A2級の歪率特性について
A2級はトランジスタアンプには無い方式なので、興味を持って勉強しています。私に理解できないのは、出力歪率特性が最大出力付近で平坦になったり、減少するという特性です。私のアンプ設計マニュアル / 基礎・応用編 １１．ロードラインその４ （電力増幅回路・・シングル応用編）にはは「2次歪み中心のところに3次歪み成分が割り込んでくると、みかけ上歪みが減ったようにみえるということはよく知られています」という説明が書かれています。歪率の定義式は√(2nd^2+3rd^2)/(基本波の実効値)です。2ndと3rdはひずんだ波形を級数展開したときの2次の項と3次の項で直交していますから、どのように重ねあわせても打ち消しあうことはないはずです。
添付図の1番上は基本波に5%の2次歪と5%の3次歪を加えた波形をexcelで描いたものです、2番目の図は歪成分だけを描いたものです。基本波に5%の2次歪と5%の3次歪を加えた波形をFFTにかけたのが3番目の図です。2次歪、3次歪とも5%で、打ち消しは起こっていないことが分かります。
歪率の定義は上記の式ですが、ノッチフィルターを通したあとの信号を平均値指示型の電圧計で測定したときは{√(|2nd+3rd|)}/(基本波の絶対値の平均値)になります。ぺるけさんがお使いになったオーディオアナライザは、写真から推測するとVP-7723Aですが、この機種は実効値応答と平均値応答の二つのモードがあります。アマチュアが自作した歪率計では平均値指示のものが多いと思います。私が大昔に自作したものは、両波整流した出力をアナログテスターで計っていましたので、やはり平均値指示だったはずです。
添付図の一番下は、実効値指示(定義式)と平均値指示の二種類の式で2次歪5%、3次歪5%の波形の歪率を計算したものです。実効値指示では正しい値 0.0707とほぼ一致しています。少しずれているのはexcelのデータの刻み幅がπ/32と粗いからです。平均値指示の場合は0.0557と、本来の値よりも小さくなりました。これは2次歪と3次歪の符号が逆の区間があるからです。
A2級の出力歪率特性で歪率が平坦になったり減少するのは、このように定義式とは異なる測定が原因なのでしょうか？ ベテラン諸兄のお考えをお聞かせいただけると幸いです。
VTさん、
貴重な情報をいただきありがとうございます。
出力管だけで起こる現象だとすると、Ep-Ip特性から説明できないといけないと思います。考えてみます。
kenさま、お早うございます。
残念ながらデータは残っていないのですが、ずいぶん昔、初めて作ったA2級アンプのひずみ率が変な格好だったので、前段とのひずみ打消しが起こっているなら十分低ひずみで駆動力があるアンプでドライブすれば普通の形に戻ると思って、トランジスタアンプの出力で出力管を直接駆動して各々のひずみ率を比較するというお遊び実験をしたことがあります。
その結果、トランジスタアンプのひずみ率は測定限界以下であるにも関わらず、A2級動作になるあたりで出力管のひずみ率が一度下がるという現象は残ったことから、少なくともA2級動作させた出力段自身にあのようなひずみ率の推移を示す素因があるらしいと推測しております。
菊地さん、VTさん、
いろいろと教えていただきありがとうございます。
実のところ、もっともありそうなメカニズムは、出力管のグリッド電流が流れるとドライバーの負荷が重くなって歪が増加。それによって出力管との２次歪の打ち消し量が増えるというのだと思っています。
動作条件によっては、主力歪率特性が直線的でなくなる可能性があるというのも、その通りだと思います。
どういうわけか、この興味深い主力歪率特性についての明確な考察にめぐりあっていません。そのため、2次歪と３次歪は打ち消し合うことは無いというのは、ベテラン諸兄の間ではコンセンサスはあるのだろうかというのが、皆さまに質問を投げかけた理由でした。やはり同じ考えをお持ちだとわかりました。
kenさま、こんばんは。
「2次歪み中心のところに3次歪み成分が割り込んでくると、みかけ上歪みが減ったようにみえるということはよく知られています」ですが、そのあと「A1級では、こういう凹型にならずに」と記述されていることに加え、「みかけ上」と「みえる」いう言葉が入っていることからもわかるように、実際に2次歪と3次歪が打ち消しあうとか、3次歪み成分が歪みを減らしているということを言っているのではなく、A2級では3次歪み量が急激に増え始めるグリッドがプラスの領域へ入り始める近傍の信号レベルで一度、信号レベルが上がったにもかかわらず「最大出力近くになると歪み率は一旦減少あるいは横ばい」になり、「みかけ上歪みが減ったようにみえる」というその右に示されたグラフ例示された事象が生じることを記述しているに過ぎないものと思われます。
で、そのような現象が起こる原因は、入力電圧に対する出力電圧をプロットしたライン(リサージュ波形のような)をつくるとしばしば、グリッドがプラスの領域へ入るポイント付近でこのラインが曲がってしまうことがこれに関係しているのではないかと思いますが、実際に各ひずみにどういう影響を与えるのかを解析したことがないので、確証はありません。
私の解釈がどこまで正しいかわかりませんが、ご参考まで。
お正月から難問を提案なさっていますね。
というか、お正月だから難問にもじっくり考えられるのかも・・・
で、私は難しい事は解りませんが、
どこかで２次歪が打ち消されるポイントがあるのではないかと思います。
２次歪に比べて高次歪みを打ち消すのは難しそうなので、
トータルの歪量を左右するのは２次歪の打消しだと思うのです。
そこでネット上に公開されている作例の中から、回路図と歪率の掲載されている作例を
片っ端から眺めて、歪率の上昇が水平に変化する作例をピックアップしてみては如何でしょう。
何か回路動作的に共通するポイントが見つかれば、今回の問いのヒントになるかも？
そこで自分の作例を眺めてみたら以下のような作例でした。
https://www.asahi-net.or.jp/~CN3H-KKC/claft/6v6gtq2.htm
上記のぺージの後半で電源電圧を上げた場合の歪率があるのですが、
５Ｗから１２Ｗくらいまで歪率の上昇はなく、むしろ減ってたりします。
ただＱｕａｄⅡ回路はドライブ段と出力段が絡み合った回路で、原因はさっぱり分かりません。
ちなみに、反転信号が何処から来るのかで、過去にＭＪ誌の先生方の解説が全滅だったという
驚きの事例まで有るほどで、今は簡単にシミって解ってしまう、良い時代になりました。
さらには以下のページのセットも、クリップ手前で歪率が一息ついています。
https://www.asahi-net.or.jp/~CN3H-KKC/claft/6as7_depp.htm
これは極端に感度の低い出力管で、ドライブ段も目一杯になっているので、
ドライブ段と出力段とで、歪の打消しが起こったのではないかと愚考します。
ただし、どちらもＡ２級ではないので、ほとんどヒントになってないですね。
何方かわかる方のフォローを、お待ちしています。
