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2019年9月17日 (火)

パワーアンプ基板よりも大きい超弩級ヘッドホンアンプ(1) 基板が届きました

先日の記事の最後でちらっと書いたディスクリートの新ヘッドホンアンプ基板が届いたので、組んでみました。

Hpa1000a_20190917221301

回路構成は差動1段でHPA-12の発展版のような感じです。なぜVFA-01のように差動2段にしないのか?

というと、

いくつか理由があるのですが、一番の理由は、差動2段回路は「おとなし過ぎる」から。

スピーカーを鳴らすアンプとしては低歪率に仕上げても、スピーカーユニットやエンクロージャーが発するキャラクターがあるので極端に寂しい音にはならないのですが、ヘッドホンでは大人しくなりすぎて、少々つまらなくなってしまうのです。(個人的な意見です)

 

 

回路構成

Hpa1000b

まだ完成ではありません。この定数で開発スタートしたというだけ。

 

トランジスタは違うものを使っている箇所もあります。とりあえずは発振などなくて、DCオフセットも予測通りきっちり収まっています。終段無帰還ではあるのですが、ご覧のようにDC成分のみ220kΩの抵抗を介して100%帰還しています。

 

fc = 1/(2π x 220k x 47u) = 0.015Hz

というカットオフ周波数なので、ほぼDC成分のみということがわかりますね。

 

AC成分とDC成分とをわけたNFB回路でDC安定度を向上するこの方式、ご存じの方も多いかもしれませんが、初段をFETにしてフィルムコンデンサ使えば、昔のLuxmanのDuoβ回路と同じになります。ただし、Luxmanは交流成分も最終段からフィードバックしていたので終段無帰還ではなかったと思います。

 

この回路のキモは2段目にあります。ある程度回路を知っている人には非常に気持ち悪い回路に見えるかもしれません。わざわざこんな回路にしたのには理由があるのですが、それはおいおい説明しようと思います。

 

 

本日は、最終段が熱暴走して止まらないというオチです(笑

バイアス生成のトランジスタを最終段に熱結合していないのが原因と思ったのですが、エミッタ抵抗に1Ωという比較的高い抵抗値を入れたのにもかかわらず電流が走ってしまいます。とりあえず最終段にバイアス生成トランジスタを貼りつけたものの、暴走は止まりませんでした。対策案は。。。まだ見つかっていません。

まあ、そのうち止めます(笑

 

 

それでも音が聴きたい!

オシロで発振が無いことを確認したり、テスターで電流測ったり、オフセット電圧を測ったりしていてもつまらないので、さっそく音を聴いてみました。上記の熱暴走はアイドリング電流が小さい時は起こらないので、どうにか試聴できます。

Hpa1000c
     < さくっとテストベンチを製作して試聴 >

 

ALX-03などのパワーアンプと同じ電源を使っているためヘッドホンアンプとしては超余裕。おおらかで開放的、深い低音が印象的です。

高域の方も伸びやか。歪っぽいところ(高域がうるさいなど)も全くないのですが、HPA-12と比較すると躍動感が足りません。

チューニングもエージングも何もしていないスタート地点としては、結構いい感じだと思います。

ハムノイズは、配線の取り回し方によって発生します。ヘッドホンは感度が高いので100uVでもハムノイズがあると普通に聞こえてしまいますね。イヤホンタイプなら10uVのノイズも周波数によっては聞こえます。

 

このあと、どう煮詰めていくか、、、焦らずにお待ちください。

 

 

告知

こんなところで告知ですけども、今度の日曜日(9/22)に秋葉原UDXで開催される、第12回 秋コレに参加が決定しました。

今年の春にオープンハードウェアカンファレンスで参加した同人誌即売会のイベントです。時間的な余裕がとれたら超薄っぺらい同人誌でも作ってみようかと企んでいます。コピー紙1枚、二つ折りで4ページ。価格は。。。コピー代(20円)くらいかな。

 

 

 

 

 

 

 

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コメント

ま。です。
たかじんさん、籠って?楽しげなモノをお作りだったんですね。
2段目の気持ち悪るさも含め今後の展開が楽しみです。
またゆくゆくは終段は歪み成分が異なるFETとかも面白そうです
ちなみに拙宅のHPA-12はいい加減に初段FETを選んだせいかオフセットの安定が得られず、
諦めて結局オペアンンプによるDCサーボ付けて使ってます!


(書き込むのは)お久しぶりです。
毎日、 SabreBerry32 のお世話になってます。

二段目の部分は追々解説を頂けるということで、参考までに、もっと基本的なところをお聞きしてもよろしいでしょうか。

・初段の定電流回路をこの形式にしたのは、石を減らす為ですか?
・Q27, 28 は無くても動作すると思いますが、敢えてローノイズ品を選定して挿れるのは何故でしょうか?
・Q12より左側とパワー側で、基板上で、 GND を接続していますか?

ま。さん

怪しげなもの。ですよね。 DCサーボは強力ですが、音への影響もなくはないので、できれば避けて通りたい回路のひとつです。
ALX-03の検討で、そう思うようになりました。


若輩者さん

お久しぶりです。
定電流回路は、電源電圧がある程度高ければこちらの方が高インピーダンスにできるので、差動回路がより正しく動作します。

Q27, 28は、出力段の影響を低減するためです。電源ラインは共通インピーダンスになているので、出力電流が大きくなると影響があります。

> Q12より左側とパワー側・・ どこのことでしょうか。
GNDは全て接続されています。
シグナルGNDは、ALX-03のように分離していて、電源基板で1点アースになっています。

こんにちは。
それにしても、かなり本格的なヘッドフォンアンプですね(^^;

> 対策案は。。。まだ見つかっていません。
通常だと、やはり初段片側のエミッター側にサーミスタを入れて(もう片方はサーミスタ相当値の抵抗)、終段Trと熱結合するというのが常套手段かも知れませんが、これだけの並列接続だと、さてどうするか(どのTrに?)

何のお役にも立たない話というオチでした(^^;

こんにちは。HPA-12 A級を超えるものを期待しています!
2sc2240を100ペア貯めこんでいつでも準備OKですので・・・

たかじんさん

ありがとうございます。

>定電流回路は、電源電圧がある程度高ければこちらの方が高インピーダンスにできるので、差動回路がより正しく動作します。
ツェナーダイオードは高ノイズと刷り込まれているのですが、 5.1V ならそれほどでもないのでしょうか? LEDの方がよいということは無いのでしょうか?

>Q27, 28は、出力段の影響を低減するためです。電源ラインは共通インピーダンスになているので、出力電流が大きくなると影響があります。
言葉足らずで申し訳ありません、どうして C2240/A970 を選定したのか、というところが気になっております。

>シグナルGNDは、ALX-03のように分離していて、電源基板で1点アースになっています。
やはりそうでしたか、未だに GND は難しいので参考になります。


DSK さん

>c2240を100ペア貯めこんで
自分もこの前、電子部品を整理していたら C2240/A970 の BL ランクが沢山出てきました。昔、無くなる前に沢山買ったような微かな記憶だけがあります。

えふさん

小型化を考えない据え置きタイプと割り切ると、やりたいことができますね。
おっしゃる通り、サーミスターも考えないといけないかもしれません。入手性がどうか調べていませんが。。


DSKさん

HPA-12を全ての領域で超えることを目指してはいます。気長にお待ちください。
2SC2240は、素晴らしいトランジスタです。でも100ペアを使い切るのは結構大変かもしれませんね。


若輩者さん

ツェナーダイオードはさほどノイズを出す訳ではないですよ。10V以下は特に。 また5から6V近辺は温度特性も良いのでシビアな回路でもよく使われています。

LEDはVfの平坦さはさほど良くありませんが、青色は超低ノイズらしいです。ですので、アバウトな電圧で良いところには使っていくのもいいですね。2段目のカスコードでは電源ランプも兼ねて使ってみました。

> どうして C2240/A970 を選定したのか、

鋭いですね。回路図を書いているときに何も考えていなくて、、、実際に使ったのはA950/C2120です。300mAくらい流せてhfeが高いものが良いです。可能なら50V以上の耐圧が欲しいところです。

たかじんさん

回答ありがとうございます、大変勉強になります。

>ツェナーダイオードはさほどノイズを出す訳ではないですよ。10V以下は特に。 また5から6V近辺は温度特性も良いのでシビアな回路でもよく使われています。
そうなのですね、勉強になりました。
(ツェナー降伏か、アバランシェ降伏か、どちらが支配的かでノイズ量が大きく異なるとは聞いたことがありました。ノイズ対策で C3 入れているのだろうとも思いましたし。)

>LEDはVfの平坦さはさほど良くありません
LED の Vf は確かに、微妙ですね。この前、 e 線(546nm)の LED を仕事で 100パラにしたのですが、明るさまちまちでした。

>実際に使ったのはA950/C2120
間違いでしたか・・・安心したような、何か深い理由があるのだろうという期待を裏切られたような。

若輩者さん

LEDを100パラとは。。。
LEDのVf(順方向電圧)はIf(順方向電流)に対して完全にフラットではなく増減します。
ツェナーも少しは変化するのですが、LEDのVfに比べると非常に小さいです。
ばらつきがあるのは同様のようで、ツェナーは選別して出荷しているらしいです。


5-6V近辺が良く使われるのは温特からです。負の温度係数と正の温度係数のはざまで、非常に安定した温度特性がえられるからです。

定電流トランジスタのVbe分の負の温特があれば理想的ですが、そこまでは追及していません。

ノイズに関しては、品種によるところが大きいのかもしれません。大きなノイズを発する品種も世の中にはあったのかもしれませんね。

30年以上前から(高級機材も含めて)アンプの差動回路の定電流源にツェナーは常用されています。

たかじんさん

>LEDを100パラとは。。。
>LEDのVf(順方向電圧)はIf(順方向電流)に対して完全にフラットではなく増減します。
これを利用して、電流制限機能のある安定化電源に、抵抗も挟まず接続して使いました。

>30年以上前から(高級機材も含めて)アンプの差動回路の定電流源にツェナーは常用されています。
差動回路の定電流源では、できるだけ電源電圧を無駄にしないようにする、という固定観念みたいなものが自分にはあったようです。大変勉強になりました。

若輩者さん

ですね。LEDはVfの傾きがあるから電圧源としては正確ではなく微妙です。
また、ばらつきもあるので最低限バラスト抵抗が必要ですね。温特は調べたことがありませんが、トランジスタのように負特性なら、熱くなったものに電流が集中してさらにバランスが崩れていくという現象がおきますね。

おしゃるとおりトランジスタ回路は、2~3Vを切るような低電圧では設計が難しくなってきます。10Vから50Vくらいは設計がらくちんな中間電圧です。

100Vを超えてくるとまた別の意味で難しさが出てきますが、弱電ではあまり登場しないので気にしなくても良いかもしれません。
パワエレはまた別の世界で、200V、400Vとヤバくなってきます。800Aのブレーカーが吹っ飛んだときはちょっとした爆発ですし。

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