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2015年11月 1日 (日)

差動2段パワーアンプ プロジェクトの進捗

着々と進んでおります。

今日は、検討中の基板パターンをチラ見せ 

 

Project011  

さすがに、デュアルFET 小さいですね。 

ハンダ付けは、狭い方のPINは約1mmピッチなので、ある程度の技量がある人にはそんなに難しくはありません。 SOPなどと違って、PIN数が少ないですから、真ん中のPINだけどうにかハンダ付けできれば、あとは端なので、どうにかなります。 

0.5mmピッチだったこれに比べると、かなり簡単です。 

 

改造した実際の基板の方はと、いいますと。 

 

残留ノイズは、ご覧の数値。 

Project012  

8Ω負荷、A-WAITで約16uV です。 

初段が2SC2240だったときは、10uVを僅かに切る数値を出していましたが、少し悪化しています。 2SC2240がいかに低ノイズなトランジスタだったかを思い知ることになります。

とは言っても、スピーカーからホワイトノイズが聞えるかというと聞えません。 感度の高いヘッドホンを直接スピーカーアウトに接続すると、僅かに聞える程度です。 パワーアンプとしては、十分低いレベルに収まっています。 

 

だいぶ回路定数がさだまってきました。 また、基板・回路の両面から改善をしていて、NFB回路など信号が通る部分のシンプル化、部品レイアウトの最適化、大電流パターンの見直しなどを行なっています。 

Project010  

現在、こんな感じです。 

 

プロテクタ基板の方もあわせて、強化改版しようと思います。  

あまり焦らずにお待ち下さい。。。 

 

 

 

 

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電子回路」カテゴリの記事

コメント

おお! 遂にプロジェクトの全容が明らかに!
多分そうではないかと思ってましたが、トラ技9月号掲載のパワーアンプの改良版ですね。トラ技版もそうでしたが、基板パターンに細心の工夫を凝らされているのですね。パターン設計中の上記の写真、始めて見ました。このようにして手書きで設計されるのですねえ。

おおっ、基板サイズ次第ではVOL_12と一緒に筐体に収めてプリメインに…

kontiki さん

一番上の写真は手書きではなくCADで描いたものを等倍印刷したものです。 念のため実際の部品をのせてサイズに間違いがないか確認しています。

CR-Xさん

その手もありますね。 まあ、一番お手軽なのは、秋月のMUSES72320なのでしょうけど。。。 

いいですね!
パターンを見ていると作りたくなってくるので不思議です(笑)
楽しみに待っています。

ちなみに、前段への電源はRを通して供給出来る様に見えます。
この辺、たかじんさんの趣旨とは異なると思いますが、ツナをグランド側に入れておいてもらえると電圧オプションが増えますね。
また中央のコネクタのピンアサインで手前のピンには前段のマイナス側の電源が入っている様に見えます。逆に奥側に前段のプラス側を追加してもらえると、前後段別電源・電圧のバリエーションが増えて個人的には気持ちが良いです。

ま。さん

よくわかってらっしゃいますね。この図をみてそこまで判断できるとは、想定外でした。
実は、テストポイントを使って電圧増幅段へ別電源を入れられるようにしてます。 ご推測のとおり通常は電力増幅段と共通です。 
ツェナーを入れる形だと電圧増幅段の方が電圧が低くなり、メリットがないで入れませんが、どうしてもという場合は、リップルフィルタの電解コンデンサへ並列に実装することで対応できると思います。

この構成でノンクリップ出力10Wのアンプというのは、非常にもったいないといいますか、豪華すぎるのですが、超低能率なスピーカーを大音量で鳴らしたいという要求がない限りは問題にならないと考えてます。
電圧を上げて、大きなヒートシンクを用意すれば、100Wクラスとしても可能な構成にしてあります。 8Ωでは10Wですが、4Ωなら20W、2Ωなら40Wでるというドライブ能力をもっているのは既に実証済みです。 

初段をバイポーラからJFETに変更したとこにより、オープンループゲインが低下しNFB量も減ってしまいました。 おそらく歪率も悪化しています。
しかし、実際に聴いた音はその差を感じさせないどころか、逆に定位感が向上し、朗々と歌い上げるようになりました。 とりあえずは結果オーライということで進めていきます。

たかじんさん、
丁寧にコメント頂きありがとうございました。

いまだに頒布頂いたHPA-12で遊んでいるので、たかじんさんが、これだけのパターンの隙間を放って置くはずは無いかな…と思いつつ先のコメントを書かせてもらいました。趣味ですから(笑)

先程ググったらオリジナルの回路図も含めてpdfが見つかりホウって感じです。トランジスタをFETに置き換えるんですね…。別電源の話とは別に、パワーアンプなのでFETに加わる電圧とか個人的には気になりましたが、シンプルなのも良いかもです。

ま。さん

おっしゃる通り、基本的に趣味ですし、基板パターンは最重要部品と考えて、とことん突き詰めたモノにしようと考えてます。  これが仕事なら、コストや納期で制限がかかってしまいますからね。

実際、中級クラスまでのオーディオ製品は、多くが片面紙フェノール基板で作られていて、色々と妥協しなければならない部分があります。 かつては30万円クラスのアンプも片面基板が多かったようです。 

それから考えると両面ガラスエポキシ基板が使えるというだけで、理想に近いパターンを引けるわけですが、せっかく作るのでしたら思いっきりやってしまいましょう! と思ってます。

JFETのVdsに関しては、ばっちし対応ずみですよ。 ご心配なく。

また、市販機器では欠かすことが出来ない、過電流保護/電流リミッタ回路など、信号増幅とは別の回路を載せていないという部分も、より理想パターンに近づく上ではメリットになっています。 
その代わりスピーカーターミナルをデッドショートさせて、ボリュームを上げるという無茶な行為を許容できません。  このあたりも「趣味」としての割り切りですね。 

いつも親切な解説ありがとうございます。記事を楽しみしています。
2SK2145のペア特性が予想以上に良いのはうれしいですね。パワー
アンプだとドリフトがどうしても心配になりますよね。
2SC2240は現在手に入りやすいTRのなかではいちにのローノイズな
ものだと思います。それ以上を探すと2SC1844ぐらいかな?手に入る
もののリード型のなかでは。。。
いわゆる超ローノイズ系のTRはほとんど購入が難しくなりました
よね。
FETで2SC2240並みのローノイズを探すとgmは大きいものになりますし
接合容量とかもろもろバランスをとるのが面倒になるのかなと思いま
す。そもそもデュアルのものが全滅に近い状態ですし。。。。

自分としてはチップのTRとかもずいぶん前から気にしているのですが
入手性が悪いしハンダ付できるか?自身がありません。

HN3A51F(2SA970のデュアルで6本足、ぺア特性?)
HN3C51F(2SC2240のデュアルで6本足、ぺア特性?)

とか気になっているのですがデジキーとかでしか取り扱っていないし
。。。(自分にはハードルが高い--泣--)秋月あたりで最少10個ぐら
いで販売してくれないかなーと思ったりして(笑)

プリント基板の試作も順調ですね。両面基盤だとアースとか電源ライン
の配置が楽になるのでいいですよね。

MAKI さん

そろそろ、ディスクリートでアンプを組むのは部品調達の点から困難になりつつありますね。 ノイズの多いトランジスタしか入手できなければ、アンプを作る魅力も半減してしまいます。
 
ドリフトに関してはDCサーボを入れたアンプと数値で比較すると見劣りするように見えるかもしれないですが、市販していたDCアンプの多くでも100mVや200mVはズレるので、そんなに気にしなくても良いと思うのです。 実際、DC漏れでリレーをカットする保護回路は、ほぼ全ての機種で1.0V程度まで許容しています。(サンスイは2Vくらい)

製作中のディスクリートアンプの方は、今、購入できる部品で、それなりに納得できるものに仕上げたいと思っています。
おっしゃるように、電源、GND、音声信号と同居する基板パターンは、両面パターンにすると格段にらくに引けます。 

アンプ関係の記事は、まだまだ続編がありますので、どうぞ楽しみにお待ちください。

驚きながら、コメントを読ませていただきました。
ちょっとしたことから、いろいろみなさんはわかるのですね。私にはさっぱり・・・。

最近、ぺるけさんのところの平衡プロジェクトに興味を持っています。 我が家は電源環境が悪いせいか、平衡入力化することで、音質が向上することが多いので。
トラ技の記事で、2Ω保証・・・とあったので、4Ω不可でもBTL大丈夫だなぁと喜んでいたところでした。
楽しみにして待っています。

nGuin さん

冷静に考えてみると、コメントを書いてくださる皆さんのレベル、高いです。 もちろんnGuin さんもそのひとりです。

信号ラインを伸ばすときは、バランス化はとても有効な手段ですね。 スピーカーOUTは、そもそもインピーダンスが低いので外来ノイズの影響は受けにくいと思います。 ただ音の変化は確かにあります。 よく、製品紹介などでGNDを基準にしないので原音再生が可能・・・ のような表現をみるのですが、私は、少しちがった意見を持っています。

アンプは少なからずカラーレーションがあります。 それがバランス化で大きく出るように感じています。 これが、悪い方向ではなく、良い方向へ聞えさせるには、アンプの音が元々よくなければならない。  
あくまでも個人的な考えです。 証拠があるわけでも何でもありません。 あとはバランス化で、電源の影響を受けにくくなるというのはありますね。 

2Ω負荷は、トラ技に掲載したグラフの通りで、パワーを出すと若干歪率は悪化ています。 これは、おそらく電源の限界が近くてリップルが大きく出ているからと思っています。 

たかじんさん

VFA-01 と名称も決まり、頒布まで秒読みになっているようで、楽しみにしています。

さて、記事には、±18Vのトランス式非安定電源とありましたが、具体的なトランスの品名は記載されていないようです。 また、リップルが大きく出ているとのことですが、どの程度のコンデンサを積んでいたのでしょうか?

また、トラ技のときとはことなり、DC化されているようで、安定度や電源電圧の安定性も異なるかと思われます。
私のような初心者には、どんどん壊してしまいそうで不安がいっぱいですが、平衡入力→BTL出力でモノラルアンプを考えています。 どの程度の電圧(あるいはトランス)が安定度が高いかわかっていますでしょうか?

教えて君で、すみません。

nGuin さん

テスト用のトランスは、特注しました。 しかし、送料込みで16000円ほどしたため、ちょっと頒布しにくい価格ですね。 このアンプの回路はPSRRが高いので、電源変動、電源リップルには影響されにくいです。つまりDCは安定化されていても、非安定化でもどちでも問題なく動作します。 
大げさですが、動作中に電圧が±12V<->±20Vと行ったり来たりしても、なにごともなく動作し続けます。 

HENシリーズのケースは、放熱ケースといいながら、ヒートシンク部分の容積が小さいため大量の熱を放熱するにはあまり向かないと思います。 どうしてもというなら、できるだけ低い電源電圧を使用し、低いアイドリング電流に設定するのが良いと思います。 

自然空冷のヒートシンクの放熱量は、一般的に放熱部分(ヒダがある部分)の容積できまります。  おおよそですが、10cm x 10cm x 深さ 1cm で10Wくらいの放熱なら、触れる程度の温度上昇で済みます。

たかじんさん 

返信ありがとうございます。

> 動作中に電圧が±12V<->±20Vと行ったり来たりしても、なにごともなく動作し続けます。

それでは、このあたりの電圧を狙いたいと思います。
ケースはHYシリーズを使おうかと思っています。

別稿に書き込んだように、BTL仕様のモノラルアンプなので、4Ω負荷(1アンプあたり2Ω)でも大丈夫なように、たっぷり電流を流せるように工夫したいと思っています。

nGuin さん

RSコンポーネンツで売っているトロイダルトランスで、もう少し大きな電流が取れるものもありますね。 AC12V出力あたりはラインナップが豊富なようです。 

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