AN10 APEX – AN10 AN10 パワー・アンプ Product Innovation From の出力インピーダンスパワー・オペアンプの出力インピーダンス概要パワー・アンプ回路の設計では、特定の出力インピーダンスを持つパワー・アンプ・モデルが必要になることが多々あります。ほとんどの場合、この要件を満たすには、パワー・アンプ回路の位相性能を正確に予想する必要があります。すべてのオペアンプの出力インピーダンスは、デバイス周辺に存在する帰還ネットワークによって変わります。電圧ソース・タイプの回路の場合、このネットワークによって、開ループ・ゲインと閉ループ・ゲインの比率と等しい係数で出力インピーダンスが低下します。パワー・アンプの場合、1kHz 未満の周波数では、有効出力インピーダンスは最終的にミリΩレベルになります。相互接続された配線では、多くの場合、閉ループのパワー・アンプの出力インピーダンスより大きなインピーダンスが生成されます。そのため、周波数が低い場合、出力インピーダンスは位相性能ではそれほど重要な役割を果たしません。周波数が高い場合、リアクティブ負荷に関しては、多くのパワー・アンプに提供されている容量性負荷仕様ですでに対処されています。電流制御回路、つまり電流ソースには、負荷電流に比例する電圧を生成するセンス抵抗を備えた帰還ループ内に直列要素として負荷が含まれています。図 1 は、まさにそうした回路の一般化された例を示しています。この負荷は多くの場合、高周波で最大 90 度の位相シフトを有することができる偏向ヨークといった誘導成分で構成されています。帰還ループ内の位相を完全で正確に予測するためには、一見して、出力およびヨークの等価直列インピーダンスの関わり合いを見れば良いように思えるかもしれません。しかし、実際には、オペアンプの帰還が無限大に近いインピーダンスを持つ本当の電流ソースとして動作していることが原因です。回路を安定させるための現実的な手法は、ヨークの帰還とアンプの位相の組み合わせが 180 度に近づくまで動作を支配する補助的な帰還が必要なだけです。出力インピーダンスは、安定性の決定には不要です。パワー・オペアンプの出力インピーダンスが電力供給能力や内部損失にはまったく関係していないことも重要な点です。出力と直列な出力抵抗を持つパワー・アンプのモデルでは大量の損失が生じますが、その損失は現実のオペアンプでは観測されません。出力インピーダンスは、周波数、負荷および出力レベルといった様々な変数によって決まります。多くの場合、このインピーダンスは周波数が高くなると上昇します。PA51 や PA61 などのクラス C アンプの場合、バルク・エミッタの抵抗がエミッタ・フォロワの出力に影響を与えるため、レベルが低いときにインピーダンスが高くなります。 LOAD VC RS 図1. 42 一般化された電流制御回路 www.cirrus.com 出力インピーダンスの測定出力インピーダンスはいくつかの方法で測定できます。最も簡単なのは、負荷をかけた状態および負荷をかけない状態で開ループ・ゲインを測定する方法です。この方法では、完璧な電圧ソースと直列な動的インピーダンスが測定されます。負荷をかけた状態での出力の変化はこのインピーダンスによるものです。より直接的な方法は、開ループ状態で動作しているアンプの出力に印加される信号を生成することです。電流を測定すると、この信号に適した有効インピーダンスを判別できます。実際のインピーダンス値負荷を加える方法によるゲイン変動を使用して、いくつかの Apex Precision Power パワー・アンプを測定しました。図 2 のテスト回路には 10 Ωの負荷がかけられています。測定の一貫性を保つため、10Hz 時の最も小さな振幅を使用しました。値の範囲が表示されている場合、いくつかのデバイスで観測される範囲を表しています。 PA02: 10 ～ 15 Ω PA07: 1.5 ～ 3 Ω PA08: 1500 ～ 1900 Ω（高電圧アンプ） PA09: 15 ～ 19 Ω PA10: 2.5 ～ 8 Ω PA12: 2.5 ～ 8 Ω PA19: 30 ～ 40 Ω PA51: 1.5 ～ 8 Ω PA61: 1.5 ～ 8 Ω PA84: 1400 ～ 1800 Ω（高電圧アンプ） VIN 56.2K AO = VOUT VIN A O = IS UNLOADED 562 VOUT 10 10Ω RL A'O = IS 10Ω LOADED AO RO = ( –1) R L A'O 図2. 出力インピーダンス測定回路高電圧アンプは、大電流アンプに比べ、電流容量が大幅に低下します。そのため、高インピーダンスとなることが予想されます。 PA19 に示す高インピーダンスは、出力段に局所帰還を備えていないドレイン出力 MOSFET 回路によるものです。これは、このパラメータによって間違った方向に導かれる可能性があることを示した例です。30 ～ 40 Ωの抵抗が出力と直列に存在していた場合、PA19 は、1A を超える出力電流を生成することはできません。閉ループ状態では、出力インピーダンスは、他の任意のパワー・アンプと同様、ミリΩレベルまで低下します。出力電圧と電流容量に関する限り、出力インピーダンスは抽象的な言葉である点に留意してください。モデル化する際に出力インピーダンスの影響を示すには、最高および最低の期待値を使用してください。その結果から、出力インピーダンスがパワー・アンプの性能に重大な役割を果たしていることが実証されます。 Copyright © Cirrus Logic, Inc. 2009 （All Rights Reserved） 2009年5月 AN10U APEX − AN10UREVC