金田氏のＤＡＣで、5Ｖのレギュレータが久々に発表になったが、どうも出力に大容量のコンデンサが入っている。なじめない。昔の記事に、「出力のコンデンサの容量はできるだけ小さくして、回路でアクティブにインピーダンスを下げるべき。回路のインピーダンスとコンデンサのインピーダンスとのクロスオーバー周波数は可聴周波数より高い方がよい」という内容のものがあったように記憶している。
　それに、プッシュプル・レギュレータではなくなってしまった。

　そこで、今回のADCのアナログ電源のために、旧単行本と今回の金田氏のシリーズレギュレータの回路を参考に、kephisのこだわりも入れて独自の+5Vのプッシュプル・レギュレータを作ってみた。

1.設計

　ゼロから設計することもできるのだが、あくまで金田式ベースを守りたい。旧単行本やDAC用のものを用いても良いが、すこしは自分のオリジナリティを持ちたいという点から設計してみた。

a.基準電源にこだわる

　金田氏はツェナーにこだわっておられる。バンドギャップタイプの基準電源のほうが、よっぽど温度安定度はよい。しかし、実はバンドギャップはノイズが大きい。以前測定したが、質の良いツェナーにノイズは対抗できないくらい多かった。

　ツェナーも欠点がある。まず、温度安定度がわるい。こちらはバンドギャップにはかなわない。
　また、質の良い東芝の0.5Wタイプが生産中止になって久しい。日立のツェナーはなぜか内部抵抗が大きいし、ローノイズタイプといわれているものもそれほどノイズは小さくはない。東芝05Zの銀帯にかなわない。（昔測定したのだが、データを紛失してしまった・・・）

　で、ローノイズは埋込ツェナーが最高であることがわかってきた。現在入手が楽なものは、MAX6325シリーズである。サンプルで2個までなら無償でもらえる。Digi-Keyで入手可能。買うと結構高いがこれを使うこととする。

　MAX6325は、基準電圧2.500V。5.000VのタイプMAX6350もある。温度変化も、ランクがあるが、悪いランクのものでも通常のツェナーとは比べものにならないくらいよい。

　

　

b.プッシュプルにこだわる

　絶対にプッシュプル出力のレギュレータにするのだ！（笑）。
　これで、以前には付いていなかった出力短絡保護も考える（CCリミッタ）。

　電圧は低いが、旧単行本での実績もある。

　なお、出力電流検出用抵抗は進のチップ抵抗を(RP2012R-5R6-F 1% 1/3W　ハンダ面配置）を二個並列に使用した。

そこで設計して、このような回路となった。

図1　5V　プッシュプル・レギュレータ　【画像を表示】で拡大します

回路図および写真のLEDは、実際には使用していない。

RP2012R-5R6-F

　基準電源から差動アンプのベースに入れ、その電位を基準として、FETの定電流回路で抵抗の両端に定電圧を発生させ、カスコードのベースに加える。
　差動の定電流回路はK117を用い、低バイアス電圧で低電流を組むのは、基準電圧が2.5Vと低いためである。
　短絡保護はプッシュプルの後に入れている。

　出力のコンデンサは2.2μFのフィルム。

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2.性能チェック

　この回路の性能をチェックする。某fujiwara氏などもいろいろチェックされていたが、ちょっと違う測定回路で行った。

　a.トランスコンダクタンス・アンプを用いて出力外乱の特性を測定する

　トランスコンダクタンス・アンプとは、電圧入力・電流出力アンプである。これで電流振幅を発生させ、電源の出力に直接外乱を加える。

図2　トランスコンダクタンス・アンプ

バラックで作成

　この回路は、オペアンプ：LM7171の出力電流をQ1,Q2でV/I変換して電流信号とし、その電流をR9にてI/V変換されて再び電圧振幅とし、この電圧信号に対して帰還を掛けている。Q1とQ2,Q3とQ4はそれぞれカレントミラーと同等であり、R9と出力電流は同じになるので、R9の両端に発生する電圧から出力電流を容易に推定できる。MONITOR端子の電圧Vomをみれば、出力電流Io[A]=Vom[V]/10[Ω]である。VR4とC4(,　C3、R3)で位相調整（方形波調整）を行う。

　オフセット回路は、これはあまりよい回路ではない。ゲインが多少変動するので出力電圧（電流）は、オフセットを変えるたびにモニターすべし。ただ、このオフセット回路で、DC定電流負荷にできる。

　周波数特性はVR4の調整にもよるが、5~6MHz/-3dB程度である。出力ケーブルの長さ、容量などでいくらでも変化する。

　b.LM317を用いたリップル重畳電源を用いてリップル除去を測定する

　某fujiwara氏は、電源ラインにリップルを発生させるために整流ダイオードの整流波形を電源の入力に加えていたが、安定化電源を組んで入力の基準電圧か帰還ループに正弦波を加算すれば振幅が変化（リップル重畳、あるいはAM入力と呼んでもよいかも）する安定化電源を作成することができる。

　最も簡単にやるには、LM317のADJ端子に発振器から信号を加えればよい。

図3　重畳入力（AM入力）付き安定化電源

こっちは基板すら無し

　AM_INPUT〜AGND間に発振器の信号を加える。VR5で出力DC電圧が決定する。

　こんな簡単な回路で、リップルが乗った電源を作ることができる。AMの帯域は1kHzが限度か？というところ。

　こんなシンプルな回路で電源に発振器からの信号をリップルとして加算できる。

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2.1　インピーダンス周波数特性の測定

2.1.1　DCレベル

　DCレベルは、負荷100mAの定電流の有無での電圧の変化から求めた。

　すると、ΔIL=100mAでΔVo=-20mV、Z0(DC)=0.2Ωである。

2.1.2　AC

　交流特性は、上記トランスコンダクタンス・アンプで0〜-50mAの電流変化を電源の出力に加えることで測定した。

　z=ΔVo/ΔILで求めると、

図４

　となった。2.2μFのインピーダンスの周波数特性（計算値）を並記した。100kHzまでの低周波、音声帯域では50mΩ程度であり、それ以上の周波数では上昇して最大400mΩ。一旦下降するが、これは出力のフィルムコンデンサ2.2μFの周波数特性であろう。その後の上昇は、測定系のインピーダンスや電源の特性などが考えられるが詳細は不明。

　代表波形をいくつか示す

図５

　

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2.2　入力リップル除去

　入力のリップルの除去をみた。

　入力には図３の発振器入力からいろいろな周波数の正弦波を加え、出力を+5VPPRの入力につないだ。図３の入力はＤＣ１５Ｖ、出力（+5VPPRの入力）はＤＣ10Ｖである。

　入力のリップルの振幅は3Vpp、周波数は10Hz,100Hz,1kHzの三種行ったが、出力のリップルはどの周波数でもおよそ6mVpp、リップル除去率-54ｄBである。

　代表波形例を下記にしめす。

図６　CH1（黄）が入力、CH2（青）が出力リップル、DCレベルは左脇に矢印にて表記している

　

　

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2.3　入力下限電圧

これ以上入力電圧が低くなってはいけない電圧。

4.の測定で1kHzの波形で、+5VPPRへの入力電圧を徐々に下げていき、リップルの下限を見た。

すると、およそ7.5V前後であった。

図７　CH1（黄）が入力、CH2（青）が出力リップル、DCレベルは左脇に矢印にて表記している

左・約7.6Vをリップルの下限が切ると、大きなリップルを出力に発生する。

右・7.6Vを切らなければ、出力に目立った特異なリップルは発生しない。

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2.4　性能まとめ

　以上の性能で、問題はなく使用できそうだ。出力コンデンサが2.2μFでも発振しない。なかなか良い状態だと思われる。

　方形波応答は若干わるい。これは出力に大容量のコンデンサを付けないとおそらく吸収できないのではないか？