最大スルーレートを考慮した設計法　３、有効な対策法

３、有効な対策法
●必要十分な値理想は「無限大」の限界ＳＲを得ることですが、それは無理なので現実的にＳＲ限界に引っ掛からない為の条件を考えます。１、音楽信号だけの場合　これはすでに議論した通り、８Ω100W出力(40Vpeak)では20kHzで5.0V/usなので、これに多少余裕を持たせた10V/usもあれば十分。２、外来ノイズを含めた場合　対応策として、２通り考えられます。　　Ａ案：高周波ノイズに対しても完璧に歪みなく追従する　　Ｂ案：可聴帯域をはるかに超えた高周波に対しては影響を受けないＡ案はノイズがAM帯以下なら可能性がありますが、地上波放送電波は500-700MHzですし、無線LANや携帯の電波は2.4GHzにも及びます。この周波数はオーディオ用素子のｆｔをはるかに超えるので追従は不可能。Ｂ案は増幅部その物の応答を悪くすると、NFB高域限界（～数MHz）で問題が発生するので、位相回転も考慮すると10MHz以下は通さざるを得ない。但し、アンプに入力される前に不要な高周波をカットすることは可能なので、入力にLPFを追加すればＢ案も可能。結論としては、アンプの入力前にＬＰＦを挿入して不要な高周波ノイズをカットし、それで取り切れなかった小振幅の高周波成分に対しては完璧に歪みなく追従する、と言うのが最善策。入力ＬＰＦを100kHzの１次とすると、500MHzでは1/5000となり、ほぼ無視できるようになります。但し594kHzのAM局近傍では1/6にしかならないので、局地的には30kHzの２次にするなど個別対応も必要。強電界地区で入力LPF後に594kHzが20mV残留している場合、ゲイン30倍のアンプが追従するには、594kHz, 600mV出力なので SR=√20.62pi*594k=3.2V/us で良い。つまり、アンプが 10V/usのＳＲを持っていれば、入力LPFはfc=300kHzのごく軽い物でもＳＲ限界には達しない事になる。パワーアンプの入力部LPFは省略できない重要な部品。 ●アンプの内部変調を考慮した場合ＳＲ限界を超えて内部で電流がクリップしなくても、最初に「ＳＲ限界を超えると何が起こるのか」の説明で触れたように、SR限界との比に比例して内部電流は変動している。高周波ノイズの多いADCの出力をそのままアンプに繋ぐとギスギスした痩せた音になるが、途中にLPFを入れて高周波をカットしてやると音質が改善されるとの話もあり、高周波による内部電流の変調は音質に与える影響が大きいのかも知れません。アンプの初段が高周波で変調される割合は、NFBが追従している範囲内ではＳＲ限界が大きいほど小さくなるので、限界値を上げることは不要な内部変調の改善になる。音楽信号のＳＲが2V/usしかなかったとしても、ＳＲ限界が10V/usのアンプと100V/usのアンプでは内部電流の「変調率」は10倍違う。差動初段の場合では歪率は電流振幅の二乗なので、初段の歪は100倍違ってきます。したがって、内部変調を考えると10V/usでは十分ではないと考えることもできる。これが「許容できるか」の判断は、CCIFの測定法で評価した値が指標となるが、「音質」に関しては歪率と同様に数値が当てにならないので、十分条件は存在しない。やりたい所までやって、音質の変化がその人にとって聞き取れない所まで突き進むしかない。（但し、音質改善がＳＲ改善で得られたのか、副次的な別の要因なのかは検証を要する。） ●対称性の重要度初期のトランジスタアンプは、差動初段ではなくてPNPのシングルが一般的でした。１石のシングルで動作させると動作の非対称性で２次歪みが発生します。単純な２次歪みだけなら害は少ないが、問題は混変調歪みによるビートダウン。可聴帯域外で余分なスプリアスが出ても耳には聞こえませんが、可聴域にビートダウンが起こると非常に耳に付くのです。例えば19kHzと20kHzの２信号が同時に入力された場合、奇数次歪みのみの場合は18kHzより低い周波数には混変調歪みは出ませんが、偶数次歪みを持つ回路では差成分の1kHzにもビート信号が発生します。このビート成分はＳＲによる動作点の振られ量の２乗に比例しますので、小電流のPNP初段はＩＭ歪が非常に悪くなる。トランジスタアンプでシングルタイプの初段構成が廃れたのは、これが原因の一つかも知れません。差動にして２次歪をキャンセルしても、動作点が対称中点から外れると同様にビートダウンが発生するので、内部電流の変調率を小さく抑えることは有効。初段からＳＲ限界を決める部分までは、動作の対称性を保つことが望ましい。（初段限界より高いＳＲを持っていれば、後段では±の非対称性は問題にならない）良好な対称性を持つアンプなら、ビートダウンは発生しにくいので必要以上にＳＲ限界に余裕を持たせる必要性は薄くなる。なお、初段で十分なＳＲを得た場合には、後段でＳＲ限界が来ることもあるので、その場合は後段でもＳＲの±非対称性は大きな問題となります。片側を定電流回路で引っ張っているタイプのＥ接地電圧増幅段では±のSR値がずれるので、最大電流を揃える工夫が必要。この対策をしない場合、入力LPFがないと高周波成分が入った時にＡＭ成分が検波されてSPKからノイズが聞こえてきます。　　　　ＳＲの目次に戻る　　　　　アンプ設計のTOPに戻る

３、有効な対策法

　

●必要十分な値

理想は「無限大」の限界ＳＲを得ることですが、それは無理なので現実的にＳＲ限界に引っ掛からない為の条件を考えます。

１、音楽信号だけの場合
　これはすでに議論した通り、８Ω100W出力(40Vpeak)では20kHzで5.0V/usなので、これに多少余裕を持たせた10V/usもあれば十分。

２、外来ノイズを含めた場合
　対応策として、２通り考えられます。
　　Ａ案：高周波ノイズに対しても完璧に歪みなく追従する
　　Ｂ案：可聴帯域をはるかに超えた高周波に対しては影響を受けない

Ａ案はノイズがAM帯以下なら可能性がありますが、地上波放送電波は500-700MHzですし、無線LANや携帯の電波は2.4GHzにも及びます。この周波数はオーディオ用素子のｆｔをはるかに超えるので追従は不可能。

Ｂ案は増幅部その物の応答を悪くすると、NFB高域限界（～数MHz）で問題が発生するので、位相回転も考慮すると10MHz以下は通さざるを得ない。
但し、アンプに入力される前に不要な高周波をカットすることは可能なので、入力にLPFを追加すればＢ案も可能。

結論としては、アンプの入力前にＬＰＦを挿入して不要な高周波ノイズをカットし、それで取り切れなかった小振幅の高周波成分に対しては完璧に歪みなく追従する、と言うのが最善策。

入力ＬＰＦを100kHzの１次とすると、500MHzでは1/5000となり、ほぼ無視できるようになります。但し594kHzのAM局近傍では1/6にしかならないので、局地的には30kHzの２次にするなど個別対応も必要。

強電界地区で入力LPF後に594kHzが20mV残留している場合、ゲイン30倍のアンプが追従するには、594kHz, 600mV出力なので SR=√2*0.6*2pi*594k=3.2V/us で良い。

つまり、アンプが 10V/usのＳＲを持っていれば、入力LPFはfc=300kHzのごく軽い物でもＳＲ限界には達しない事になる。パワーアンプの入力部LPFは省略できない重要な部品。

●アンプの内部変調を考慮した場合

ＳＲ限界を超えて内部で電流がクリップしなくても、最初に「ＳＲ限界を超えると何が起こるのか」の説明で触れたように、SR限界との比に比例して内部電流は変動している。

高周波ノイズの多いADCの出力をそのままアンプに繋ぐとギスギスした痩せた音になるが、途中にLPFを入れて高周波をカットしてやると音質が改善されるとの話もあり、高周波による内部電流の変調は音質に与える影響が大きいのかも知れません。

アンプの初段が高周波で変調される割合は、NFBが追従している範囲内ではＳＲ限界が大きいほど小さくなるので、限界値を上げることは不要な内部変調の改善になる。
音楽信号のＳＲが2V/usしかなかったとしても、ＳＲ限界が10V/usのアンプと100V/usのアンプでは内部電流の「変調率」は10倍違う。差動初段の場合では歪率は電流振幅の二乗なので、初段の歪は100倍違ってきます。

したがって、内部変調を考えると10V/usでは十分ではないと考えることもできる。
これが「許容できるか」の判断は、CCIFの測定法で評価した値が指標となるが、「音質」に関しては歪率と同様に数値が当てにならないので、十分条件は存在しない。やりたい所までやって、音質の変化がその人にとって聞き取れない所まで突き進むしかない。
（但し、音質改善がＳＲ改善で得られたのか、副次的な別の要因なのかは検証を要する。）

●対称性の重要度

初期のトランジスタアンプは、差動初段ではなくてPNPのシングルが一般的でした。
１石のシングルで動作させると動作の非対称性で２次歪みが発生します。単純な２次歪みだけなら害は少ないが、問題は混変調歪みによるビートダウン。可聴帯域外で余分なスプリアスが出ても耳には聞こえませんが、可聴域にビートダウンが起こると非常に耳に付くのです。

例えば19kHzと20kHzの２信号が同時に入力された場合、奇数次歪みのみの場合は18kHzより低い周波数には混変調歪みは出ませんが、偶数次歪みを持つ回路では差成分の1kHzにもビート信号が発生します。
このビート成分はＳＲによる動作点の振られ量の２乗に比例しますので、小電流のPNP初段はＩＭ歪が非常に悪くなる。トランジスタアンプでシングルタイプの初段構成が廃れたのは、これが原因の一つかも知れません。

差動にして２次歪をキャンセルしても、動作点が対称中点から外れると同様にビートダウンが発生するので、内部電流の変調率を小さく抑えることは有効。
初段からＳＲ限界を決める部分までは、動作の対称性を保つことが望ましい。
（初段限界より高いＳＲを持っていれば、後段では±の非対称性は問題にならない）

良好な対称性を持つアンプなら、ビートダウンは発生しにくいので必要以上にＳＲ限界に余裕を持たせる必要性は薄くなる。

なお、初段で十分なＳＲを得た場合には、後段でＳＲ限界が来ることもあるので、その場合は後段でもＳＲの±非対称性は大きな問題となります。片側を定電流回路で引っ張っているタイプのＥ接地電圧増幅段では±のSR値がずれるので、最大電流を揃える工夫が必要。

この対策をしない場合、入力LPFがないと高周波成分が入った時にＡＭ成分が検波されてSPKからノイズが聞こえてきます。

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