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2015年12月11日 (金)

パワーアンプ VFA-01の回路図を暫定公開

とりあえず、こんな回路です。 

Vfa009  

このあと、各種計測と安定度の確認など細かい調整など行なう予定ですので、多少の定数変更があるかもしれませんが、現在のところ問題なく動作をしていますので、回路図を暫定公開いたします。 

 

 

■VFA-01 回路図 (2015/12/11暫定版) 

 

Vfa01a 

 

 

■増幅回路は、差動2段構成 

基礎的な回路は、とても古くからある古典回路の一種です。 電源電圧が変わっても動作点がずれないように若干の工夫をしてあります。 よって定数を変更せずに電圧をある程度の幅で自由に使うことができます。 (ただしコンデンサの耐圧を超えてはいけません) 

差動2段の良いところは、初段の2つのトランジスタ(FET)の動作条件が、可聴帯域内でほぼ等しいという部分に尽きます。  初段にカレントミラー負荷を入れたアンプは回路数が少なくて済むという利点があるものの、負荷はアンバランスになりがちです。(電流値は等しい) 

2段目は、カレントミラー負荷です。 左右のVCEが大きく違わないようにQ16を追加して、左右のDCバランスを整えています。 

 

 

■電力増幅段は、3段ダーリントン 

出力パワーは、電源電圧に依存します。 ±15Vだと8Ω10W(ノンクリップ)を少し下回る程の小パワーです。 イマドキのD級アンプと比べるとパワーの数値的には魅力が無いように見えますね。 

狙っている部分は、パワーの大きさではないのですが、ちょっとしたこだわりで出力段は3段ダーリントンにしています。  一般に20Wや30Wという小出力アンプでは、殆どの場合で2段ダーリントン出力段です。 でも、実際に音楽を聴くと2段と3段では、音の輪郭や、低音楽器の描写能力に違いが明確に出ますので、たとえパワーが小さくとも3段にしたいと思いました。 (個人的な趣味です。) 

その代わり、発振しやすくなるデメリットもあるので、それなりの設計が必要になります。 ピュアオーディオ系のアンプでは殆どが3段ダーリントンなので、特別なことではありません。 細かい回路の説明は、別途しようと思っていますが、位相補償コンデンサの容量はむやみに変えない方が良いです。 パワートランジスタの流せる電流が大きいため、発振させると一瞬で吹っ飛びます(笑 

 

 

■DCアンプ化 

トランジスタ技術 2015年9月号の回路から構成を若干変えています。 今回、多くを狙わず完全に割り切ってDCアンプ化し、カップリングコンデンサは清く取り払いました。 

NFB回路からもDCブロッキングしていた電解コンデンサを取り去ることができたため、基板パターンがシンプル&ストレートになりました。 回路としてDCアンプ化の良し悪しとは別に、邪魔な部品がなくなって理想的なパターンを引けるという部分はそれなりに有利になります。 電解コンデンサに音楽信号を通さないという部分も有利に働く可能性があると考えています。 

初段をJFETにしているのは、これまで書いたとおりです。 今回、新たにカスコード・ブート・ストラップにしてありますが、これについては、後ほどメリット・デメリットについて解説するつもりです。 どんな回路にもメリットとデメリットが存在します。 メーカーのカタログでは販売の妨げになるのでデメリットは滅多に書きません。 

 

 

■パワーアンプに必要な出力は?

セパレートアンプに付いているパワーメーターを見ながら、針の揺れの中心が約1Wの音量になる状態を経験されたことがある人なら、ある程度は想像がつくと思いますが、平均出力1Wでは、大音響ではないにしろ、ソコソコの音圧を感じることができます。 一般的な録音のJAZZやロックだと、そのときピークで20Wから30Wに達します。 

Sea5meter
     << SE-A5  パワーメータ >>

つまり、アンプのパワーはどのくらい必要かといういうと、個人的な見解としては、9割がたのスピーカーの能率なら20Wから30Wで問題ないだろうと考えています。  ただ、ヨーロッパの低能率スピーカーを少し大きな音量で鳴らそうとすると、120Wのアンプでもクリップしてパワー不足を感じたことがあるので絶対ではありません。 上を見ればキリが無いですね。 

 

 

 

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コメント

この回路構成ですと、プリントパタ-ンやア-スラインの引き回し
をあやまると直ぐに発信器になりそうな気配がします。プリント基板は購入がベストですね。保護回路も早く見たいです。楽しみにしております。

へぼさん

回路図をみて、それだけ判断できるとは、さすがです。

パターン引き回し、デカップリングの配置などシミュレーションでは再現しにくい部分ですから、シミュレータで発振しないからといって実際に作っても発振しないとは限りませんからね。 

お話の流れをぶった切ってしまい申し訳ありませんが……(難しい事はわからないので;)こちらのパワーアンプ用の専用Rコアトランスとかも作製されるご予定はありますでしょうか?

リーニェさん

Rコアトランスも用意しようかと考えていましたが、特注していると非常に価格が高くついてしまいます。 現在、情報収集中ですので、もう少しお待ち下さい。 

初期の動作確認用としては、12V2AのDCアダプタ 2個をお薦めします。 万が一のとき、速やかに保護がかかり、大惨事になるのを防げます。  位相補償容量を検討中に何度も救われました。 

たかじんさん済みません、ついでに基板のサイズを教えていただけると、頒布実現まで筐体の構想で遊べますので、宜しくm(__)m

おおっ、遂にプロジェクトの全容が明らかに! 美しいレイアウトですね。トラ技に掲載された回路とは随分変わりました。DCアンプ化できたのは、Dual FETのおかげでしょうか。NFBのコンデンサ取るのは勇気が要りますね。発振の可能性が高くなるにも関わらず、あえて3段ダーリントンにされたわけですので、その音質が今からとても気になります。回路図から、信号系GNDとパワー系GNDが別になっていること、R31,31を取り外せば電圧増幅回路に別電源を使えることが読み取れます。あと、素人ですので、Q50,51の働き、D1,2の働き、ブートストラップの有無などについて解説いただけたら、嬉しいです。これまでの解説で、プリント基板のパターン幅設計など、よく判りました。

CR-Xさん

了解です。 もうちょっとお待ち下さい。

kontiki さん

その通りです。 2SK2145は、なかなか良いFETです。 その他、解説も準備中ですので、お楽しみに。 

たかじんさん、ま。です。
回路図の公開、ありがとうございます。

初段にカスコードブートストラップを入れたんですね…。(^_-)
個人的にだいぶ気持ちが良くなって来ました(笑)

ぜひ、基板の頒布には初段のFETをバンドルして下さい。
よろしくお願いします。

ま。さん

カスコードブートストラップは、いくつかデメリットもあるので、B電圧が高くない場合には入れないという選択もアリだと思います。 
ただ、ドレイン端子の電圧が10Vを大幅に超えてくるなら、入れた方がいいですね。 このあたりは、使う電圧と設計者の趣味で選択すれば良いのだと思います。 基板パターンは設けてあるので、トランジスタを実装するか、ジャンプさせてしまうか、自由です。 

JFETは付属いたします。 ご安心下さい。

たかじんさん、
コメントありがとうございます。
仰る通りですね。個人的には加える電圧は回路から来るというより、手持ちの部品事情から来たりします。Vdsが一定になってくれると電源電圧の選択肢が増えるので嬉しく思います。
あと、言及されていた使えそうな?デスクリのFET例に比較的高いgmのものが有ったように思いました。
ソケットにして試してみたくなりました…。よろしくお願いします。

ま。さん

gmの高いFETを使うと、よりNFB量が増えて歪率は減ると思います。 最終的には、そんな数値より聴いて気に入ったモノを使うのが良いと思います。 DCオフセット調整がありますので、少しidssが違っていてもオフセットを小さく調整することができると思います。

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