ちょっと意外な、パワーアンプの構成と音質について(その3)

今回はパワートランジスタを何個も同じ放熱器に取り付けた、いわゆる”大パワーアンプ”の音が何故悪いかもう少し詳しく述べてみたいと思います。

パワートランジスタを3個並列接続すると、アイドリング電流は約1/3になります。そうなるとパワートランジスタの動作領域の内部抵抗がちょうど3倍になります。その結果パワートランジスタを並列にした意味がなくなるのです。

一般にトランジスタのコレクタ電流は

Ic=Is{exp(K・Vbe)-1}

で表されます(下図参照)。

トランジスタのIc-Vbe特性

Is、Kは定数、Icはコレクタ電流、Vbeはベースエミッタ間電圧です。
動作点におけるトランジスタの内部抵抗Rmは

Rm=1/{d(Ic)/d(Vbe)}=1/{K・Is ・exp(K・Vbe)}=1/(K・Ic)
になります。

すなわち、コレクタ電流が半分になると、指数関数の特性から傾きも半分になるので、内部抵抗が2倍になります。

上図では1Aにおける傾きと0.5Aにおける傾きを示していますが、傾きがちょうど半分になっているのが直感的に分かると思います。
つまり抵抗を減らそうと並列接続してもまったく抵抗が低くならないのです。

実際の回路にはエミッタに0.5Ω程度の電流帰還抵抗が接続されていますので、その分は並列接続によって原理的には小さくなりますが、並列接続の場合はトランジスタのばらつきによる熱暴走を抑制するには(同じ安全マージンを確保するためには)エミッタ抵抗を大きくする必要があるので、結局この効果もほとんどありません。

内部抵抗がよくならないことに加えて、トランジスタの並列接続には

  1. 配線長が長くなる
  2. コレクタ容量が比例して大きくなる
  3. NFBが安定してかからなくなるため高域のカットオフ周波数を低く取らざるを得ない
  4. 高域のゲインが不足するため高域の歪率が悪化する

等のデメリットがあります。
メリットは、

大電流が流せる様になる。(1-2Ωの低負荷にも対応できる)事だけです(よくみる宣伝文句です)。

最近のオーディオ用に設計されたパワートランジスタは一つで15A流せるものものあります。15Aという値は8Ω負荷で900W、4Ω負荷でも450Wに相当しますので、最大電流の観点からもパワートランジスタを並列にする理由がありません。

一方、コレクタ損失の観点から考えても、同じ放熱器にパワートランジスタを3個並列にすると、放熱器の熱抵抗が3倍になりますので、取り出せるパワーは同じでまったく意味がありません。

というわけでパワートランジスタを並列接続する意味がまったく見出せないということを説明してきました。

まだもう少し書けることもありますが、それは次回に。 (2007/11/27)

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