした出力の歪み特性です。
20200510_04
今度は二倍の高調波が無くなり奇数倍の高調波が出てきましたが歪みとしては小さくなっています。
そして全体のノイズレベルが1uV以下とかなり改善されています。
このOPアンプのゲインを色々変えてみると60dB以上が良い感じです。

このVocmエラーアンプは、出力のコモンモード電圧の設定だけでなく歪みやノイズも下げる効果もありますね。
完全差動アンプは、初段への帰還と2段目への帰還の二重の帰還を掛けている感じです。
Vocmエラーアンプは、歪みとノイズ除去回路にもなっています。

図5は、トランジスタ2石の差動アンプとOPアンプの歪み特性を比べました。
赤色が2石差動アンプで緑色がOPアンプです。
20200510_05

図6が1MHzまでのノイズレベルです。
20200510_06
赤色が2石差動アンプで緑色がOPアンプです。

次にこのVocmエラーアンプを使ってDCサーボアンプのような使い方が出来ないかと回路を変えてみたのが図7になります。
20200510_07
非反転型のDCサーボです。

そして図8がシュミレーションした出力の歪み特性です。
20200510_08
最初にシュミレーションした2石の差動アンプ(図2)と同じような歪み特性になってしまいました。
このVocmエラーアンプで、DCサーボのような事が出来るのか?

低い周波数の周波数特性を見ましょう。
図9がこのアンプの周波数特性です。
20200510_09
DCサーボが上手く働いていれば、低い周波数でゲイン(利得)が低下して位相が進むはずです。
低い周波数では、ゲイン(利得)および位相が一定です。(図9の最低周波数は0.1Hzを表示しています。)

詳しく見るために低い周波数のスパンを少し広げてシュミレーションしたのが図10です。
20200510_10
0.01Hzから見ていますが、DCサーボが掛かって無いようです。

比較のために他のアンプでDCサーボの掛かったアンプの周波数特性と位相特性が次の図11です。
20200510_11
図11は他のアンプのDCサーボの掛かった周波数特性と位相特性です。
低い周波数のゲイン(利得)が下がり、低い周波数の位相が進んでいます。

完全差動アンプは、二重の負帰還を掛けているのであえてDCサーボを掛ける必要が無いのかと思います。
そのへんを踏まえて、最終的な回路はこんな感じにしました。
20200510_12_
実際に回路を組んでの検証は必要と思います。
あと、ディスクリート型のVocmエラーアンプももう少し改善したいと思います。




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