Tr回路の実験 プッシュプル その2

実験編です。

単純なプッシュプル

回路図

AD9833ファンクションジェネレータのAmp出力に合わせて、信号源を単電源波形の1kHz/2Vp-pのサイン波にした。

入出力のシミュレーション

ブレッドボード配線図

負荷抵抗RLを100Ω、47Ω、10Ωにして入出力波形を見てみた。電源電圧+8.99V。

RL:100Ω

ch1:入力 ch2:出力

RL:47Ω

ch1:入力 ch2:出力

RL:10Ω

ch1:入力 ch2:出力

RLが100Ωの時出力は554mVp-p、47Ωの時520mVp-p。シミュレーションでは700mVp-p程度なので少し小さい。RLが10Ωの時はシミュレーションも実験結果も振幅がかなり小さくなって波形が歪んでいる。

単純なプッシュプル回路は、2Vp-p程度の信号だとトランジスタの不感帯が大きく、振幅も小さくなってしまうので、なかなか使いどころが難しそうだ。

ダイオード1個でオフセットをかけたプッシュプル

回路図

入出力のシミュレーション

ブレッドボード配線図

これも負荷抵抗RLを100Ω、47Ω、10Ωにして入出力波形を見てみた。電源電圧+8.98V。

RL:100Ω

ch1:入力 ch2:出力

RL:47Ω

ch1:入力 ch2:出力

RL:10Ω

ch1:入力 ch2:出力

RLが100Ωの時出力は1.68Vp-p、47Ωの時1.52Vp-p。シミュレーションでも1.6Vp-p程度なのでほぼ合致している。

RL:10Ω、RL:47Ωのときはハッキリスイッチング歪が出ていて、100Ωのときも0Vあたりが少しガタっとしている。

RL:47Ω（拡大）

エミッタ電位

RL:47ΩとしたときのQ1とQ2のエミッタの電位。動作点は4.483Vとなっていて電源電圧(8.98V)のほぼ半分になっている。

ダイオード2個でオフセットをかけたプッシュプル

回路図

入出力のシミュレーション

ブレッドボード配線図

負荷抵抗RLを200Ω、100Ω、47Ωにして入出力波形を見てみた。電源電圧+8.98V。

RL:200Ω

ch1:入力 ch2:出力

RL:100Ω

ch1:入力 ch2:出力

RL:47Ω

ch1:入力 ch2:出力

出力振幅はほぼシミュレーション通りになっている。（無負荷のときも計測すれば出力インピーダンスがわかるが、測り忘れてました）

スイッチング歪は出ていないように見える。

RL:100Ω（拡大）

エミッタ電位（RL:100Ω）

ch1:Q2のエミッタ電位 ch2:Q1のエミッタ電位

Q1のエミッタ電位は4.925V、Q2のエミッタ電位は4.038Vで、電位差は約900mV。これがR3とR4にかかる電圧となっている。

出力点の電位(RL:100Ω)

出力のACカップリングの手前の電位で、4.475V。電源電圧(8.98V)の約半分で、Q1のエミッタ電位とQ2のエミッタ電位の中点あたりになっている。

周波数特性

ダイオード1個でオフセット

ダイオード2個でオフセット

高周波数側はどちらも4MHzまでは減衰しないようだ。

測定値
ダイオード1個でオフセットをかけたプッシュプル

f(kHz)	in(mVp-p)	out(mVp-p)	Av	Av(dB)
100	544	500	0.919117647	-0.732577907
200	544	496	0.911764706	-0.802344464
300	536	496	0.925373134	-0.673662264
400	536	492	0.917910448	-0.743993739
500	528	488	0.924242424	-0.684282011
600	528	488	0.924242424	-0.684282011
700	520	488	0.938461538	-0.551670433
800	512	472	0.921875	-0.706559247
900	512	464	0.90625	-0.855039608
1000	504	464	0.920634921	-0.718251118
2000	432	400	0.925925926	-0.66847511
3000	360	336	0.933333333	-0.599264468
4000	312	288	0.923076923	-0.695242125

ダイオード2個でオフセットをかけたプッシュプル

f(kHz)	in(mVp-p)	out(mVp-p)	Av	Av(dB)
100	568	516	0.908450704	-0.833972682
200	560	508	0.907142857	-0.846486294
300	560	504	0.9	-0.915149811
400	560	508	0.907142857	-0.846486294
500	560	504	0.9	-0.915149811
600	552	496	0.898550725	-0.929148025
700	544	496	0.911764706	-0.802344464
800	528	484	0.916666667	-0.755771218
900	528	480	0.909090909	-0.827853703
1000	520	472	0.907692308	-0.8412269
2000	440	400	0.909090909	-0.827853703
3000	360	332	0.922222222	-0.703288341
4000	312	288	0.923076923	-0.695242125

歪率

PCM5102Aファンクションジェネレータで1kHz/1Vp-pのサイン波を出力し、WaveSpectraでFFTしてみた。

負荷抵抗RL:1kΩ

WaveSpectraのFFTの設定は、サンプルデータ数:32768、窓関数：FlatTop

オーディオ・インターフェイスの入力モードはGuitarモード(1MΩ)

入力

ダイオード1個でオフセット

THDの表示値はあやしいの無視して、入力と比較すると2次、3次の高調波歪は少なくなっているが、10kHzより上で細かな歪が出ている。スイッチング歪によるものでしょうか？

また、60Hzとその倍数にもピークが現れている。60Hzなので商用電源によるものだと思うが、他の計測には出ていない（＠＠？

ダイオード2個でオフセット

入力と比較すると2次高調波歪が大きくなっているが、その他はほとんど劣化が見られない。ダイオード1個の時の高域の歪がスイッチング歪によるものだとすると、ダイオード2個だとそれがないということになると思う。

42kHzは前も同じところにピークが出ていたことがあったが、これはよくわからない。

実験に使ったTrの特性

実験に使った2SC1815と2SA1015の特性をAVRトランジスタテスターで測ってみた。

-	2SC1815 β	2SC1815 Vf(mV)	2SA1015 β	2SA1015 Vf(mV)
単純なプッシュプル	167	698	296	656
ダイオード1個でオフセット	309	679	291	656
ダイオード2個でオフセット	162	702	158	652