FETリプルフィルタの出力インピーダンス測定

私は真空管アンプの+B電源回路にFETリプルフィルタをよく使うが、その出力インピーダンスがクロストーク特性などに影響する。そこで現在入手可能な高耐圧MOSFETを使って出力インピーダンスを調べてみた。


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測定回路を上記に示す。今回はMOS-FETリップルフィルタ電源の基本特性の追試をするつもりだったが、電流注入法によるインピーダンス測定でファンクションジェネレータらしき機器が使用されているため代用としてトランジスタ式ミニワッターとオシレータを用いることにする。

トランジスタ式ミニワッターの出力インピーダンスは0.068Ω程度であり、RL=8Ωに対し十分低いため使用可能と判断する。


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実験装置全景。


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バラックで製作した実験回路のアップ。


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始めに注入アンプの出力電圧を変えながら出力インピーダンスを測定したところ上記のようになった。測定電圧で出力インピーダンスが変化してしまっている。

原因がよくわからないのだが、NJM317定電流回路の最低動作電圧を割ってしまうためか、はたまたトランジスタ式ミニワッターの出力インピーダンスが出力電圧で変化するのか?

厳密に測定できないことを前提に、注入アンプの出力電圧を影響が少ないと思われる0.1Vとし、MOSFETを替えながら比較することにした。だから以下の出力インピーダンスは相対値、即ちFET毎の大小として見て欲しい。


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用意したMOSFET。一番左のTK31N60Xはオン抵抗が0.073Ωというので購入したが、結果からいうと意味が無かった(笑)。上記に無い2SK3067は使用機器から取り外せば良いのだが、ディスコンで一般的には入手困難なため外した。

FETリプルフィルタは基本的にソースフォロアなので、gmが大きいほうが出力インピーダンスが低くなるはず。一般的に耐圧VDSSが高いほどgmが低くなると思われるため、使用する電圧のピーク値がVDSSより十分低い前提で、VDSSが低めのMOSFETを採用したほうが有利ではないだろうか。


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測定結果を上記に示す。出力インピーダンスは低い方から
2SK3234 < TK31N60X < TK6A65D < TK3A60DA
となった。TK31N60Xもよく健闘しているが、TO-247ってデカイからねぇ。ゲート~ソース間電圧VGSはどれも3.7V~3.8Vだった。


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上記のグラフは各MOSFETにおける出力インピーダンスの周波数特性を調べたもの。大体10KHz~20KHzより高い周波数でインピーダンスが上昇していることがわかる。

TK31N60Xの上昇カーブが目立っている。これはゲート入力容量Cissが3000pFと大きいことが原因と思われる。


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2SK3234において、ソース~GND間に10uFの電解コンデンサを接続し、無しの場合と比較してみた。


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結果のグラフを上記に示す。2KHzあたりからインピーダンスが低下しているようすが見て取れる。これより高域クロストーク悪化に影響する電源のインピーダンス上昇が抑えられることがわかる。

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この記事へのコメント

nohohon
2016年06月11日 21:40
「FETリプルフィルタの出力インピーダンス測定」について

私も、この手の電源回路で電源の出力インピーダンスと、周波数特性が気になりどの程度の物か気に成っていた所。
この記事を見て胸のつかえがとれた気がしました。
おおよそどんなFETでも100kz位まで10Ω以内と言う事で、真空管アンプにはダントツの電源に成ると思います。
今後もいろいろ楽しく拝読したいと思っています。
半導体にはからっきし知識の無い爺には大変参考になりました。
おんにょ
2016年06月11日 22:24
nohohonさんはじめまして。
拙ブログをご覧いただきありがとうございます。
FETリプルフィルタの出力インピーダンスは気になっておりましたが、ディスコンになったMOSFETのほうが低インピーダンスの傾向があるようです。もっとサンプル数を増やしたいのですがこの程度です。
FETリプルフィルタは低域まで低インピーダンスで、一般的なLCフィルタやCRフィルタに対し圧勝です。ステレオでのクロストーク悪化は音場感に影響を及ぼします。ただ、低インピーダンスが「音が良い」に直結するかというとそうとも限らないみたいです。
klmnji
2016年06月12日 18:56
TK3A60DAは安かいから、結構使っています。
今度、2SK3234に変えてみようかな?
おんにょ
2016年06月12日 19:20
klmnjiさんこんばんは。
高耐圧MOSFETはサトー電気・鈴商・若松通商にたっくさん種類があるので良さそうなのをお選びください。たぶんIdが0.1Aくらいの|Yfs|の高いヤツなら出力インピーダンスが低くなると思います。
nohohon
2016年06月13日 16:32
おんにょ様

ただ、低インピーダンスが「音が良い」に直結するかというとそうとも限らないみたいです。

上記、ご意見でまたまた夜も眠れなくなりそうです。
一つ、位相の問題は有ると思いますが、その他何かgoodなヒント頂けると幸いに思います。
おんにょ
2016年06月13日 18:27
nohohonさんこんばんは。
「音が良い」という要素はいろいろあり、たとえば整流管-コンデンサ-チョーク-コンデンサという構成の+B電源の音が良くないか、というとそういうわけではありません。好みは人それぞれです。ただ、同じ回路構成のステレオアンプとモノアンプ2台で比べると、原理的にクロストークが生じないモノアンプのほうが音が良いというのは確かなようです。
空蝉
2016年10月15日 11:55
はじめまして。いつも楽しく読まさせて頂いております。いま、ラインアンプの低ノイズ化を検討しており、大変参考になります。
10μFを入れるとパラになりより低インピーダンスになりそうですが、どうやらそうではないようですね。ちょっと不思議ですね。
となるとFETは低域だけ効かすのも手かもしれません。
おんにょ
2016年10月15日 19:54
空蝉さんはじめまして。
拙ブログをご覧頂きありがとうございます。
10uFを出力に入れると数KHz以上で出力インピーダンスが低下します。これはコンデンサのインピーダンスが周波数で変化するためです。FETリプルフィルタの出力インピーダンスは個々のFETに依存しており、実際にやってみないとわかりません。
空蝉
2016年10月16日 14:45
おんにょさん。宜しくお願いいたします。
リップルがない領域ではコンデンサは効かなくて、リップフィルターが効かなくなる周波数領域になって初めてコンデンサが効くように見えます。とすれば音質に影響が・・・?。
私も実験してみます
おんにょ
2016年10月16日 18:33
空蝉さんこんばんは。
電源回路の出力インピーダンスは、ステレオアンプにおける左右チャンネル間クロストーク特性などに影響を与えます。私がクロストーク特性を重視するのはそれによって聴感上の空間表現が変わってくるのを経験しているからです。FETリプルフィルタの出力インピーダンスは数Ωと低く、例え高域で上昇したとしても20KHzで4Ω程度であることがわかっています。

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