回路シミュレーションと実際の回路

電子回路シミュレータは非常に手軽で、色んな回路を試すことができます。

パソコンの性能もあがり、SPICEエンジンを使ったシミュレーションソフトウェアが無料になり、だれでもやる気になれば、面白い回路をひねり出せるようになってきました。

例えば、こんな感じ。（全回路はちょっと伏せさせてください）

ヘッドホンアンプを想定して、負荷は３０Ωです。

FFTの項目をみると、2次高調波、3次高調波がおおよそ-175dB です。　信号は1kHzで0dB（LTspiceは1Vppが0dB）

LTsipceは

.Four 1k v(out)

.option plotwinsize=0

というオプションを回路図中に記載しておくと、歪率（THD）を数値としてみることができます。なぜか右クリックの「Error log」から見ます。

結果はこんな感じ。　0.000003%

実際に組んだとしても、多分、ありえないですね。

トランジスタの種類は適当に選んでます。NPN、PNPの表記のままだと理想トランジスタとしてふるまうので、適当でも何かの型番を選ぶ必要があります。

最終段のトランジスタのアイドリング電流は約30mAに設定しました。初段も2mAくらい。その他も含めて現実的な電流に設定しています。

では、なぜ、こんなに歪が小さくなっているのか？

という種明かしはNFBにあります。　超多量NFBです。

オープンループ特性はご覧のとおり。　150dBほどの増幅率があります。

近年のオペアンプで140～150dBくらいあるのをデータシートで見たことがありますので、現実世界でも2段増幅で140dBという増幅率というのは可能な気がしますね。難しいのは多量のフィードバックをかけても発振させないことの方です。

この回路の仕上がりゲインはおおよそ20dBなので、1kHzでは約90dBのNFBがかかっていることになります。

素の特性を-80dBのひずみに抑えることができれば、理論上-170dBという驚愕の歪率が出せます。　シミュレーション上の話ですけども。。。

ちなみに、現在販売されているなかで最も低歪率まで測れる測定器はAudio PrecisionのAPx555だと思います。　-120dB（0.0001%）を切るくらいまで計測可能です。

30年くらい前に開発されたパナソニックVP-7722Aは１～10kHzで-130dBまで計測可能でした。シバソクは更に上。　Audio Precisionも、ようやくこのレベルに登ってきたかという感じです。「APはグラフがかっこいいだけ」と酷評されないレベルになって嬉しいですね。

ということで、本日はシミュレーションあそびでした。

ちなみに、ナショセミあたりが始めたオペアンプの超低歪率な測定方法は、40dBのゲインで計測して、ユニティゲイン時（0dB）にはその計測値の100分の１にできるという数値マジックを使っています。

計測時に0.005％ という数値がでたものを

データシートで0.00005％と謳う のです。 マジです。

　

System Twoという、高精度ではない測定器でもすんごい歪率を出せるマジック。JEITAのような測定方法・カタログスペックへの表記の統一規格がないので何でもありの世界なんですかね～　大きな数字を出したもの勝ち！！

近年のオペアンプのデータシートは鵜呑みにしてはいけないのかもしれません。

少なくとも、別のメーカーやデータシートを作った時代が違うと同列比較できません。

やたらと良い数字が載っているものには気をつけましょう。 1nV/√Hzあたりの低ノイズOPAMPも怪しいかもしれませんよ。　NJM5534と同列比較して、むしろノイズが多かったりもしていましたし。。。

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