ＰＳｐｉｃｅシミュレーションー3
今回、金田明彦著・「オーディオＤＣアンプ製作のすべて」下巻に発表になった、完全対称型の半導体ＤＣマイクの解析を行ってみました。結論を先に書いてしまうと、これは、あくまでこぢんまりと録音するためのものですね・・・
回路図はこちら（PDF)(272k)です
図1-1の回路でシミュレーションを行った。Ｉ２は、いわゆる”但聞ドライブ”であるが、これが無いと、オープンループの解析で出力端が飽和してしまう。オープン状態では、出力段上段のベース側抵抗に流すわずか1mAそこそこの電流が負荷に流れても十分に出力は飽和するのである。この分をＩ２で引っこ抜く。
ゲイン／フェーズのオープン／クローズ特性が図1-2である。
ケーブル長は０．０１ｍのカナレのケーブルを想定（０．０１ｍであれば、特性はあまりケーブルの種類に左右されない）、終段のアイドリングはシミュレーション上６．３ｍＡに調整している。負荷は５０ｋΩ、これは金田式のテレコの入力インピーダンスを参考にした。
オープンループゲイン７９．６ｄＢ、Ａβ＝４２ｄＢ、１ｓｔポールが１５．５４１ｋＨｚ，オープンループが０ｄＢでの周波数／位相は（カーソル位置参照）２７．７５４ＭＨｚ／１５５ＤＥＧ、位相余裕は２５ＤＥＧとちょっと少ない。
１ｓｔポールが可聴周波数上限に近い値になっている。うまい設計である。この回路はＧＯＡに比べて初段差動のアイドリングが多め、ドレイン抵抗も大きめ、その代わり二段目差動でのゲインはエミッタに帰還を掛けて少なめにしている。
ステップ位相補正は、
f1=1/(2π*2*5.6k*56p)=254[kHz]
から
f2=1/(2π*560*56p)=5.08[MHz]
である。
図1-3は、ステップ位相補正をなくした（具体的にはＣ３を０．００１pFとした）時の特性であるが、オープンループ０ｄＢでの位相は２０９ＤＥＧにも達し、完全に発振することが判る。
ステップ型位相補正は見事に利いている。しかし、シミュレーション上では、上記の様にもう少し増やした方がよい、という結果がでている。
では、カナレのケーブルで２０ｍドライブしたらどうなるであろうか、というのが図1-4である。図1-2と比べ、ケーブルの反射で高域で乱れている。１ｓｔポールが２．５７ｋＨｚまで下がってしまう。低域でのオープンループゲインは変わらない。ＧＢ積が落ちている、というこである。
同じ２０ｍのモガミ２４９７ではどうかが図1-5。これが、面白いことに、１ｓｔポールは１３ｋＨｚとあまり落ちないが、オープンループが７２ｄＢまで落ちている。２４９７は容量がかなり小さいので、その影響で負荷インピーダンスは下がらないからＧＢ積はあまり下がらない、ということとかんがえられるが。。。。
ちなみに２４９７でケーブル長０．０１ｍが図1-6。カナレのケーブルと大差が無い。
それでは、２４９７で５０ｍ伸ばしてはどうか。謎であるが、なんとオープンループゲインがもとに近い値となる。ＧＢ積が落ちるが、同時に１ｓｔポールもかなり下がり、２．８１ｋＨｚである。
ケーブルが長くなると、ＧＢ積や１ｓｔポールが下がってしまうのは避けられぬ問題である。完全対称回路はオープンループ・ゲインが負荷と比例するためである。
完全対称回路は負荷の影響で、オープン特性が大きく変化するという特徴を持つことがこれでわかった。
これぞ完全対称が容量性が高いケーブルをドライブする時に生じる大きな問題なのである。
＜可聴周波数帯域内での高域でＡβが減る＞。
気にする人は気にする。黒田氏などは、結構重要視しているようだが、最近のオペアンプでアンプを組むと、１ｓｔポールが可聴周波数帯域ど真ん中、というのはよくあることである。これは音質で判断せねばならない問題だ。
図1-8はスルーレートである。
10000pFでSR≒2.7V/μs → tr≒14.8μs。ここから推測する帯域はtr*BW=0.35の式より、23.6kHzとなり、この容量10000pF（モガミ2497で149ｍ相当/カナレL-4E6Sで54m）が容量負荷の限界値であろう。
図1-9は容量負荷で25kHz正弦波をシミュレートした波形。10000pFでも歪みはじめている。いやその半分の5000pFでも歪みが大きくなっている。
このシミュレーションのみ、電源電圧が±31Ｖである。なぜかというと、今回のＤＣマイクは初段差動でゲインを大きく持たせ、全体のアイドリングなどのバランスをとるため、+側の電源電圧利用率が下がっているので、1-8では目立たなかったが正弦波では明らかに+Ｖが飽和してしまうのが観測されたためである。（±31Ｖでもちょっと飽和気味ですね）
今回、「オーディオＤＣアンプ製作のすべて」下巻で発表になった半導体ＤＣマイクは、あくまで使用するケーブルがモガミ2497で100〜150m程度以下で録音することが前提となっているマイクと考えることが出来る。天井吊りなど、よほどの小ホールでなければ考えられない。
図1-10は出力インピーダンスZoの周波数特性である。≒100kHzまでフラットであるが、それにしても音声帯域のZoは110Ωもある。出力段で容量負荷の影響をもろに受けてしまう。反面発振しにくいと思われる。ひとまず、ＧＯＡのＤＣマイクの容量負荷対策のような出力にＲをつけることは出来ない。
＜結論＞
「オーディオＤＣアンプ製作のすべて」下巻で発表になった半導体ＤＣマイクは、天井吊りには向かない。もし仮に完全対称型回路で天井吊りＤＣマイクを作るのであれば、いろいろな独自工夫が必要となるであろう。
また、天井吊りにしないまでも、カナレのケーブルなどを使った場合には50m以下にする必要がある。あくまでこれはマイク直近にテープレコーダーを配置して録音するためのＤＣマイクの回路である。
