バランス型DCヘッドホンアンプ(歪率と電源電圧)

一見ならぬ一聴した限りの新型のDCヘッドホンアンプであるが、バランス型出力をアンバランス型に変換する機器(今回製作)がうまく動いてくれない。
HPA_BAL_DC_14
(何故か動かない超低歪率の差動アンプ、日本オーディオ製LDA-1)

よって、LTSpiceの参考本を買い込んだりNET情報をあさったりして、LTSpiceで歪率の解析ができるようになった。しかし、この結果が非常にまずいのである!

【電池電圧±1.5VでのLTSpice解析結果】 歪率0.87%(THD)もあるのでこれは大きい!

 
Direct Newton iteration for .op point succeeded.
Fourier components of I(r20)
DC component:-2.9975e-014

Harmonic    Frequency    Fourier    Normalized     Phase    Normalized
Number       [Hz]      Component   Component   [degree]   Phase [deg]
1       1.000e+03      1.312e-02   1.000e+00     -0.03ー       0.00ー
2       2.000e+03      2.599e-13   1.981e-11    -96.91ー      -96.88ー
3       3.000e+03      6.323e-05   4.820e-03     179.55ー     179.58ー
4       4.000e+03      5.766e-13   4.396e-11     -92.57ー     -92.54ー
5       5.000e+03      9.423e-05   7.184e-03    -178.52ー     -178.50ー

Total Harmonic Distortion: 0.865088%

【LTSPiceのFFT波形:電圧±1.5V】
HPA_BAL_DC_10
歪率が1%程度なので試聴時は程々のレベルであり、歪が多いとは気が付かない。
しかし、±1.5Vの電圧とは電池初期であり、エネループ等の安定電圧域±1.25Vに落ちた歪率は一挙に数パーセントに跳ね上がるのでこれではいけない。

・・・LTSPiceさんに頼り、回路各部の波形を見たりしながら様々に検討しました。

結論は、『電圧アップ』であった。

これまで、電池二本のコンパクト・低電圧に拘ってヘッドホンアンプ作りをしてきましたが、NPN・PNPコンプリのhFE差が続くようではこの回路の成立性が今唯一の解決策なので電圧アップに至りました。

【電池4本が安定域の電圧±2.5Vでの歪率】 何と! 0.000352%まで下がりました。

Harmonic    Frequency         Fourier            Normalized          Phase           Normalized
 Number       [Hz]                   Component     Component         [degree]        Phase [deg]
    1           1.000e+03           1.381e-02         1.000e+00            -0.01ー               0.00ー
    2           2.000e+03             .080e-12         7.821e-11            49.57ー             49.58ー
    3           3.000e+03           4.467e-08         3.235e-06          124.69ー          124.71ー
    4           4.000e+03           3.546e-13         2.568e-11          122.97ー          122.98ー
    5           5.000e+03           1.919e-08         1.390e-06         -165.78ー        -165.76ー

Total Harmonic Distortion: 0.000352%

【LTSpice回路図】 電池電圧を±2.5Vに上げ、定電流調整抵抗を3.1kに上げる。

HPA_BAL_DC_11

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追記(2012.1.26深夜)

電圧が低いとどこがうまく動いていないかを示していませんでした。

【電圧±1.5V】
HPA_BAL_DC_12
緑線:出力負荷R20の電流、青(良く見えないが):2段目差動Hotのエミッタ電圧、赤:同差動のコレクタ電圧=終段Hotのベース電圧を示すが、出力の電流波形はそこそこに見えるが、実はその出力Trのベース電圧波形(赤)はこんなに歪んでいるのである。
Cold側が対称に歪んでいるので、結果的に出力負荷の電流波形がまずまずのレベルになっているようだ。

【電圧±2.5V】
HPA_BAL_DC_13
±1.5Vと同じ位置の波形を示す。
終段Hotのベース電圧(赤)が綺麗なサイン波となっている。

この電圧域のトランジスタ特性ラインを元にもう少し解析が必要だが、この回路の場合は電池2本を諦めざるを得ないという結果です。
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電池2本ならばこれまでの汎用ケースが使えるのだが、これが4本となると、今の二周り以上の大型ケースになってしまうのでいただけない。
充電式内蔵電池では専用の充電器が必要となるので、これもあまりうまくない。

・・・電池4本が出し入れできる汎用ケースを検討中です。




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