JA1QVM

アマチュア無線機とアンテナを作ることそして温泉が大好き。
自分勝手な素人理論?に基づき、トランス式 BTL(Lは「もどき」のlikeにします)の回路を考えました。

イメージ 1
出力側はオーディアンプの場合はSPですが、高周波ですから 50ohmのインピに合うように、3T:2Tのトランスで 100ohmに変換してます。
此れで各々のアンプの出力インピは、ほぼ 50ohmになります。

実を云うと此れでは BTL本来の4倍の出力にはナラズ、2倍の普通の電力合成と同じレベルです。
確実に動作する事が確認できたら4倍に挑戦します(デバイスが耐えられるか怖い)。

入力側は最初にゴク普通のトランスによる位相変換で実験をしましたが上手くいきませんでした。
アンプ単体では問題無く動作するのですが、2台並べると途端に発振器に変貌します。
簡単に「発振」と書きましたが、大出力?アンプ2台が発振するとドウナルか・・・想像して下さい・・・当然の様に 2SJ201は昇天します。

発振する原因を突き止めないと、此の電力合成は失敗に終ります。
何本もの 2SJ201を飛ばし、素人考で行き着いたのが・・・互いのアンプでループを形成し、正帰還になる周波数で発振する・・・です。
通常 MOSFETは或る程度の帰還容量(ゲート/ドレイン間)が存在します。
高周波用のデバイスなら少ないですが、此の 2SJ201は純粋な低周波用ですから、結構な帰還容量があります。
此れが原因で他のアンプを経由して発振する!
全くの素人考ですから真に受けないで下さい。

で、結局各々の入力側にアイソレーションを持たすべくスプリッターを入れました。
当然此処での位相変換は出来ないので、どちらかのアンプの入力トランスで1次側接続を逆にしてます。
其の結果が上の回路です。

凄いですね〜、スプリッターのおかげで、あれ程発振しまくっていたのがピッタリ止まりました。
実は一時期、此の BTL方式を諦めていました(期間で云うと3ヶ月ぐらい悩んでいた)。

さあ〜此れで、又実験するぞ〜。
次回をご期待下さい。  by    JA1QVM

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BTLとは普通 [Balanced Transfomer Less]だと思いますが・・・
オーディオアンプの世界では、電源電圧が低い場合に良く使われます。

カーステレオでは電源はバッテリですから・・・12V
スピーカのインピは・・・8ohmが多い
1台のコンプリアンプで取り出しうる最大出力の上限が決まります・・・約 2W(自分で計算して何ですが、コンナに少なかったっけ?)

と云う訳でコンプリアンプ2台を出力合成して4倍の 8Wアンプにしようとするコンタンです。
理屈を下に・・・
イメージ 1
何時もの様にエンピツで描いた酷い漫画ですが、動作原理は解ると思います。
負荷であるSPのインピは変えられないから、其処に供給される低周波振幅を相対的に2倍にする・・・対アース間電圧は其のまま・・・結局SPの端子は両方ともアースから浮きます。
負荷抵抗が変らず電圧が2倍になると出力は4倍になる・・・メデタシメデタシです。
一応トランスは使われていませんから[BTL]の表記は正しいと思います。

そこで此の漫画を見ていて気付いたのですが、SPの代わりにトランスを置けば、私の好きなプッシュプル回路その物です。
此れは今実験しているパワーMOSFETアンプの電力合成に使えるのでは?????。

又ひとつ楽しみが増えました。   by    JA1QVM

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その6で作った「あ〜」の擬似波形を使って、アンプの最大無歪出力(オーディオアンプ流?)をリアルタイムで観測してみます。
此れは2トーン信号でも出来ますが、アンプに掛かる負担を考えると遥かに楽です。
取り合えづ基準となる電力値をシングルトーンで決めます。
今回は 100Wを基準にしました。

マイク入力にシングルトーンを入れ、ダミーロードに 100Wを出力します。
イメージ 1
此の状態でダミーロードの端子電圧をオシロで測定します。
イメージ 2
100W/50ohmですから赤矢印の波高値は 100Vになります。
当然、ブロープを入れた方が安全かな?
今回の測定では、此の振幅値が基準になるので、分かり易い所にしました。
此処でマイクゲインを下げて、入力をシングルトーンから擬似信号に切り替えます。
徐々にマイクゲインを上げて行き・・・
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擬似信号SSB波形の先端が、先程の 100W振幅に達した時(赤丸)此のSSB信号の尖頭値出力は 100Wになります。
尚、此の時の平均値電力計の指示は 10Wを示していました。
同様にして 1.4 倍で・・・
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200W出力時ですが、頭の潰れも無く低レベルの波形も綺麗です。

では、今回の実験の最大の「うり」であるドレイン電流の「素直さ」を確かめます。
徐々にドライブ電力を上げて行き・・・
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300Wに到達です。
まだ、頭の潰れる気配は有りません・・・
イメージ 6
400Wに成りましたが波形は大変綺麗です。
でもオシロの画面が一杯に成ってしまいました、如何しましょう。
こう云う時は、振幅の片側だけ見れれば良い訳ですから、波形の中心を1目盛下に下げます。
500Wの波形を・・・
イメージ 7
目盛を一つ下にずらしただけですから全体のレシオは変りません。
それにしても綺麗な波形で、頭が潰れ始める尖頭値電力を確かめたく成りますが、何時も其れをやってデバイスを壊すので今回はやりません。

出来上がったアンプの外面です・・・
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簡単なドレイン電流計を付けました。

内側は・・・
イメージ 9
かなりコンパクトに出来たと思います。
此れは、音声のSSB波限定での話しですから、間違っても連続波・CWetcでドライブしない様に・・・

最後に私のブログ内容は全くの素人の独りよがり実験ですので、100%真に受けないで下さい。
そして同じ事をする人は、当然「自己責任」でオヤリ下さい。
by    JA1QVM

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その5で 7MHz/300Wまで綺麗なSSB信号を電力増幅できるアンプが組み上がりました。
因みに、其の時のドライブ電力は 3W程です。
ゲインが 20dbで歪特性も素晴らしく、ケチの付け様の無い出来なのですが・・・ついフラフラと余計な事を考えました。
・・・・・「300Wぐらいの動作だと、このFETの持っている[ドレインの大電流だれが少ない]を有効活用してないのでは?」・・・・・
そこで実験も兼ねて、ヨセばイイのにやりました。

大電流域動作にするには?・・・負荷を重くする・・・
具体的には如何するの?・・・出力トランスの2次側の巻数を増やす・・・
簡単ですね、2Tを3Tにするだけです。
回路図を下に・・・
イメージ 1
赤字で示した事を細工しました。
アウト側に手動LPFと出力計、ドレインに10Aの電流計を繋ぎ、実験スタートです。
解り易い様に連続信号(シングルトーン)でやり始めましたが、 100W時のドレイン電流が4Aに達してしまい、怖く成り中止しました。

ここで、今回の動作・・・AB1・プッシュプルのドレイン電流を真面目に考えてみます。(素人ですから間違っていたらゴメンナサイ)

ドレイン電流計に表示される電流値はFET2個分のはず・・・当たり前
でも小アイドリング電流/AB1・PPでは片側づつの電流しか流れない・・・ん〜ん当たり前かな
と云う事は4A値はホボ片側のドレイン電流と見てよい・・・そうなるな〜
しかも、高周波(サインカーブ)でドライブしてるから、その平均値が4A・・・難しくなって来たぞ〜
サイン波電流の平均値だと実効値ではなく面積計算だと思う・・・勝手に思ってなさい
1/2サイクル(π)のサイン波形面積を同じ 1/2サイクル長の長方形に置き換える・・・?????
其の長方形の振幅方向の長さ(普通は短いほう)が今回の4Aに相当・・・結局、積分を使うわけ?
結論はドレイン電流計が表示している値の π/2倍(約 1.7倍)のピーク電流が1個のFETに流れている、と云う事かな・・・そんなに流れているんだ

上記の計算は私の勝手な理論から導かれたものですから真に受けない様に・・・
と云う事で、危ないので連続波の実験は止めて、SSB波で進めます。

実験用SSB波(あ〜)と云う母音に近い波形を作ってみましょう。
色んな作り方が有ると思いますが、私はウェーブ・ジェネレータ(WG)を使います。
イメージ 2
Wave 1,2,3,4を全てサイン波にする。
周波数を 1920,1680,1440,1200Hzに設定する。
出力値(-db)を -18,-15,-13,-15dbに設定する。
出力は全て[R]に統一する。

同じ様に
イメージ 3
Wave 5,6,7,8側も・・・
波形は全てサイン波
周波数を 960,720,480,240Hzに設定する。
出力値(-db)を -14,-24,-23,-25dbに設定する。
出力は全て[R]に統一する。
以上の条件で動作させると下の様な波形が出て来ます。
イメージ 4
上の信号をマイク入力に入れて、SSB出力波形をオシロで観測します。
リニアAMPの延び具合が一目瞭然ですね!

今回のブログは内容がイササカ疲れました。
此の辺で失礼します。  by    JA1QVM

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2SJ201を使って色々実験しながら、楽しい時間を過しています。
マトモなヒートシンク・ケースに入れたアンプが出来上がりましたので、写真を・・・
1枚目
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出力トランス・コアは今までと同じパッチンコア(TDK中型)です。

次はCBのアンプに使って有った正体不明のトロイダルコア*6で作ったトランス仕様です。
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少しデカクて重いせいか、此方の方が出力特性が良いです。

ついでに市販されているコアでも試してみました。
イメージ 3
写真左下:FT-82-72*8 μ=2000
   右下:FT-82-43*8 μ=850
   上:ノイズカットの目的でPCなどの電源コードの途中にある「こぶ」に入っていたモノ*2(不明)

トランスの巻数・・・各ドレイン間にぶら下っているコンデンサ容量(300p)・・・等、追い込む要素は有りますが、今回に限り優劣を付けると下記になりました。

FT-82-72<FT-82-43・PCの「こぶ」・パッチンコア(この3コは殆ど同じ)<CB用コア(他の物と比べると少し良い)
と云う事で今回のアンプは、得体の知れないCB用コア*6で組みました。

IMDは100W/150W/200Wで測定。
100W
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150W
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200W
イメージ 6
出力トランスの2次側の巻数が2Tでは、350Wが上限出力に成りますが、100Wぐらいで使うと素晴らしい歪特性です。

次回は「2次側の巻数を3Tにしたらドウナル」の実験をします。
まさに(ドレイン電流がダレない) 2SJ201の真髄に迫るでしょう。
by    JA1QVM

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