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2014年6月22日 (日)

OPAMPを2個使った応用回路いろいろ

テクニクスのclassAAのようにOPAMPを2個使った応用回路を比較してみました。

2つのオペアンプというのは、ステレオでという意味ではなく、1チャンネルあたり2回路を使った回路のことです。 それぞれ、単純に2並列駆動ではない、特色のあるものになっています。 それでは早速、見ていきましょう。

 

■テクニクス classAA

Op_01

 

R3、R4、R5、R6のブリッジを介してU2オペアンプから電流を供給されるのが特徴です。 R4を電流検出抵抗として使っています。 U1は検出抵抗の先からフィードバックしていて歪みを低減しているのが分かります。

 

■イギリス Sandman博士の class S システム

Op_02

テクニクスのclassAA回路より先に発表されたとして、特許問題もあったらしいです。 よく見ると、U1側は反転アンプになっているのと、フィードバックはU1で自己完結しています。 つまり厳密にはclassAAとは違う回路となっています。 R3、R4、R5、R6のブリッジを持っていて、R4を電流検出として動作している部分は同じです。

 

■0dB HyCAAの出力バッファ回路

Op_03

0dB HyCAAの出力バッファ部を切り出した回路図です。 classAAとは言っていますが、0dB、 つまり、100%帰還としていて、NFB抵抗が一切ない単純化された回路です。 R3、R4、R5、R6のブリッジとR4の電流検出は同じです。 入力はDC直結で、出力側でDCカットしている点も違います。 むしろ悪化しそうなDCカットの方法ですが、前段の真空管回路との関係でこのような構成をとっています。 

 

■A47 ヘッドホンアンプの回路(バーブラウンのアプリケーションノート)

Op_04

最後にバーブラウンのアプリケーションノートの出力増大回路です。 出力合成用のブリッジ回路はなく、R4とR3とを同じ抵抗値にして、単純加算して出力するようになっています。 ブリッジ回路がない分シンプルですが、U1とU2で役割分担はしていません。 並列駆動に近い動作と思います。

 

以上、4種類の回路を見てみました。 R4を電流検出として使っている点は同じですが、それぞれ違う部分があるというのはお分かり頂けたでしょうか。 

このような比較サイトはあまり見当たらないですね。 私も少し勉強になりました。

 

 

 

 

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電子回路」カテゴリの記事

コメント

いつもハイレベルの記事をありがとうございます。

Sandman氏のWireless World誌(1982年9月号)の論文によると、
「電圧アンプから見た負荷インピーダンスをできるだけ大きく(∞)する」
のがポイントで、実例として挙げたブリッジ回路例はその一例にすぎない、という書き方をしています。
また、電圧アンプの帰還の取り入れ口を図のLOADとR4とR6の交点にとると「(A1の)出力インピーダンスをゼロにできる」ことも指摘されています。

してみると、テクニクスのClassAAは完全にClassSで、
テクニクスが独自に特許を取ったとすれば、周辺特許しかありえないように思います。
また日本のMJ誌の86年2月号にテクニクスのClassAAの座談会形式の記事がありますが、ClassSについて全く触れていないのはfairではないですね。ClassS特許を買い取ったのかもしれませんが。

Sandman博士が特許をどうしたのかまでは知らないのですが、特許を申請
するとき、なるべく広い範囲に及ぶように、あれやら、これやら、一例に
過ぎないなんて表現をすることは多いですよね。

近年では、先にモノを販売していていたりすると、あとから取った特許が有効で
はなくなるケースが殆んどですので、申請の先着順ではなくなってきましたね。
空想の世界だけで特許をとって、他のメーカーの技術革新を阻害するより、
ちゃんと実現できるだけの技術として特許を有効にした方が良いんだと思います。

ちなみに、オペアンプ式のclassAAは上記のような回路ですが、オリジナルの
パワーアンプ版classAA回路のブリッジはもっと複雑で、電源を含めたC-amp側の
構成はとても怪奇で難しいものになっています。 あれだけの回路で発振させずに
(インピーダンスのうねりやCやL成分がある)スピーカーを240W+240Wもの
パワーでドライブできる技術力は、本当にスゴイと思います。

SE-A100の回路図をみると、class Sとは違った構成であることがわかります。
そして、オペアンプでちょっとブリッジを組んだ程度のものとは比較にならない
難易度の高さ(桁違いの難しさ)があるというのは、アナログ回路を組んでいる
人なら想像に難くありません。
特許が切れた今現在でも、こんな危険極まりない回路をまねしようとする
メーカは今後も出てこないと思います。

SE-A-100のサービスマニュアルは英語版をHiFi ENGINE で見つけて私も持っています。
p.4に部品番号付きでBridgeCircuitの概略図があります。
LやCを入れて周波数特性をもたせていますが、基本はClassSですね。

なお、SandmanさんのWireless World誌(1982年9月号)の掲載記事の肩書きはM.Phil.(修士)です。
もっとも、Class'S'一発で博士号は楽に取れるオリジナリティをお持ちだったと思います。

前にグーグルパテントでClassAAの特許をちょっとだけ調べました。
日本国内のは探していませんが…
http://www.google.com/patents/US4716378
内容は忘れましたが検索してもsandmanのsの字も出てきません。

Sandmanのclass S さん

回路図をお持ちでしたら話が早いです。
単なる抵抗と、周波数特性を持たせた回路が同一という認識は、大雑把すぎやしませんか?
抵抗分割とLPFが同じと言っているのと同じ。 大げさに言えば、差動回路を使っているアンプ(OPAMP)はみな一緒で、どのOP-AMPも創意工夫や改善点がない同じ回路という認識ともとれます。

それはそれとして、エジソン風にいうなら、1%のひらめきと99%の努力という感じで
とらえると面白いかもしれません。
sandman博士が1%の人。 テクニクスは99%の努力の方。

いや、ホイートストンブリッジを応用した回路と考えると、ホイートストン氏が1%の人で、
sandman博士もテクニクスの人も99%側なのかもしれません。

ほんの一瞬光って切れる電球というひらめきは(1%)、 残る99%の努力によって
夜中じゅう点灯できるほどになって(実用的に仕上げて) 初めて
人々の役に立つものになる。

hen さん

じつは、私も日本の方を検索したことがあります。 でもclassAAに相当する特許は
見当たりませんでした。

ホイートストンブリッジをwikipediaで調べると、
「1833年にサミュエル・ハンター・クリスティ(S.H.Christi 1784-1865)によって発明され、1843年にチャールズ・ホイートストンによって実用化され、広く使われるようになった。」

なんと、ホイートストン氏もこの回路の生みの親ではなかった。。。
でも、実用化できるまでに仕上げたので、このブリッジ回路が、氏の名前
で呼ばれるようになったってことですね。

"Maxwell bridge"とか"Hay's bridge"で検索してみて下さい。
CやLを入れるブリッジは大昔から使われているのですよ。
1960年頃の米国陸軍の実用教科書でTrを入れた例も見たことがあります。

単に、粒度のお話ですね。
例えば、iphoneとGALAXY、「ガラケー」か「スマホ」かという粒度でみると
どちらもスマホ。 ただし、その違いは? と比較すると、違う部分が沢山ある。
この記事の回路比較もそういう類のものとしてご理解ください。

マクスウェルブリッジ、コールラウシュブリッジなども、ホイートストンブリッジの
応用回路ですから、仲間といえば仲間。 しかし、細かく見ると違いがあって
それぞれ有用な回路であることから別名がある。 ということだと思います。


グーグルパテントで「sandman amplifier」と検索してもヒットしないです。
Wireless World誌って、高周波向けの雑誌? 
日本で言うCQ ham radio やRFワールドのような感じなのでしょうか。

よく分りませんが、sandman博士は何か違った分野への提案をしていたのかも
しれませんね。 インピーダンス変換、インピーダンスマッチング、などなど。。。
ちょっと前までは、特許は先に申請した者勝ちでしたので、悔しい思いをしたのかも
しれません。 せめて、オーディオ系の紙面に発表していれば。。

classAAも、基本回路のアイデアを思いついてから、市販製品に耐えうる回路に
仕上げるまで、開発に3年から5年くらいかかったとして、どちらが先なのか
というのは何とも言えません。


classAA回路でよく比較対象にあげられる、スレッショルド社のSTASISと
クオード社のカレントダンピング。 どちらも製品にまで仕上げて、市場の評価も
高かったと思います。
テクニクスも含めて3社とも、実験レベルではなく製品レベルにまで仕上げている
という部分は共通ですが、その中でも特に発振しやすそうな回路のテクニクスが、
市販製品として販売できたというのは驚愕に値する技術力だと思います。

ブリッジ定数はもとより、C-ampのOPAMP選定や電源フローティング回路、
アンプ全体のゲイン配分、基板パターンレイアウトに至るまで相当苦労され
たんじゃないかと推測しています。

そして何よりも、測定器レベルの歪率の低さと200Wを超えるパワーとを両立
している点で、現在のアンプでも実現困難な超高性能を25年以上前に
実現できていたということは、本当に素晴らしいです。

たかじんさん

基板頒布は権利上難しいかもしれないと仰っていたHyCAA基板の頒布を始められたのは
特許が出されていないことを確認できたからだったのですね。

>発振しやすそうな回路のテクニクスが、
>市販製品として販売できたというのは驚愕に値する技術力だと思います。
黒田徹さんはテクニクスのSE-A1を参考にした
フローティング電源を利用したA級アンプを作ったものの、
安定性に難があって発表できなかったとラ技で書いていたことを思い出しました。
テクニクス脅威のエレクトロニクス!

henさん

再度、調べてみましたら、特許検索の範囲が平成5年以降のものしか検索
できないようなのです。
恐らく、その前のものですから、ヒットしないようです。
ちなみに、特許の有効年数は20年ですから、既に過ぎているので販売に踏み切り
ました。
それ以前に、OPAMP版はMJなどの雑誌にも投稿記事が載っていたりと、
かなり公けの回路になっていますしね。

>黒田徹さんはテクニクスのSE-A1を参考にした・・・
そう思います。 200Wクラスとなると、B電圧がかなり高いので、一瞬でも発振
させると連鎖的にTRが吹っ飛んで、大惨事になります。 
本当によく製品レベルまで作り上げたと思いますよ。 
アナログ回路のプロ中のプロがテクニクスの開発部にいたんだと思います。 

どう見ても、相当危険でヤバイ回路です。

ちなみに、サンスイのXバランスアンプも3段増幅x3段ダーリントンをBTLにしている
ので、これも安定的に動作させるには、相当なテクニックが必要と思います。

1980年代の日本のアナログエンジニアのレベルの高さには感服します。

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