アンプの歪み：回路、種類、軽減方法、歪みペダルとの関係

アンプは、小さな信号の入力を大きな O/P 信号に強化する電子デバイスです。したがって、出力信号はいくつかのゲイン値によって連続的に変化します。これらは、あらゆる種類のオーディオ機器の無線通信および放送内で利用されます。理想的な条件では、アンプの増幅された O/P 信号は、入力信号と正確に同様の波形を持つ必要があります。しかし、この理想的な状態は現実にはまったく達成されません。 アンプ 。したがって、歪みとして知られる振幅の上昇に加えて、波形内の何らかの変更が発生する可能性があります。これは、信号を通じて伝達されるインテリジェンスを変更する可能性があるため、望ましくないものです。この記事では、次の簡単な情報を提供します。 アンプの歪み 、作業とその応用。

アンプの歪みとは何ですか?

アンプの歪みは次のように定義できます。増幅プロセス全体を通じて発生し、振幅、形状、周波数成分などの点で変化した出力信号を与える、アンプの入力信号との差異。これは、次のような多くの要因によって発生します。アンプのコンポーネント内の非線形性、不適切なバイアス、またはアンプの過負荷。アンプの歪みは、増幅された信号の値を劣化させるため、望ましくないものです。

アンプ歪み回路

アンプの歪みは、次の例で理解できます。 エミッタ接地（CE）増幅回路 。出力信号の歪みは次のような理由で発生する可能性があります。

• バイアス レベルが間違っているため、信号サイクル全体にわたって増幅が行われない場合があります。
• 入力信号が非常に大きい場合、電源電圧を通じてアンプのトランジスタが制限されます。
• 入力周波数範囲全体を超える線形信号を増幅することはできません。つまり、信号波形の増幅手順中にアンプの歪みが発生します。

アンプは小さな入力電圧信号を大きな出力信号に増幅するように設計されており、主にすべての入力周波数に対して入力信号に乗算されるゲイン値によって出力信号が常に変化します。

次のエミッタ接地 (CE) 回路は、小さな入力 AC 信号に対して動作しますが、動作に問題が発生します。したがって、BJT アンプのバイアス ポイント「Q」の意図された位置は、すべてのタイプのトランジスタに関連するベータ値によって決まります。

エミッタ接地型トランジスタ回路は、主に小さな AC 入力信号に対して良好に機能しますが、1 つの大きな欠点があります。バイポーラ アンプのバイアス Q ポイントの計算された位置は、主にすべての種類のトランジスタの関連するベータ値に依存します。ただし、このベータ値は同様の種類のトランジスタでは変動します。つまり、特性製造の受け入れにより、あるトランジスタの Q ポイントが同様のカテゴリの別のトランジスタと関連しないことになります。その後、アンプは線形ではないため、アンプの歪みが発生します。トランジスタとバイアス部品を慎重に選択すると、アンプの歪みの影響を最小限に抑えることができます。

アンプの歪みの種類

アンプの歪みにはさまざまな種類があり、それについては以下で説明します。歪みのタイプは主に、トランジスタ、デバイスのリアクタンス、および関連回路によって利用される特性の領域によって決まります。

非線形歪み

非線形歪みは主に、印加される入力信号が大きく、アクティブデバイスがその特性の非線形領域に駆動されるたびにアンプ内で発生します。この歪みは、アンプの入力信号と出力信号間の非線形関係を説明するために使用されます。したがって、この歪みは、出力信号が入力信号に正確に比例せず、相互変調積または高調波が生成されるシステムから発生します。

振幅歪み

振幅歪みは、信号の波高値内の減衰によって発生する非線形歪みの一種です。 Q ポイント内のシフトと信号の 360° 以下の増幅は、主に振幅の歪みにつながります。この歪みは主にクリッピングと不適切なバイアスが原因で発生します。トランジスタのバイアス点が正しい場合、出力は増幅された形状内の入力と同様であることがわかります。このことは、次のような事例からも理解できます。

アンプに不適切なバイアスが供給されていると仮定すると、Q ポイントは負荷線の短半分の近くに位置します。したがって、この状態では、入力信号の負の半分がクリップされ、アンプの歪んだ出力信号が得られます。

追加のバイアス電位を提供すると、Q ポイントは負荷線の高い側になります。したがって、この条件では、波形の正の半分でカットオフされる出力が得られます。
また、入力信号が大きい場合、適切なバイアスによって出力に歪みが生じる可能性があります。これは、入力信号がアンプのゲインを通じて増幅されるためです。そのため、波形の正と負の両方の部分がクリッピング歪みと呼ばれる部分でクリップされます。

リニアディストーション

線形歪みは主に、デバイスを駆動するために適用される入力信号が小さく、その特性の線形部分で機能する場合に発生します。したがって、この歪みは主にアクティブ デバイスの周波数依存特性が原因で発生します。

周波数歪み

このタイプの歪みでは、周波数によって増幅レベルが変化します。実際のアンプでの増幅中の入力信号には、高調波と呼ばれるさまざまな周波数成分を含む基本周波数が含まれています。

増幅後の高調波振幅 (HA) は、基本振幅のかなりの部分になります。出力波形に重大な影響を与えるものではありません。増幅後の HA が高い値になると、その影響が出力に現れるため、その影響を避けることはできません。

ここで、入力には高調波を含む基本周波数が含まれています。したがって、増幅時にこの 2 つを組み合わせると、出力に歪んだ信号が生成されます。これは、反応性要素の発生により (または) 増幅回路の電極容量によって発生します。

位相歪み

位相歪みは、入力信号と出力信号の間に時間遅延がある場合は常に位相歪み信号と言われるため、アンプの遅延歪みとも呼ばれます。この歪みは主に電気リアクタンスによって発生します。信号には異なる周波数成分が含まれているため、異なる周波数で異なる位相シフトが発生すると位相歪みが発生することを以前に説明しました。人間の耳は位相シフトを感知できないため、このタイプの歪みはオーディオアンプでは実際には重要ではありません。耐えられるか耐えられないかの歪みの種類と量は、主にアンプの用途によって決まります。通常、アンプが極度の歪みを引き起こすと、システムの動作が影響を受けます。

歪みの原因

アンプの歪みは主に、以下に説明する主な理由で発生します。

• 歪みは主に、入力信号の完全なサイクルにわたって入力信号が増幅されない場合に、不正確なバイアスが原因で発生します。
• これは、入力信号が非常に大きい場合に発生します。
• 場合によっては、周波数範囲全体で増幅が線形でない場合に、アンプに歪みが生じることがあります。
• アンプの歪みはさまざまな要因によって発生する可能性があります。トランジスタや真空管などのアンプのコンポーネント内の非線形性。
• さらに、インピーダンスの不整合、電源の制限、信号のクリッピングもアンプの歪みの原因となる可能性があります。したがって、これらの要因により信号増幅が入力信号から変化し、元の信号歪みが発生します。
• 一般に、アンプ内で高調波歪みが発生する可能性があります。
• 高調波歪みは、アンプ内の歪みの一種で、通常、供給できる電源よりも多くの電圧を必要とするアンプによって発生します。
• これは、内部回路部品の出力能力を超えた場合にも発生する可能性があります。
• 高調波歪みは、トランジスタの非線形性によって発生します。
• これは主に、アクティブ デバイスの周波数依存特性が原因で発生します。
• アンプの振幅歪みは主に、Q ポイント内のシフトにより周波数波形のピーク値が減衰するときに発生します。

アンプの高調波歪みを減らす方法

高調波歪み (HD) は、次のようなさまざまな問題を引き起こす主要な問題の 1 つです。クロストーク、シグナルインテグリティの問題、EMI (電磁干渉) などです。これはさまざまな理由で発生する可能性があり、以下で説明する高調波歪みを軽減または除去するさまざまな方法があります。

• 差動信号は、高調波歪みを低減するために使用される方法の 1 つであり、さまざまな高調波を打ち消すことができます。
• もう 1 つの方法は、高調波の低減に役立つ低出力インピーダンスの電源を使用することです。
• ネットワークの再構成は、ユーザーが大きな高調波を生成する場合に高調波を減らすのに役立つ手順です。これらの高調波は、生成される高調波の種類に応じて識別および分類されます。
• 半波および全波コンバータの使用全体を通じて高調波をキャンセルするためのマルチパルスコンバータを追加すると、高調波の除去に役立ちます。
• 位相平衡化は、高調波を低減するのに適したもう 1 つの技術です。
• 直列リアクターは、製鉄所や製錬所での高調波を低減します。
• 差動信号は、ノイズとクロストークの影響を軽減するために高速デジタル システム内で頻繁に使用される方法です。差動信号方式の 2 つの信号は、一方の信号が他方の信号と逆の状態で別々のワイヤで送信されます。その後、受信デバイスは 2 つの信号をマージし、コモンモード ノイズをキャンセルできます。
• 低出力インピーダンスによる電源も高調波の低減に役立ちます。
• 低インピーダンス電源は、電流が流れるときの電圧降下が少ないため、高調波歪みで発生する問題の多くを軽減または除去するのに役立ちます。

アンプの歪みを測定するにはどうすればよいですか?

アンプの歪みは、アナログ スペクトラム アナライザを使用して測定できます。ほとんどのスペクトラム アナライザは 50Ω 入力を備えているため、50Ω を超える DUT 負荷をシミュレートするには DUT とアナライザの間に絶縁抵抗が必要です。

スペクトラム アナライザの掃引速度、感度、帯域幅を調整したら、入力のオーバードライブがないか慎重に検証します。最も簡単な手法は、可変減衰器を利用してアナライザの入力パス内で 10dB の減衰を設定することです。信号と高調波の両方は、スペクトラム アナライザのディスプレイで監視しながら、設定された量だけ減衰する必要があります。高調波が 10dB を超えて減衰する場合は、アナライザの入力アンプに歪みが生じているため、感度を下げる必要があります。一部のアナライザには、オーバードライブを検証する際に既知の量の減衰を導入するためのボタンがフロント プレートの上部にあります。

アンプの歪みとディストーションペダルの違い

アンプのディストーションとディストーションペダルの主な違いについては以下で説明します。

以上がアンプの概要です 歪み、動作 、およびそのアプリケーション。これは、出力信号を提供するための増幅プロセスで発生する入力信号からのあらゆる変動を指します。この信号は、周波数、形状、大きさなどの点で変化しています。これは、次のようなさまざまな要因によって発生します。アンプのコンポーネント内の非線形性、不適切なバイアス、またはアンプの過負荷。歪みにはさまざまな種類があり、それぞれに特定の特性と原因があります。一般に、アンプの歪みは、増幅された信号の値を劣化させる可能性があるため、望ましくありません。ここで質問なのですが、アンプとは何でしょうか？