HPA-12の動作について（１）

どこかの教科書に出てきそうなくらい基本的な差動アンプの構成をとっていますので、トランジスタでアンプ回路を作ってみたいという勉強には丁度良いと思います。

そして、完成したそのアンプの音を愉しむのもアリでしょう。
特別な部品など使用しなくても、電解コンデンサだけ秋月や千石で安価に売っているオーディオ用のものを使えば、そこそこの音が楽しめるのもこのヘッドホンアンプの特徴です。

また、色々なバリエーションがあり、独自にチューニングする事が可能なのはフルディスクリート回路のメリットだと思います。　オペアンプＩＣを使ったアンプでは、買ってきて交換するだけですから、楽しむことは出来てもあまり勉強にはなりません。

まずは、HPA-12基板の全体構成をみてみましょう。

　

ブロック図としては、このようになっています。　

実際の基板を見ても、ご覧のように区切ってレイアウトされていて把握しやすいと思います。

基板は銅箔厚が35umの両面基板ですから、いわゆる銅箔厚70um基板と呼ばれるものです。
　

アンプ部：
２ｃｈ分を全く同一の回路・パターンで実装しています。
この部分だけをみるとツインモノラルと同等です。電源部からの引き回しもほぼ同等になるように配慮しています。

電源部：
非常に単純な回路構成ながら、センタータップ式に見られるＧＮＤ電流の乱れなどが発生しない±独立整流式にしています。　電源リップルフィルタは抵抗とコンデンサだけという単純な構成で実装しています。

プロテクタ部：
電源ＯＮミュートタイマー機能、電源ＯＦＦの即時カット機能、左右アンプ独立した
ＤＣ検出回路と、３つの機能を持たせたプロテクタ回路です。　
ＤＣ検出には47kΩと少し高めの抵抗を使って音質への影響が出にくい回路としています。
また１箇所の抵抗値を変えるだけで幾つかのリレーへ対応可能です。
LED表示もこのプロテクタと連動していて、リレーONの時にLEDが点灯します。

以上の４ブロックを１枚の基板へ高密度で実装しています。

　 ＧＮＤラインの引き回しや繋ぎ方は、回路図に表しきれない部分ですが、ちょっとした違いでハムノイズと音の力強さ、躍動感などに違いがでる部分ですので十分に考慮した基板パターンとしています。　このあたりがノウハウと言えばノウハウかもしれません。
余った面をベタＧＮＤで埋め尽くすのは、デジタル回路や高周波回路では有効に働きますが。。。

前おきが長くなってしまいましたが、いよいよアンプ回路の動作の説明です。

HPA-12の基本回路の定数で説明いたします。

以前にも紹介していますが、アンプ部のブロックはこのようになっています。

このように４つパートから成り立っています。

まず、初段の差動回路部の回路を見てみましょう。

　

　

青い矢印が主な電流です。　緑色の矢印も電流ですが、ベース電流なので青いものに比べて1/100以下という小さい値ですから、今は無視して考えます。

＋電源の電圧が８．２Vで抵抗が１．５ｋΩですから、

①の電流は（8.2-4.9V）/1.5k＝　2.2mA
②の電流は（8.2-4.2V）/1.5k＝　2.67mA

次に定電流回路の電流③は、①と②を足した2.2+2.67＝4.87mA　となります。　ここは、キルヒホッフの法則の通りで考えると良いでしょう。　正確にはQ2、Q3、Q7のベース電流も加える必要がありますが、それぞれ、hfe分の１だけ足すだけです。hfeが200や300で計算すると、ぼほ無視できる値であることは解るかと思います。

この定電流回路は、電流値を決定する抵抗がＶＲ（半固定抵抗）となっているので、少々わかりにくいかもしれませんが、このようにして差動回路のコレクタ電圧と電源電圧が判明すると電流が分かります。

　

　
ちなみにVRの抵抗値がいくつになっているのかを計算してみましょう。

Q6のVbe＝0.6Vで計算すると、0.6V ÷ 4.87mA ＝ 123.2Ω　と求まります。
VRに沢山の電流を流すと寿命が短くなってしまいますから並列にR12を付けています。

計算すると0.6V÷330Ω＝1.8mAが R12に流れていて、残りの約3mAがVRへと流れています。

　

長くなってきましたので続きは、また明日。　

※）TRがリニア動作しているときのVbeは0.6V～0.7Vで計算すると大体いい数値になります。　　これは覚えておいて損はないと思います。