完全差動アンプ Fuly Differential

質問

完全差動アンプ Fuly Differential amp について。

Ti社データシートhttp://www.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja122/jaja122.pdf
4ページ目 図2に関する質問です。

完全差動ヘッドホンアンプの製作を考えていて、上記のデータシートから動作を紐解こうと考えているのですが、２つほどわからない点がありました。

1。Q3~Q6のトランジスタはカスコード回路だと思っていますが、Q5,6のベースにはVocmエラーオペアンプの出力が接続されています。
これはどのような意味がありどのような動作をしているのでしょうか？

2。データシートこの回路図のすぐ左下に

[Vocmのエラーアンプは、 出力コモンモード電圧をサンプリングし、Vocmでの電圧と それを比較し、"内部帰還"を調整する]

と表記があります。この、"内部帰還"とは何を指しているのでしょうか？

一応データシートは全部目を通してみましたが、初心者なので詳しい動作がわからず、ディスクリートでの設計に手間取っています。

回答ご教示願います。

回答No.3

bogen55 · ベストアンサー

> 1。
Q1-Q3,Q2-Q4がカスコード回路で、折り返されているんで「フォールデッド・カスコード回路」と言います。
若い方は知らないはずで、大昔の本に載っていました。
最近復刻版が出たんで、読むとエエです。
「解析 OPアンプ&トランジスタ活用」
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/52/52311.htm
これの「4.2」項に説明と設計法があります。

> 2。
「Vocmエラーアンプ」ってまさかオペアンプだとは思っていないでしょうね。
オペアンプ出力にQ5、Q6のエミッタ接地トランジスタ回路を直結したら、トランジスタのベースがぶっ飛びますよ。
「Vocmエラーアンプ」は電流出力のアンプにしないといけません。
また発振させないような位相補償も必要です。
定電流回路は「定電流ダイオード」とか考えていないですよね？

その他、IC内部の回路をディスクリートで置き換えるには、トランジスタ回路の基本がわかっていないと無理です。
「解析 OPアンプ&トランジスタ活用」は大昔の本ですが参考になります。
とは言っても、全くの初心者には難しすぎるかも？
その場合、黒田先生の本を最初から読んだら堂でしょう？
１．はじめてのトランジスタ回路設計
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/32/32801.htm
絶版になって「ディジタル/CD-R版」が出ています。
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/I/I000026.htm

次に測定器とか無いでしょうからこれの購入を勧めます。
「Analog Discovery」
http://store.digilentinc.com/analog-discovery-100msps-usb-oscilloscope-logic-analyzer/
または「Analog Discovery 2」
http://store.digilentinc.com/analog-discovery-2-100msps-usb-oscilloscope-logic-analyzer-and-variable-power-supply/
学生さんだったら、100ドル程度の学割があります。

測定器が揃ったら、この「実験で学ぶトランジスタ・アンプの設計」でトランジスタ回路を勉強しましょう。
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/41/41721.htm
設計するのはそれからですよ。

お礼

1 ⇨フォールデットカスコード回路というのですか。知りませんでした！完全差動アンプの回路図を検索すると、幾つかこの回路方式を採用したものが見受けられました。

2⇨はい。オペアンプだと思っていました。
ここもトランジスタを使って動作を理解してから組まないといけませんね。

その他⇨ 定本トランジスタ回路の設計という本を買って理解した気になっていました。
オススメの書籍を教えてくださり、誠にありがとうございます。
まず、トランジスタ回路の理解のために黒田氏の本【絶版のほう】を読んでみます。
それから解析～の本で動作を学んでみようと思います。

どうしても専門の参考書となると値段は高くつきますが、未来への投資だと思って購入を検討します。

自分の無知さをわからせてくださり、大変感謝致します。

回答No.2

tadys

＞１．Q3~Q6のトランジスタはカスコード回路だと思っていますが
カスコード回路ではありません。
Ｑ５はＱ３の、Ｑ６はＱ４の負荷抵抗の役割をしています。

カスコードになっているのはＱ１とＱ３、Ｑ２とＱ４です。
通常のカスコード接続ではＮＰＮとＮＰＮのように同極性のトランジスタを使いますが
この回路ではＮＰＮとＰＮＰを接続しています。
Ｑ３のエミッタには定電流源が接続されているのでＱ１の電流の変化分は全てＱ３に流れます。

Ｑ５（Ｑ６）はＶｏｃｍエラーアンプによってコレクタ電流が調整されてＱ３（Ｑ４）のコレクタ電圧が変化します。
これにより出力のコモンモード電圧がＶｏｃｍと一致するように制御されます。

＞２．データシートこの回路図のすぐ左下に
日本語のデータシートで分からないところがあるときは英語のデータシートをチェックしましょう。
http://www.ti.com/lit/an/sloa054d/sloa054d.pdf?keyMatch=fully%20differential%20amplifiers
このシートでは問題の文章はＦｉｇ．２のすぐ上にあります。
サンプリングという訳は適当では無いです。
この場合は統計で使う「標本の抽出」を使用して「電圧を取り出して」ぐらいに訳すのがいいでしょう。

このＩＣを使う時は外部に帰還回路を構成する必要が有ります。
エラーアンプによる帰還回路はＩＣ内部だけで完結しているので"内部帰還"としているのでしょう。
等価回路を見ればこの帰還が内部で完結しているのが明らかなので内部は無くてもいいです。

＞ディスクリートでの設計に手間取っています。
ディスクリートで設計する理由は何でしょう。
ディスクリートでＩＣと同等の性能を得るのは極めて困難です。

データシートにある回路図は等価回路であって実物とは違います。
特に注意が必要なのはペアとなる素子のバランスです。
例えば、Ｑ１とＱ２ではＨｆｅ，Ｖｂｅ等のパラメータが出来る限り一致することが要求されます。
素子の温度が異なるとパラメータが変化するので二つの素子で温度が同じになるような工夫が必要です。
パラメータをそろえるには一つのパッケージに2個のトランジスタが入ったペアトランジスタが必要です。
Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６、電流源のＩ等も同じです。
これらは主に直流での性能に影響します。
もう一つ問題なのは寄生容量や寄生インダクタンスです。
ＩＣの中では素子間の配線が小さいのでこれらの寄生素子も小さくなりますがブレッドボードでは小さく出来ません。
その為ＩＣと同じような高い周波数で動作させるのは困難になります。

お礼

回答ありがとうございます。
ディスクリートで作りたい理由は、低電圧動作と、将来に向けての回路の勉強のためです。

１つのパッケージに入っているトランジスタを使わなくても、特製のそろったトランジスタを熱結合して使用するという方法もありますが、それでも可能でしょうか？

また、D1.2そしてI2でQ3.4のベース電圧と電流を設定してるのはわかるのですが、
Q5,6のコレクター電流調整によってQ3.4のコレクター電圧が変わる とは、トランジスタの動作がどのようにして起きるのでしょうか？

初歩的な質問で大変恐縮ですが、回答お願い致します。

回答No.1

tance

まず、Q3～Q6はカスコード接続ではありません。単なるベース接地の差動アンプ（Q3, Q4)に定電流負荷（Q5, Q6)が接続された回路です。

Q5, Q6の共通ベースにエラーOPアンプの出力が接続されているのは、まさに「出力の同相成分を一定に保つ内部帰還」です。２つの抵抗Rにより両出力の平均電圧を求めて、それがVocm電圧と同じになるように内部OPアンプでQ5, Q6の共通ベースに負帰還をかけているのです。両出力の平均電圧とは、出力コモンモード電圧に他なりません。

Q5, Q6の共通ベースの電圧をコントロールすると、出力は同相電圧が変化します。差動信号としては変化しないので、まさに両出力の同相電圧を安定化させる機能があります。

[Vocmのエラーアンプは、 出力コモンモード電圧をサンプリングし、・・・」の表現は多少違和感を覚えますが翻訳上の問題だったのかもしれません。サンプリングという表現はちょっと違うのではないでしょうか。コモンモード電圧を監視し、という意味だと思います。（サンプリングには時間軸を離散的にする意味がありますが、この場合は完全アナログですから）

カスコード接続というもの少し違和感が・・・。カスコードという造語はカスケード・トライオードの短縮形で、三極真空管をカスケード接続する回路のことです。他に良い呼び名がないので真空管ではなくても同様の特徴をもった回路をカスコードと呼んでいますが、真空管じゃないし・・・と思ってしまいます。でも、こう呼ぶしかないのでよく使われている語です。

お礼

回答ありがとうございます。
自分の見解が全く違っていたことに驚きました。

もう１つ質問があります。
エラーアンプの＋に接続されているRは監視用のものだということはわかりました。
ですが、同じところに接続されている２つのCはなんの意味があり、容量はどのくらいだと推定されますでしょうか。

回答お願い致します。