電圧クリップについて

質問

電子工学を学び始めたものです。
オーディオアンプの場合について、どなたかお教え下さい。

電源電圧の３５％程度で電圧クリップが起きるといいます。
電源電圧±２４Ｖの場合、利得を高くしても得られる出力は８Ｖ少々。
これはどのような理由によるものでしょうか？
フルスイングオペアンプなどでは、電源電圧に近い出力が得られるのでしょうか？
初心者向けにお教え頂ければと思います。　m(_ _)m

回答No.3

JT190 · ベストアンサー

#1です。補足の件。

> ８０％程度が目安値なのですね。

違います。
「80%以上は取れる」ですから「どんなに最低でも80%」という意味です。
（80%というのは、極端な例として電源電圧が物凄く低い場合を想定）
概算する場合は、むしろ100%で計算しても問題ありません。
（「単電源とすれば実効値≒35%」の仮定は、ほぼ100%ということを前提での計算になっています）

> オシロが無いと波形クリップが何Vで起きるか確認することは難しいでしょうか？

・音を聞けばある程度分かります。測定機を持っていたとしても、1度は実際に「クリップした音」を聞いておいたほうが良いでしょう。
・ピーク値が測れる電圧計があれば、入出力の電圧の関係を何点か測定してグラフに描けば、クリップ点でグラフが水平に変わるので、一目で分かります。
・ピーク値が測れなくても、DCアンプであれば直流を入力して直流が出力されるので、普通のテスタでも入出力の測定が可能です。
・サウンド内蔵のWindows PC（通常は内蔵している）があれば、PCを簡易オシロにするフリーソフトがあるので、それを使えば確認できます。
http://download.goo.ne.jp/software/category/win/art/other/

お礼

何度も丁寧に有り難うございます。　m(_ _)m

実際にやってみました。
オペアンプにCDの出力を入れ、ＰＣオシロで波形を見てみました。
±１０Ｖ＝＞８．５Ｖでクリップ（８５％）。　±１６Ｖ＝＞１４．４Ｖでクリップ（９０％）でした。
聴感上はかなり波形が潰れないと分かりませんでした。

脳みそが一皮剥けた感じがします。
机上だけではダメですね、有り難うございました。

回答No.4

elekichi

＃2ですチョット一言

　＃1様の回答の通りで、厳しい条件での設計（製品）事例に付いて考えて見ましょう。

　デジタルポータブルオーディオ等で電源にニッケル水素電池1本を使うとします、この場合電源電圧は1.2Vですね。
　この条件では、オーディオ出力段Trのコレクタ、エミッタ間電圧は0.2V以下で有る必要が有ります。（飽和電圧と言います、FETでも同じです）
　その結果、出力電圧の最大値は1Vp-pとなり電源電圧の83％になりますね。
　この値を実効値（RMS）に直すと0.35Vとなり、16Ωのイヤフォンに対する最大出力は0.35二乗÷16≒7.6mWとなります。
　従って一般的にこれ等のポータブルオーディオの出力が最大7mWとなっています。

　もう一つテスト用のCDは有るがシグナルジェネレーターは無いとの事でしたが、此れも＃1様の示されたURLにフリーソフトのSGが有ります、（ミニ・デジタル・シグナル・ジェネレータ）ダウンロードして使って見ると結構使えそうです。（出力レベルの可変はパソコンで、出力レベル値のモニターはテスター等で良いでしょう）

お礼

いろいろなソフトがフリーで供給されているのですね。
驚きです。
ＳＧでも今度実験してみようと思います。
当方、ＰＣが１台しかありませんので。
ご指導有り難うございました。

回答No.2

elekichi

オーディオ暦52年の高齢者です。

　明らかに「電源電圧の35％で電圧クリップ（この表現も？）が起きる、電源電圧±24Vの場合、利得を高くしても得られる出力は8V少々」

　此れは電圧をクリップする回路ですかね、通常のオーディオアンプではこの様な事は起こりません。（オフセット等を行った誤った設計事例とか）

　真空管は取り合えず別として、半導体アンプの正弦波増幅回路では、中間段は別として、最も信号の大きくなる最終段の出力は負荷のインピーダンスにも寄りますが、最終段半導体の飽和特性（トランジスタの場合コレクタ、エミッタ間電圧で約0.5V）を電源電圧±24Vつまり48Vから引いた電圧（47.5V、出力段が一般にプシュプルとなっているので47Vとしましょう）がp-p電圧として得られるので、実効値としても47÷2÷√2で約16.6Vが得られます。

　従って此れはパルスアンプモジュレーション（PAM）等を利用した電力増幅器等では有りませんか？（それにしても出力が低過ぎる）

　尚、オペアンプをフルスイングで使った場合は当然ピークツーピークで略、電源電圧に近い電圧が得られます。

お礼

ご指導有り難うございます。　m(_ _)m

独学で勉強を始めたばかりであり、大変助かりました。
説明頂いたことをきちんと理解できるように頑張ります。

回答No.1

JT190

情報自体が間違っているか、解釈を間違えているかのどちらかだと思います。

> 電源電圧の３５％程度で電圧クリップが起きるといいます

Tr回路であれば、通常80%以上は取れるはずです。
（というか、「取れる」ような設計をします）
効率が最悪の「三極管（真空管）シングルアンプ」でも50%前後は取れますから、「35%」というのはちょっと考えづらい数値です。

> 電源電圧±２４Ｖの場合、利得を高くしても得られる出力は８Ｖ少々。

正しくはこうなのでは？

電源電圧が「単電源24V」の場合、最大出力はピークtoピークで24V弱。
したがって、波形片側の最大値は半分の12V弱、さらに正弦波の増幅であれば（オーディオアンプであれば通常は正弦波で考える）、実効値は最大値の1/√2倍ですから、出力で得られる波形の「実効値」は8.4V弱。

これなら、確かにどうがんばっても「電源電圧の35%までしか得られない」とも言えます。

ちなみに・・・
・「電圧クリップ」という言い方には違和感を感じます。「波形クリップ」「出力のクリップ」という方が適切です。
・「利得の大小」と「最大出力電圧の大小」は直接関係はありません。
（厳密にいうと、利得を下げた方がむしろ最大出力が上がる場合もあります）

補足

ご指導有り難うございます。　m(_ _)m

１．８０％程度が目安値なのですね。
　　２４Ｖは片電源のことなのかもしれません。
　　もう１度、よく本を読んでみます。
２．実際にやってみたいのですが、オシロが無いと波形クリップが何Vで起きるか
　　確認することは難しいでしょうか？
　　テスト用のＣＤ、ＤＣ電源、オペアンプくらいしか用意が出来ません。
　　何か方法がありましたら、お教え下さい。