【自作】ミニM-22の自作　初段の設計【3回目】

　まとめページはこちら

M-22の修理依頼を受け取りましたので自作アンプの投稿を急いで完了させます！

ケーシング手前まではすでに完成しているためそこまでは投稿を終わらせたいです・・・

さて、今回は初段の設計を行います！

初段はLuxman 5M21の修理でも登場したuPA68HAを使用したJFETの差動+カレントミラー方式です。

それでは行ってみよ～！

　M-22は2SA798を用いたBPTの差動方式です。BPTはどうしてもバイアス電流が流れるためカップリングコンデンサが必要です。カップリングはどうしても音への影響が大きくアンプの純粋な評価がしにくいためDCアンプとしたいのは常にある思いです。M-22もカップリングレスの改造を考えているくらいです。（まぁそれをやってしまうとM-22ではなくなるんですが）

　カップリングを取り払うには流入電流を極限まで減らしバイアスを0に近づける必要がありますがそのときに有効なのがFETです。ゲートには原理上は電流が流れ込まないため入力インピーダンスが非常に高くバイアスが不要でカップリングをなくすことが出来ます。

こちらが設計した回路です。よくある差動＋カレントミラー+定電流源の構成です。

差動増幅の負荷にカレントミラー（一種の定電流源）を設けると、エミッタ接地と同じく電圧利得が非常に高くなります。負帰還アンプなので系全体の利得は高いほどいいです。なのでこのような構成を取っています。

流れは、まず定電流源（$Q_4,R_4$）を設計し動作点（$R_{1,2}$）、利得（$R_{6,5}$）、DCオフセット調整回路を設計します。

定電流源の電流値は、$Q_5$の$I_b$を無視できる値を流してやります。前回の投稿で$I_c=40[mA]$と設計しましたので$Q_{1,2}$のコレクタ電流は$10I_b=I_c/h_{FE}$より大体2[mA]程度は流せばよさそうです。

　

カレントミラーに2[mA]流すということは定電流源はその2倍の4[mA]程度流せばいいことになります。エミッタ接地の定電流源用基準電圧(D1）を初段でも流用し4[mA]に設定します。

$R_4=\frac{V_{D1}-V_{be}}{4*10^{-3}}≒1.5[kΩ]$

（カレントミラーが定常状態であれば、$V_{c_{Q_1}}=V_{c_{Q_2}}=V_{b_{Q_{1,2}}}$となるからです。）

カレントミラー2[mA]とベース電位$6+V_{be}$が定まりましたので

$R_{1,2}=\frac{V_b-V_{be}}{2*10^{-3}}=\frac{6}{2*10^{-3}}=3[kΩ]$

となります。

$R_{6,5}$は非反転増幅回路の利得を決める抵抗であり教科書の通りです。

単なる非反転増幅回路です。

電圧利得は5倍としました。後述するDCオフセット調整回路の抵抗値との兼ね合いでキロオーダーとして選定しました。（$A_v=1+\frac{R_5}{R_6}$）

$C_1$は位相補償用キャパシタで高周波の帰還量を増やし、ゲインを下げる目的があります。周波数が高くなると回路の遅延が無視できなくなり負帰還のはずが正帰還となってしまい発振します。その対策です。（負帰還増幅のごくごく一般的なものですのでオペアンプ等のキーワードで調べてみてください）

この調整回路はM-22を参考にしています。原理はとてもシンプルで、±0.65[V]の範囲($D_{2,3}の順方向電圧$)に制限し、かつ$R_8$でオフセットさせています。

$R_8$と先述のゲイン決定抵抗$R_{5,6}$は並列になりますのでお互いにオーダーを1桁くらいずらしておかないと、ゲインやオフセット幅の設計がずれます。

$R_{9,10}$はダイオードの順方向電圧を生成するための電流を制御するための抵抗です。

データシートから順方向の飽和電圧-電流特性を確認して決めるとよいでしょう。

以上でアンプ部分の設計が完了しました！

手計算で設計を行いましたが念のためシミュレーションで動作確認です。

うまく動いていますね！