マイクアンプ設計の基礎
ＪＥ７ＣＬＺ 稲葉伸一 1/6１．実際の音の波形
図―１ あーの波形 図―２ あーの周波数特性 図―３ 口笛の波形と周波数特性
あーの波形／周波数特性
・ピーク点が最大まで達しない部分がある。→SSBで送信すると、ﾃﾞｭｰﾃｨが低いためﾊﾟﾜｰ計があまり振れない。
・複数の周波数成分を含んでいる。
口笛の波形／周波数特性
・ピーク点がほぼすべて最大値まで達している、サイン波になっている。→SSBで送信すると、デューティがほぼ１００％のためパワー計が最大電力まで振れる。
・ほぼ、一つの周波数成分である。
２．ハイパスフィルター
抵抗とコンデンサーを用いた簡単なフィルタ
図−４ ８ｋＨのハイパスフィルター 図−５ 左の回路の周波数特性
Vin＝Ｉ（Ｒ２＋（１／（２πｆＣ））2）1/2 Vout＝ＩＲ ゲイン＝Vout／Vin＝１／（１＋（１／２πｆＲＣ）2）1/2
ｆ＝１／２πＲｃの時、ゲインが１／２1/2（０．７倍）となり、
このときの周波数を遮断周波数と言い、１／（２・π・Ｒ・Ｃ）＝約８ｋＨｚとなる。
＊このハイパスフィルタを使用し、ＳＳＢ（帯域=3KHzと仮定）で送信すると？
３ＫＨｚが最高通過ポイント→そこのレベルから３ｄｂ減衰した周波数がSSBで送信したときの遮断周波数となる。
３ＫＨｚでの元々のゲインは０．３５３倍 → そこから３ｄｂ減衰したゲインは元々のゲインの０．２５倍
元々のゲインの０．２５倍の周波数ポイント＝約２ＫＨｚ
＊周波数帯域を無視して遮断周波数が２ＫＨｚハイパスフィルタを設計し、いま述べたフィルタと特性を比較してみましょう。
図−６ ２ｋＨハイパスフィルタ 図−７ 左の回路の周波数特性
Ｃ＝０．０８μＦ Ｒ＝１ＫΩ→ 遮断周波数＝約２ＫＨｚ
ＳＳＢ ３ＫＨｚ帯域で考えると、
３ＫＨｚでは元々のゲイン＝０．８倍 → そこから３ｄｂダウンしたポイントは元々のゲインの０．５７倍
元々の０．５７倍の周波数ポイント＝１．３８ＫＨｚとなる。
３．ローパスフィルタ
図−９ １６０ｋＨのローパスフィルタ 図−１０ 左の回路の周波数特性
Vin＝Ｉ（Ｒ２＋（１／（２πｆＣ））2）1/2 Vout＝Ｉ／２･π･ｆ･Ｃ
ゲイン＝Vout／Vin＝１／（１＋（２πｆＲＣ）2）1/2となる。
ｆ＝１／２πＲｃのとき、ゲイン＝１／２1/2（０．７倍）
遮断周波数は＝１／（２・π・Ｒ・Ｃ）＝約１６０Ｈｚ
４．ハイパスフィルタの”つまった音”解決方法
先ほど紹介したハイパスフィルタの回路では１００Ｈｚ付近ではほぼ通過しなくなる。
ちょっとだけ低周波も通過させる回路例
図−１１ ｹﾞｲﾝ0.1〜0.53 8kH ﾊｲｴﾝﾌｧｼｽ 図−１２ 左の回路の周波数特性
周波数が低い部分ではコンデンサにほとんど電流が流れない → 最低ゲイン＝Ｒ２／（Ｒ１７＋Ｒ２）
高い周波数部分、コンデンサのインピーダンスはほぼ０になる
→最高ゲイン＝Ｒ２／（Ｒ１６･Ｒ１７／（Ｒ１６＋Ｒ１７）＋Ｒ２）
遮断周波数は、１／（２･π･Ｃ･（Ｒ１６+Ｒ２））となる。
この回路を使用することにより、周波数が低い部分を全く通過しなくなるとという特性を改善できる。
５．クリッパ回路
クリッパ回路とは、両端の電圧がある電圧以上になったら電流が流れ出しその両端の電圧は一定にになるというダイオードの特性を使用する。 
・クリップ回路で０．７Ｖよりはみ出た部分をカット。
・カットすることによって、波形が変形し生信号の成分とは異なる周波数成分が発生→高調波発生
図−１７ マイクアンプにつけてマイクコンプレッサーとして使用する方法
６．ＡＧＣ回路
動作の説明
AGC回路：出力をＡＧＣ電圧（直流）に変換し、その電圧によってゲインが変化するゲインコントロールアンプ
にフィードバックする。
・出力が大きい→ＡＧＣ電圧増加→ゲイン低下
・出力小さい→ＡＧＣ電圧低下→ゲイン増大
→出力を一定にしようとする
・入力があるレベル以下であれば、ゲインコントロールのゲインは最大値で固定となる。
・波形の一つ一つピーク点を持ち上げるのではなく、ある程度の時間(最低周波数の周期以上の周期)でゲインをコン
トロールすることにより音質を変えないで音のレベルを一定にするのが目的。応答速度変えるには、整流回路の
・平滑コンデンサの値を変えれば変わる。
７．増幅回路
トランジスタ１石を使用した増幅器の例
増幅度はどうなる？
・交流信号の電圧増幅率＝−Ｒ１／Ｒ２
・増幅率のマイナスは位相が反転することを意味する
８．実際のマイクアンプの回路例
（１）ノ−マル
・ベース･エミッタ間の電圧が０．７以上ないと動作しない
→ベースに０．７Ｖ以上の電圧をかけておく（バイアス電流）
→この場合の増幅率は ５００／１００＝５倍
（２）ローカットマイクアンプの回路例
遮断周波数＝１ＫＨｚ 増幅率５倍（負荷１ＫΩを考慮）
入力＝１０ｍＶ 出力 ４．７ｍＶ／１００Ｈｚ ３３．５ｍＶ／１ｋＨｚ ４７．５ｍＶ／１０ＫＨｚ
（３）ローブーストマイクアンプの回路例
遮断周波数＝１ＫＨｚ 増幅率５倍（負荷１ＫΩを考慮）
入力＝１０ｍＶ 出力 ４６．７ｍＶ／１００Ｈｚ ３３．２ｍＶ／１ｋＨｚ ４．６８ｍＶ／１０ＫＨｚ
（４）ハイエンファシス型増幅回路の例
遮断周波数３ＫＨｚ 通過域増幅率＝５ 最低増幅率＝２ （負荷抵抗＝１ｋΩを考慮）
入力＝１０ｍＶ 出力 １９ｍＶ／３００Ｈｚ ３４ｍＶ／３ｋＨｚ ４９ｍＶ／３０ＫＨｚ
（５）コンプレッション回路の例
入力が１０ｍＶを越えた部分は、１／１０に圧縮 １０ｍＶ以下のコンプレションがかからない領域の増幅度は２とする。
９．コンデンサマイクの説明
一般的にコンデンサマイクと呼ばれておりますが、正式にはエレクトレットコンデンサマイクロフォンと言います。
マイク部分はコンデンサですので、電圧を加えておけばＱ＝ＣＶの電荷が蓄えられられます。コンデンサの片方の電極板を固定しておき、もう片方を音によって振動させます。そうすると電極板の隙間が変わり、コンデンサのＣが変化するわけです。そうすると、電荷Ｑは急には変わりませんから電圧Ｖが変化します。空気の振動が電圧の変化になるわけです。基本的原理は今述べたとおりですが、市販されているコンデンサマイクには、ＦＥＴアンプが内蔵され
ています。実際のマイクとなる電極には、電源より電圧を供給しているわけではなく、半永久的に帯電するコンデンサ（エレクトレットコンデンサ）が使用されています。
１１．回路設計に役立つプログラムの紹介
（１）Pspice（ORCAD）
回路をパソコン上で組んで、実際にどう動作するかシミュレーションできる。
波形表示（FFT可能）、周波数特性、・・・
無料の評価板（機能限定）を使用しているが、紹介した回路規模では問題ない。
入手先：http://www.cybernet.co.jp/products/eda/OrCAD/news/nw_frame9908.html
(2)WaveSpectra Ver1.20
サウンドカードに入力した信号をオシロ／スペアナ表示で表す。
スペアナは３Ｄ表示ができるため、時間経過による変化も見えてわかりやすい。
入手先：ＣＱ誌６月号 ＣＤ
(3)WaveGeneVer1.20
パソコンで設定したサイン波、方形は、AM変調等、サウンドカードから出力できる。
入手先：ＣＱ誌６月号 ＣＤ
なお、ここで紹介した回路でのトラブルの責任は持ちません。 （発火、発煙、その他のトラブル・・・）
また、資料中の誤字・脱字、勘違いがありましたら、ご勘弁ください。
ホームページ
http://www2u.biglobe.ne.jp/~je7clz/
Microphone amplifier design basis material
ＪＥ７ＣＬＺ 1/6
１．Actual waveform
Figure―１ Voice of "A" Figure―２ Frequency dispersion of "A" Figure―３ Whistle
Voice of "A"／Frequency dispersion of "A"
・It doesn't swing until the peak. →When we transmit by SSB mode、The power meter doesn't swing so much because the duty ratio is low.
口Whistl／Frequency dispersion
・It swings until the peak.It is sin wave.→When we transmit by SSB mode、The power meter swings suntil the peak because the duty ratio is 100%.
２．High-pass filter
ＲＣ filter
Figure−4 ８ｋＨHigh-pass filter Figure−5 Left circuit Frequency dispersion
Vin＝Ｉ（Ｒ２＋（１／（２πｆＣ））2）1/2 Vout＝ＩＲ Gain＝Vout／Vin＝１／（１＋（１／２πｆＲＣ）2）1/2
ｆ＝１／２πＲｃ、 Gain：１／２1/2（０．７times）、
This Frequency is cutoff Frequency、１／（２・π・Ｒ・Ｃ）＝about８ｋＨｚ。
＊If we send on ssb mode by this high pass filter（band whith=3KHz）
３ＫＨｚ is max through frequency→Cutoff Frequency is point of 3db down.
３ＫＨｚ；０．３５３mV → Point of 3db down：0.25ｍV＝２ＫＨｚ
＊High pass filter of 2kHz cutoff
High pass filter of 2kHz cutoff Frequency dispersion
Ｃ＝０．０８μＦ Ｒ＝１ＫΩ→ Cutoff＝約２ＫＨｚ
３．Low pass filter
１６０ｋＨ Low pass filter Frequency dispersion
Vin＝Ｉ（Ｒ２＋（１／（２πｆＣ））2）1/2 Vout＝Ｉ／２･π･ｆ･Ｃ
Gain＝Vout／Vin＝１／（１＋（２πｆＲＣ）2）1/2
ｆ＝１／２πＲｃ、Gain＝１／２1/2（０．７times）
frequency of cuttoff＝１／（２・π・Ｒ・Ｃ）＝about １６０Ｈｚ
４．High pass filter +α
図−１１ ｹﾞｲﾝ0.1〜0.53 8kH ﾊｲｴﾝﾌｧｼｽ 図−１２ 左の回路の周波数特性
Poin of Low frequency → current of condenser is ０ → gain of min＝Ｒ２／（Ｒ１７＋Ｒ２）
Poin of high frequency → current of condenser is max
→Max gain＝Ｒ２／（Ｒ１６･Ｒ１７／（Ｒ１６＋Ｒ１７）＋Ｒ２）
Frequency of cutoff、１／（２･π･Ｃ･（Ｒ１６+Ｒ２））
５．Clipping circuit
。
・It is cuting more ０．７Ｖ
６．ＡＧＣ回路
The output voltage is made in smooth [shi] and it is made AGC voltage.
The amplification factor is controlled by the AGC voltage.
７．増幅回路
トランジスタ１石を使用した増幅器の例
増幅度はどうなる？
・交流信号の電圧増幅率＝−Ｒ１／Ｒ２
・増幅率のマイナスは位相が反転することを意味する
８．実際のマイクアンプの回路例
（１）ノ−マル
・ベース･エミッタ間の電圧が０．７以上ないと動作しない
→ベースに０．７Ｖ以上の電圧をかけておく（バイアス電流）
→この場合の増幅率は ５００／１００＝５倍
（２）ローカットマイクアンプの回路例
遮断周波数＝１ＫＨｚ 増幅率５倍（負荷１ＫΩを考慮）
入力＝１０ｍＶ 出力 ４．７ｍＶ／１００Ｈｚ ３３．５ｍＶ／１ｋＨｚ ４７．５ｍＶ／１０ＫＨｚ
（３）ローブーストマイクアンプの回路例
遮断周波数＝１ＫＨｚ 増幅率５倍（負荷１ＫΩを考慮）
入力＝１０ｍＶ 出力 ４６．７ｍＶ／１００Ｈｚ ３３．２ｍＶ／１ｋＨｚ ４．６８ｍＶ／１０ＫＨｚ
（４）ハイエンファシス型増幅回路の例
遮断周波数３ＫＨｚ 通過域増幅率＝５ 最低増幅率＝２ （負荷抵抗＝１ｋΩを考慮）
入力＝１０ｍＶ 出力 １９ｍＶ／３００Ｈｚ ３４ｍＶ／３ｋＨｚ ４９ｍＶ／３０ＫＨｚ
（５）コンプレッション回路の例
入力が１０ｍＶを越えた部分は、１／１０に圧縮 １０ｍＶ以下のコンプレションがかからない領域の増幅度は２とする。
９．コンデンサマイクの説明
一般的にコンデンサマイクと呼ばれておりますが、正式にはエレクトレットコンデンサマイクロフォンと言います。
マイク部分はコンデンサですので、電圧を加えておけばＱ＝ＣＶの電荷が蓄えられられます。コンデンサの片方の電極板を固定しておき、もう片方を音によって振動させます。そうすると電極板の隙間が変わり、コンデンサのＣが変化するわけです。そうすると、電荷Ｑは急には変わりませんから電圧Ｖが変化します。空気の振動が電圧の変化になるわけです。基本的原理は今述べたとおりですが、市販されているコンデンサマイクには、ＦＥＴアンプが内蔵され
ています。実際のマイクとなる電極には、電源より電圧を供給しているわけではなく、半永久的に帯電するコンデンサ（エレクトレットコンデンサ）が使用されています。
１１．回路設計に役立つプログラムの紹介
（１）Pspice（ORCAD）
回路をパソコン上で組んで、実際にどう動作するかシミュレーションできる。
波形表示（FFT可能）、周波数特性、・・・
無料の評価板（機能限定）を使用しているが、紹介した回路規模では問題ない。
入手先：http://www.cybernet.co.jp/products/eda/OrCAD/news/nw_frame9908.html
(2)WaveSpectra Ver1.20
サウンドカードに入力した信号をオシロ／スペアナ表示で表す。
スペアナは３Ｄ表示ができるため、時間経過による変化も見えてわかりやすい。
入手先：ＣＱ誌６月号 ＣＤ
(3)WaveGeneVer1.20
パソコンで設定したサイン波、方形は、AM変調等、サウンドカードから出力できる。
入手先：ＣＱ誌６月号 ＣＤ
なお、ここで紹介した回路でのトラブルの責任は持ちません。 （発火、発煙、その他のトラブル・・・）
また、資料中の誤字・脱字、勘違いがありましたら、ご勘弁ください。
連絡先 ＪＥ７ＣＬＺ 稲葉伸一
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2000.6.24 第33回 7099大会 講習会資料