I歯科医院の高楊枝通信。

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2023.09.23

教育用アンプの作製1.2（差動アンプの詳細動作）

テーマ：オーディオ機器について(3913)

カテゴリ：オーディオ

通常アナログアンプの設計には3段階の設計を考える。
最初は大まかな回路方式の決定、
次は直流的な電圧配分のための抵抗値などの回路定数の設定、
その次は交流的な動作限界や発振条件を加味した回路定数の修正、
こんな順序で進めて、実際に試作してみて問題点を洗い出す。
回路シミュレーターもあるのでパソコン上で試作する人もいると思うが、
僕は実際に作った方が早い。

今日は差動回路の詳細動作についてというテーマなのだが、実際にはこんなに詳細に考える必要はないと思うがやってみた。

押さえておくポイントはこれだけでも良いと思う。

2、交流信号を入力した場合、各端子の位相も押さえておく必要がある。これはNFB（ネガティブ・フィードバック）を使う場合には必要なポイントだ。
交流波形の一番高いところを+として一番低いところを-とする。入力のGが+とすると、Dは-、Sは+になる。

また差動回路の前提として、2つの半導体は同じ特性を持つものというのがある。多くの部品の中からFETならIdss、バイポーラトランジスターならhfeを選別してペアを作る。最初から2つの半導体を1つのパッケージに収めた専用の製品もある。
しかし完全に同じものというのは実際にはないので、今回の回路では共通ソース抵抗にボリューム（50Ωの半固定抵抗器）を入れ、ドレイン電流の微調整が出来るようにしている。最初は50Ωの中央に合わせている。

回路はこれだけで、入力信号は左のFETのG1〜グランド間に0.4Vp-p/1kHzを入れた。

以下の図はデータシートにあるId-Vgs曲線と言われるもので、Vgsが変化するとIdが変化するよ、というだけの話だ。VgsがマイナスになっているのはG（ゲート）がS（ソース）より低い電位になる。逆にいうとGよりSの方が電位が高いということだ。
今回の2SK117BLのIdssは7mAを選別して使っているので、図のY軸の8と書いてあるところより少し下の曲線上の話になる。動作Idは3.5mAに選んでいるので、その時のVgsは-0.2V程度になる。

ちょっと疲れたので、以下のオシロスコープ画面の説明は次回にします。
ちなみに最初の図は信号入力側の左のFETの各部の電圧、下の図は右のFETの各部の電圧。

入力信号は左のFETのG1〜グランド間に0.4Vp-p/1kHz

オレンジ：左入力、緑：左ドレイン出力、青：左側ソース、黄色：右側ソース、赤：入力ー左側ソース（差信号）