VFA-01のカレントミラー上部のダイオードの働きについて

あまり文献には出てこないこの回路。　動作は、いたって単純です。　

　

Q7とQ8でカレントミラーを組んでいます。　

その上側に挿入されたD1・D2は、

まず、２段目の動作から説明いたします。　

差動回路は、右側（Q6）と左側（Q5）とで、僅かに電流バランスが傾いて信号を振幅させています。　

Q6のコレクタ電流ICが増えると、Q5のICは減り、Q7のICも減ります。　そしてカレントミラー電流が折り返されたQ8もICが減ります。　右側だけみると、Q6のICが増えた分だけQ8のICが減るのです。　そうして出力電圧は高い方へと振幅します。

このときは、D1は電流を通しているだけ。　D2はリバース方向の印加なので特に作用しません。　

逆に Q6のICが減ったときは、Q5のICは増えて、Q7のICも増える、つまり、Q8のICも増えます。　そうして、出力は低い方へと振幅してゆきます。　Q8のVce（sat）まで到達すると、それ以上振幅できなくなります。

ところが、もっと大きく振幅させるような入力が入った場合、Q5のICがさらに増えて、Q8のベースへ過剰な電流が供給されることになります。　

トランジスタは、ベース電流のhfe倍 コレクタに電流を流そうとするのは、色んな教科書に載っているとおりです。　飽和領域に近づくとhfeが急激に低下して、ベース電流を沢山流してもコレクタ電流が反応してくれなくなります。　もっとトランジスタを駆動しようとして、ベースに過剰にキャリアが注入されると、トランジスタ内部でキャリアの蓄積が起こり、ベースの電位がなくなってもしばらくの間、コレクタ電流が流れ続けてしまう現象があります。　

じつは、このベースへの過剰な電流の注入をD2を伝って逃がすことで抑えているのです。　D1は、D2の順方向電圧Vf分のかさ上げです。　

せっかくですから、実際の波形を見てみましょう。　

まずは、D1、D2が無いときの波形です。　分かりやすくするため、10kHzの正弦波を使っています。　（８Ω負荷での波形）　

　

信号を思いっきりクリップさせると、下側から復帰するのが遅れて、その後、ぴょんとヒゲがでているのが分かりますね。　

次に、D1、D2を入れた時の波形です。　

　

僅かに復帰は遅れてはいますが、ぴょんと飛び出る波形がなく、滑らかに正弦波へと繋がっているのが分かります。　カレントミラーに使っているトランジスタ2SC2240は高速なトランジスタなためか、キャリアの蓄積で遅延する時間が短くてヒゲは僅かしか出ていません。　しかし、D1、D2を入れることで確実に波形の復帰がスムーズになっています。　

１０～２０Ｗ程度の小出力アンプでは、クリップするのは日常茶飯事と考え、このような対策をとることは必須だと思います。　　（ヘッドホンアンプHPA-12は、クリップ対策してません）　

今回、10ｋHzで思いっきりクリップするパワー（約15W ８Ω）で駆動させていますが、このアンプ自体の不安定要素が少ないため、こんな条件で３０分や１時間連続で出力し続けても、ぜんぜん平気です。　もしスピーカーを繋いでいたとしたら、スピーカー（ツィータ）の方が、辛いくらいでしょう。　

パワートランジスタは、意外と熱に強く、温度上昇試験でパワトラ表面温度が120℃に達したとしても即座には壊れません。　

とは言っても、基板から何かにおいがするくらいの温度になったら、出力を下げてやってください。　（ヒートシンクのサイズに依存するので）　

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