<アンプ設計(番外編2)>

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うちの子供は大のパスタ好きです。
トマトベースが一番人気ですが、魚介を入れるとさらに美味しさがアップするのでたまに作ります。
ぺスカトーレと呼ぶようですが、シーフードの具は海老、イカ、アサリ、タコなど
魚介のエキスが出るのでなんでもいいと思います。今回の具はエビとイカにしました。
具が大きいのでパスタはちょっと太めのものを選んでいます。
ニンニク、トウガラシも利かせてパンチのある味にしました。


① トマトソース

  • トマト缶詰を深い鍋に1缶入れて、最初は強火、煮立ったら弱火にします。
  • ニンニクを2かけつぶして、皮をむき大さじ2杯くらいのオリーブオイルで弱火でソテーします。揚げる感じでじっくりニンニクの旨みを出し、少し色づく感じにします。
  • 少し煮詰まったトマトの鍋にソテーしたニンニクとオイルを入れます。途中で隠し味としてチャツネを大さじ1杯くらい入れ甘みを加えます。
  • 20分くらい煮詰め、塩で味をととのえます。

② 具を炒めてソースの準備

  • 塩を利かせた水でパスタを茹でます。塩加減は少し薄いお吸い物くらいです。
  • オリーブオイルを大きめのフライパンに大さじ2杯入れ、①と同様にニンニクを1かけ入れソテーします。少し色づいたら、トウガラシを1~2つ投入します。
  • タマネギのスライス、他の野菜を入れ、しなっとしたら魚介を投入、白ワイン(無ければお酒でも可)を入れさっとソテーします。
  • 火が通ったらトマトソースを適量入れ少し煮ます。ソースの濃さはパスタの茹で汁で調整し火を切り、パスタが茹で上がる直前に火を入れます。     

③ フィニッシュ

  • パスタがアルデンテに仕上がったら、②のフライパンにお湯を切って入れます。
  • オリーブオイルを垂らしてすかさずソテーします。
  • このフィニッシュが重要です。とにかくパンを振ってオイルとソースをまんべんなく絡めますが、炒めすぎは禁物です。パスタを投入して20秒くらいが目安です、最後に塩、コショウで味をととのえます。

やはり、最後のフィニッシュでパスタの触感含めて美味しさが決まります。
アルデンテなパスタにしっかりとソースが絡んだ状態ができればバッチリです。
しかし、魚介のエキスが入るだけでなんちゅーか、たまらん美味さです!!

 

 
さて、プリアンプの設計についてですがゲート接地トランジスタを追加した等価回路を
図1に示します。ベース接地は電流制御電流源で表しました。

20110419_2_yamamoto.png<図1>  アンプ等価回路

 

各定数を決定する為にまず各トランジスタのバイアス電流及びバイアス電圧を決めます。
今回バイアス計算のための条件としてトランジスタの常温でのVbeを0.7V、サーマルボルテイジVTを0.026V、また電流増幅率βを100と仮定しました。
本アンプはエミッタ接地トランジスタQ1を増幅アンプとし、その他バッファートランジスタを介して入出力に負帰還がかかり各トランジスタがバイアスされます。
よってまずはQ1の電流を決めます。通常アンプのコレクタ電流は帯域を極力高く使いたいので、fT(電流増幅率が0になる周波数)が最適になる電流値付近にバイアス設計しますが、今回はトランジスタの特性仕様より目標10mAとします。

まず、回路がバイアスされた状態を想定して、エミッタ接地Q1のコレクタ電圧よりコレクタ抵抗を決めます。
回路構成より無信号時のコレクタ電圧はGND電圧よりVbe3段分高くなるため、コレクタ抵抗の両端の電圧は、

20110419_3_yamamoto.png

 

 

となります。よってコレクタ抵抗は

 

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よって、等価回路上でR4=290Ωとなります。
この時この抵抗での帯域を概算します。コレクタの等価容量C2を500fFとすると、
そのカットオフ周波数は

20110419_5_yamamoto.png

 

 

 

 

これが問題となるかどうかはアンプ全体の目標帯域によりますが、数百MHzを目標と
するには特に問題ありません。
またQ1コレクタ電流を入力としたベース接地Q4ですが、入力電流はQ1と同様10mAとなります。このときベース電圧はQ1が飽和しない適度な値にバイアスされる必要がありますが、今回はあまり重要ではないため計算は省略します。
Q4の入力インピーダンスですが、ベースのバイアス用の抵抗を小さくしたりコンデンサを追加することでベース側のインピーダンス小さくできるため無視すると、

20110419_6_yamamoto.png

 

 

 

よって、R7=2.6Ωとなります。
ここで、Q1の入力等価容量を計算します。エミッタ接地Q1の利得はgm×Rc
となりますがRcは等価回路ではR7となります。よってQ1の利得は

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ベース、コレクタ間の帰還容量を入力に換算した等価容量値は

 

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よって、C1=0.56pFとなります。この容量での帯域制限は後ほど計算します。
またQ1の入力インピーダンスですが、

20110419_9_yamamoto.png

 

 

 

となり、R3=260Ωとなります。
次にエミッタフォロアQ2ですが、エミッタ電流を10mAとするためには
Q1時と同様にアンプバイアスよりエミッタ電圧はGND電圧よりVbe2段分高くなるため
Q2エミッタ抵抗は

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となります。この時Q2の入力インピーダンス概算は、ベース抵抗を無視すると

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よりR5=14.3kΩとなります。またQ2の出力インピーダンスの概算は

20110419_12_yamamoto.png

 

 

 

よって、R6=5.5Ωとなります。
次にエミッタフォロアQ3ですがバイアス電流は入力インピーダンスをできるだけ
大きくしたいためQ1の10分の1程度で1mAとします。この時Q2のエミッタ抵抗は

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となります。この時Q3の入力インピーダンスの概算は

20110419_14_yamamoto.png

 

 

 

となります。
しかし、アンプの入力インピーダンス(等価回路ではR1)はQ1も考慮する必要があり
その概算は

20110419_15_yamamoto.png

 

 

 

となります。よってR1は①と②の並列抵抗となるため

20110419_16_yamamoto.png

 

 

 

となります。
またQ3の出力インピーダンスですが、今回のアンプの等価回路図には入出力の帰還抵抗Rfを表していません。この帰還抵抗はQ3の入力駆動インピーダンスとなりますが
この場合帯域を重点に起きたいので最大値を考慮すればよいです。
仮にRFを最大でも2kΩ程度とすると

20110419_17_yamamoto.png

 

 

 

よって、R2=46Ωとなります。
このノードには以前に計算した帰還容量C1とで周波数特性を持ち帯域制限されますが
そのカットオフ周波数は
 

20110419_18_yamamoto.png

 

 

 

とベース接地Q4のおかげでまったく問題のない値となります。
次回はこのアンプに帰還抵抗Rfを接続したプリアンプとしての周波数特性を検証します。

 

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このブログ記事について

このページは、dclueblogが2011年4月19日 18:45に書いたブログ記事です。

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