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小型システムのアンプできたよ

こんにちは。

前回の続きで今回はアンプ編だよ。

前回→できた!
さらに前回→小型スピーカー

今回のアンプ、自作やってる人ならだれでもやってみたくなる、回路からの設計に挑戦してみました。
もちろん一からすべて考えてってのは無理なので、いろいろ参考にしながらの設計です。
なので、まあいないとは思いますが、この回路は参考にしないでください。
所詮素人が寄せ集めの知識でどうにかこうにか辻褄を合わせながら作ったものです。
以下にダラダラ書いていきますが、間違えてるところも多くあると思います。
専門家からすればそんなのありえねーよってのもあるかもしれません。
以上、はじめに。


さて、チビッ子ウッドちゃんに似合うアンプということで、なるべく小さめで、出力も大きくなくていい、シンプルなアンプが欲しくなります。
そうすると電源はDCアダプターの単電源で、利得も10倍くらいあればいいかなあ、と。
回路は自分で考えるとしてもなにか元になるものがないと流石に・・・
そうだ、前にヘッドフォンアンプで使った回路にしよう。
あれなら回路はそんなに複雑じゃないし、DCアダプタ一個でいいし、なにより素の音もいいし。
それの高出力化をなんとか頑張ってみよう。

もとの回路はぺるけさんのサイト<情熱の真空管>にあるFET式差動ヘッドフォンアンプです。
素晴らしいアンプで、作り方も丁寧に書かれているので是非作って見ることをおすすめします。

さて、高出力化のためにはどうしたらいいか・・・
・擬似負電源をなくす(ダイオードの定格が大きくなりすぎる)
・差動回路の後ろにエミッタ接地回路を入れる(利得の確保。帰還を増やす)
が必要ですかね。
さらに希望として
・入力コンデンサは使いたくない(音声ライン中のコンデンサは出力部だけにしたい)
・回路中のインピーダンスは10kΩ以下(どういうわけかそれ以上の抵抗値だと信号が歪む。環境が悪い?)
を意識しました。
一番困難だったのが擬似負電源をなくすことと入力コンデンサを使用しないことの両立でした。
正直不電源を使ったほうが楽で、もっと無理の無い回路になったんじゃないかと。

で、構想から約2年ダラダラと考えてできた回路がこちら
IMG.jpg
回路図兼配線図みたいになっちゃってますが。
以下ごちゃごちゃとした解説を。

設計当初の仕様は、
電源電圧19V
最大出力16W(片側、4Ω負荷)
利得20db(10倍)
周波数特性はできるだけよく。
実際はどうなったかというと、電圧、利得は変わりなしですが、出力が思ったほど取り出せず、最大6,4Wくらいです。
まあスピーカーも定格7Wですし、普段使いならこれで十分です。

では回路の方を。

DCアダプタからきた19Vはスイッチとかコイルを通り、0.5Ωで左右に分割されます。
以前の感じから、コイルを入れると調子良さそうなので今回も採用です。
そういやこのスパークキラーの使い方、実は間違えてるらしいとかなんとか・・・。
LEDは5mA流れるくらいで、ほんわか光ってます。
電源デカップリングは相変わらずアホみたいに入れて、片chで8600μFかな?
電源の入りがいい感じに不安定になってます。


さらに中のほうを。
まずは2SK30Aの差動回路について。
入力のコンデンサをなくすにはVGSの大きなFETが必要でした。
そこで目をつけたのが2SK30Aとか2SK246。
結局2SK30Aを使ったのは入手性と、これを使った作例があったからです。
VGSはなるだけ大きな振幅を受けられるように0.7Vに設定。
するとIDは2mAに、VDは約17Vとなります。
このVDが、後ろにエミッタ接地回路を入れたかったのでなるべく高く設定したい、でも高くすると今度は利得が取れなくなるで、かなりギリギリで設定してます。
差動回路としての利得は、RD1kΩ、Yfs約2.4mSなので約1.2倍となります。
こんなに低い利得でいいのだろうか・・・。

下の2SC1815の定電流回路はカレントミラー回路にしました。
はじめはヘッドフォンアンプと同じ定電流回路にしてたのですが、大きい入力(マイナス側)があったとき割りと簡単にクリップしてしまい、ぺるけさんのHPを見る限りカレントミラー回路のほうがまだ低電圧まで耐えられそうだったのでこれにしました。
ここのVCが0.7Vなのでかなりぎりぎりの動作をしています。
VEにいたっては0.04V・・・。
これでもとりあえず動作してくれることにちょっと感動しました。
おかげで、VC0.3Vくらいまで粘ってくれます。
2kΩの可変抵抗がありますが、ここを微調整することで終段の電圧を中点に設定します。


このへんまで設計してて、改めてぺるけさんのヘッドフォンアンプの設計の良さが分かりました。
用途を限定して余裕を持った設計、シンプルで確実に動作する各定数などなど。
僕はなにか作るとアレにもコレにも使えるようにって考えて、結果ギリギリだったり無駄が多かったりになってしまいます。まだまだ修行が足りんですなあ。


信号は差動回路からエミッタ接地へ
差動回路では信号を十分に増幅できないので、ここでググっと大きくします。
計算上ではここで約17倍ですね。
素子は記入漏れしてるけど2SA1015です。
気持ちとしてはエミッタを完全に接地させたかったんですけど、差動回路との電圧の兼ね合いでこんな、なんとも微妙な感じに落ち着きました。
これ、エミッタから直接コンデンサで接地させてもいいかもしれませんね。
音声ラインにコンデンサを入れたくない一心で抵抗だけになってますが。後でためしてみるのもいいかも。
上に2SC1815を置いて利得を稼いでいます。ちなみに、ここははじめダイオードを使ってたんですが、ちょっとした思いつきでトランジスタ使ったら案外安定が良かったのでこんなかんじになりました。
あと、RBは発振、歪み防止用です。
入れないとIBが結構流れるのか、波形がなかなかに歪んでました。


最後は出力段ことダイヤモンドバッファ回路氏
まず入り口の100Ωは発振防止用です。それと点点で書いてる470pFも。組み上がったら見事に発振して、ここにコンデンサ入れたらピタッと止まりました。
ブレッドボードで組んでる時、発振に気づかずちょっと放置してしまい、ブレッドボードをちょっと溶かしました。
ちなみにブレッドボードでの作業はこんなかんじに
IMG_0913.jpg
完成形ではダイヤモンドバッファは全部放熱板に接着してますが、ブレッドボードではそうもいかず気づいたらアボンでした。
ダイヤモンドバッファに関してはnabeの雑記帳さんのこのタイトルがわかりやすいです。
まあこの回路、やり始めて分かったんですが、パワーアンプの出力にダイヤモンドバッファは全く向いてないですね。
電流を流すほど出力電圧は降下していくし、そもそもhfeのある程度大きな素子じゃないと大電流は取り出せないし。
なので素子はダーリントントランジスタの2SB1228と2SD1830のペアを使いました。
これならhfe1000と見積もると約6.6Vp-pくらい・・・ん?
今計算してみると当初の予定より随分低いような・・・
まあ、出力的には問題無さそうですが、一番初めの設計図見直したら1kΩじゃなくて100Ωだった?
100Ωだったら8Vp-pまでいけるけど・・・
いやそれじゃあ発熱がやばそうだからやっぱりこれでいいんです。たぶん。

最後の0.47Ωは半導体アンプ製作技法に載ってました。
温度補正だったりでこれくらいの値がちょうどいいみたいです。


あとは出力コンデンサ、位相補正、負帰還などなど。
出力コンデンサにはキンキラキンなニチコンFWを入れました。音質というよりは、見た目だけのために。
なんたって一個300円くらいしたんだから音が悪いわけがありません!
位相補正はなんとなく入れてます。
帰還も大体10倍になるようにと。


その他、回路中にちょこちょこ入ってる100μFはノイズの除去と信号のループのためです。
正直、この入れ方が適切なのか、間違ってるのかわかりません。
まあここに入れれば効果あるのかなあと思って入れてます。
結局一番左の100μFは、入れると利得下がっちゃってたんで外しちゃいましたし。

あと回路図中の抵抗にアンダーバーを引いてるのは、オーディオ用の抵抗にしてます。
タクマンのREYシリーズです。
一応信号が通るであろうところをオーディオ用にと。
その他は秋月のカーボン抵抗。
今考えると別にケチらなくっても良かったような・・・。


あとは実際の組み立て。

こんなふうに配置を書いて・・・
IMG_0001.jpg


出来上がった基板がこちら
IMG_1070.jpg
自分で言うのも何だけど、この要塞感、好きです。

裏面はこんなん
IMG_1071.jpg

相変わらずの高密度配置です。
今回は後々の作業性も考えて入出力、電源はすべてコネクタで繋ぎました。
P1050500.jpg
配線は太いのを使いたい気持ちをぐっと抑え、
取り回し良くするために細い線、共和のAWG28を使いました。
これ、カラフルで売ってて色分けしやすいしね。

ボリュームは、本当はミニデテントを使ってみたかったんだけど、入る隙間なし・・・。
いつものことだけど、はじめにケースを買っちゃうのがいけないんだろうね。

あと、入力はRCAとミニプラグの2系統いけます。
気軽に使えるようにと詰め込みました。


そして完成形がこちら
IMG_1079.jpg
IMG_1081.jpg
なかなかええんじゃないですか?

ツマミはラジオセンター(ストア?)を歩きまわって良さ気なものを発見しました。
背面のターミナルも見た目カッコイイの探しました。
やっぱ見た目って大事ですからね。
見た目いいだけでいい音が出そうな気がしてきますし。

そんなこんなで、無事アンプも完成。
細かい調整とかはともかく、ひとまず小型システム完成と相成りました。
最近はたまに気分転換に鳴らしてます。
小音量でBGMにするにはいい感じです。
当初の目的だった、"気軽に持ち運べる”はすっかり失われてますが。(引っ越しの時はお気楽だけどね)
ちょっと綺麗に作りすぎましたね。
(自画自賛、大満足ですが。)



さて、この記事、実に1年以上下書きで放置されてました。
8割型書き終わってたんですがね。
その間いろいろなことが・・・、具体的には社畜になったりしてました。
1年経ってようやく生活にも慣れてきたんで、また更新復活できればなあ、と思いつつ・・・、
そんなモチベーショは今だけかもしれない。

まあまた更新する気になったら、その時に。
でわでわ。
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