ダイヤモンドバッファ回路についてのご質問です

オーディオパワーアンプを独学し始めた素人ですが、ダイヤモンドバッファ回路についてはいまいち理解できない点がございまして、有識の方はご教授頂きたいです。
単純な疑問ですが、なぜダイヤモンドバッファ回路はプッシュプル回路より歪みが小さいでしょうか。

まずは、プッシュプル回路です。
D1 D2はQ１ Q2のVbeを相殺しているため、Q1 Q2それぞれの波形は同じです（紫と黄）。出力波形（赤）は歪みがなさそうな正弦波に見えます。
だが、入力と出力の差（緑）を取ると正弦波ではなくなり、波形がなまります。つまり、この回路は歪みが大きいだと分かった。
（解析上THDは1.632675%となる）

ダイヤモンドバッファ回路の場合は結構綺麗な正弦波は取れています。TDHはただ0.045067%となります。

【なぜダイヤモンドバッファ回路はプッシュプル回路より歪みが小さいでしょうか。】についての質問ですが、下記は私見とりますが、何か間違いがございましたらご指摘ください。
D1、D2はトランジスタQ1、Q2のベース等価ダイオードとの個体差が大きい。
つまり、Ib変化する時D1 D2の変動量はベース等価ダイオードとの変動量が違うため、波形が歪みます。
ダイヤモンドバッファ回路の場合は、コンプリメンタリペアを使用しているため、Vbe（等価ダイオード）の変動量が（理想状態で）全く同じ（逆相）です。そのため、Vbe効果が完全に相殺されており、波形のリニア性がアップした。

調べたところ、トランスリニア原理のことでリニア性が良くなるとの説があります。
参考リンク：https://nw-electric.way-nifty.com/blog/2022/10/p …
質問に戻りますが、ダイヤモンドバッファ回路は低歪みの原因をご教授頂きたい、よろしくお願いいたします。

質問者からの補足コメント

• 

  ご見解頂き、ありがとうござまいます。
  入力振幅をスイープして、下図となります。
  入力電圧は高くにつれてTDH特性が良くなりました。
  結果、入力電圧は１V 1.5V 2V 2.5V 3V時のTHDが2.29% 1.88%　 1.58%　 1.34%　1.13%
  THD特性良くなる理由は
  入力電圧が高いため、 0Vの近辺で「差」の割合が小さくなる。
  その結果、TDH特性が良くなるかと存じます。
  
  ダイオードは０V近辺での違いが表れることが承知しておりますが、
  ダイオード自体にも非線形素子なので、入力電圧が高ければその歪みも高くなるかなと存じます。
  今解析した結果より入力電圧が高くなるにつれ、TDH特性が良くなる傾向です…
  今困惑しておりますが、もしご見解がございましたら教えて頂きたいです。

  
  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/08/28 17:22

• 

  ご見解、ありがとうございます。
  おっしゃる通り、ダイヤモンドバッファ回路もプッシュプル回路の一種でございます。
  また、同じ負荷でTHDを低くするのも間違っています…、大変失礼しました。
  
  電源電圧をアップして、THDが良くなりました。
  ダイヤモンドバッファ回路は例のプッシュプル回路よりTDH特性が良いと一概に言えないことでございますね。バイアス条件によって特性が変わると理解いたしました！
  
  頂いた回路はシミュレーションをして、確かにTHDが0.04%くらいになりました！！
  ただ、OPアンプを外すとTHDが悪化しました。
  TDH特性が良くる原因は、OPアンプは負帰還したからではないでしょうかと思いますが、
  そうでしょうか？
  もしそうでは無ければ、ご見解を頂きたいですが…
  しつこい質問をして、申し訳ございません…
  よろしくお願いいたします。

  No.5の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/09/02 13:31

No.5 ベストアンサー 回答者： xs200 回答日時： 2024/08/30 13:27

>【なぜダイヤモンドバッファ回路はプッシュプル回路より歪みが小さいでしょうか。

】

ダイヤモンドバッファ(DB)もプッシュプルです。歪みが小さく見えたのは負荷の違いです。DBの負荷も100 ΩにするとTHDは悪化します。2N2222/2N2907はオーディオ向けではないので質問の回路と同じままでKSA992/KSC1845に置き換えて抵抗はどちらも2 kΩ、負荷は100 ΩでシミュレーションするとTHDは上の回路が1.21%, DBでは1.30%となりました。シグナルが4 Vppあるのに電源の10 Vは低いです。±6 VにすればTHDは0.27%, 0.28%に下がります。

DBは原理上、重い負荷は駆動できません。ヘッドフォンを想定した32 Ω負荷で±5 VだとDBは入力1 Vでも使い物になりません。電源を±6 Vに上げれば入力1 Vで0.98%, 0.96%に改善されます。

画像の回路は入力2 V、32 Ω負荷でもTHDは0.04%、電源は±15 Vです。DBだから歪みが少ないということはありません。

No.7 回答者： xs200 回答日時： 2024/09/02 22:59

書き忘れ

>OPアンプは負帰還したから
ですから電流アンプは帰還ループの中に挿入します。OPアンプの後ろに置いただけではだめです。

ついでに画像はちゃんと動く回路です。バイアスを正しく設定すれば0.01%以下にできます。

この回答へのお礼

ご親切・丁寧に説明頂き、ありがとうございます！
承知いたしました。
この回路は負帰還にもかかわらず、Tr.の安定性アップするためにダイヤモンドバッファ回路？に定電流回路（カレントミラー）を入れましたね。
こうすると熱暴走とかは抑えられると考えております。出力段はダーリントン接続で出力電流が大きく取られて、こうすると大電力は取られると思います。
勿論、これを独自に設計できる能力がまだないが、あくまでも今の知識を基に分析しました。もし間違いがございましたらご指摘をお願いいたします。

ご説明頂き、改めて感謝いたします。

お礼日時：2024/09/03 10:33

No.6 回答者： xs200 回答日時： 2024/09/02 22:08

>TDH特性が良くる原因は、OPアンプは負帰還したからではないでしょうかと思いますが、

はい、そのとおりです。帰還抵抗を挿入して増幅率を上げることもできます。電源電圧を上げられるなら1N4148を2個2個の4個使いにすればオペアンプなしで負帰還をかけなくてもTHDは良くなります。その代わりに消費電流が大きくなります。

No.5の回路は高速OPアンプを使うと発振することがあります。

No.4 回答者： m-jiro 回答日時： 2024/08/29 21:37

補足について

信号が小さい時の方が歪が多いですね。クロスオーバー歪が出ているのではないでしょうか。波形グラフをよく見ると正相と負相のつながりがスムースでないように思えます。
この回路はシミュレーションでしょ？　実際に組み立てたものではないでしょ？　ダイオードのVfがいきなりTrのバイアスになっています。シミュレーターではこの関係はどうなっているのでしょう？　VfがTrの立ち上り電圧より大きければ過剰バイアスになるし逆ならバイアス不足でクロスオーバー歪が生じるはずです。
実際に作る場合はダイオードと直列に抵抗を入れてVfよりやや高めのバイアス電圧を作っておきTrのエミッタにも抵抗を入れて適正なバイアス電流が流れるようにします。電流帰還バイアスの回路にするわけです。

ダイヤモンドバッファもバイアスは考慮されてないようですね。
ここをうまくやれば低歪で大振幅のアンプができると思います。

No.3 回答者： stomachman 回答日時： 2024/08/27 19:55

「順方向なら小さい抵抗器と同じ、逆方向なら切断したのと同じ」という理想的な動作と現実のダイオードとの違いです。

0V近辺でその違いが現れる。（だからこそ個体差が問題にもなるわけです。）プッシュプル回路に関する緑のプロットでは、入力が0Vの近辺で「差」が小さいですけど、これは上記の「違い」に入力が掛け算されて「差」が決まるからにすぎません。（なので、入力の振幅を変えると「差」のグラフの形が変わる。）これを眺めただけじゃドウなってるんだかヨクワカランでしょう。「差」をさらに入力で割り算してプロットすると本性が見えるようになります。

No.2 回答者： xs200 回答日時： 2024/08/27 16:00

でかけるので上の回路についてちょっとだけ。

・1N4148をベースとコレクタを接続したトランジスタに置き換えてみるとどうなりますか?
・1N4148を1.5 Vの電圧源に置き換えるとどうなりますか?
・シミュレーションなのでいいですが熱暴走する回路です。ダイオードを1.5 Vの電圧源かトランジスタに置き換えたままエミッターに33 Ωの抵抗を入れるとTHDはどうなりますか?

No.1 回答者： kan3 回答日時： 2024/08/27 15:21

ちゃんと説明に書いてるじゃん。

その通りですよ。

自分で回路組んでダイオード変えてると、歪が目に見えて面白いですよ。

でも結局、OPAMPでNF掛けるとどれもこれも綺麗に成っちまうので、
OPAMP凄いなと成りました。