3Vで動作する最強レールスプリッタ回路

低電圧ヘッドホンアンプのケース探しをしているのですが＋と－各2本の電池で構成すると、どうしてもサイズを小さくできません。＋側と－側で分けて電池使うのはGNDがしっかり保てるというのが最大の利点で、音質的にも最良だと考えられるのですけども。

試しに電池（ニッケル水素）2本の±1.2Vではどうかと実験してみたところ音量を上げようとするとひずみが増えて流石に厳しいようです。

そこで電池3本ではどうかと抵抗2本で作った簡易型のレールスプリッタ回路で試したところ、十分な音量が取れるみたいでした。ですが、基準電位（GND）がしっかりしていないため左右の分離感が希薄で感動的な音にはなりません。音が沢山重なるような音源はゴタゴタになる印象です。

ということで3V程度の低い電圧でもしっかりと動作するレールスプリッタが欲しくなりました。

みなさんご存じだとは思いますが、レールスプリッタとは電源電圧を半分にして仮想のGNDをつくる回路のことです。

以前は秋月電子にレールスプリッタICなるものが売っていたのですが、買いそびれてしまいました。TIのTLE2426というもので動作電圧は4V～40Vです。

ニッケル水素 x 3本では1.2V x 3 = 3.6Vなので微妙に足りませんね。　バッテリー終止電圧になると3.0Vまで下がります。

次に考えられるのはOPAMP式ですが、やはり±1.5Vで動作するOPAMPを探すのは厳しいです。低電圧動作が得意なCMOS-OPAMPはノイズが多いのと出力電流が少ない傾向があります。

というわけで設計したのが以下の回路です。電流帰還型低電圧ヘッドホンアンプの回路から思いついた構成で全段エミッタ抵抗レス、トランスリニアバイアス方式です。前・後段間に100%の電流帰還が掛かっていて動作は高速です。

R3,R4の抵抗値でカレントミラーのバランスを崩し、後段のアイドリング電流を増やしています。

R5の30Ωを介して外乱（V3）を加えて負荷変動除去率をシミュレーションしました。1V印加して出力ポートに1mVしか電圧がでなかったら-60dB（1/1000）に減衰したことになります。

可聴帯域全域（というか500kHzくらいまで）約80dBほどの負荷変動除去率があるようです。

電源電圧3.6V時に消費電流20mA流したときのシミュレーション結果です。

約5mAまで減らすと60dBくらいまで減りますがそれでも十分な性能と思います。50mAまで増やすと90dBを超えるくらいまで行きますが電池が持たなくなるのでやり過ぎですね。10～20mA程度が良いのではないでしょうか。

C1,C2のデカップリングコンデンサ（100uF x2個）を接続するとトランジスタだけでは抑え込めなかった200kHz以上の周波数で減衰量が高くなります。これはデカップリングコンデンサの効能ですね。

低ノイズLDOなどのレギュレータでもPSRRが80dBほどで帯域500kHzまでフラットに保てるものは少ないと思うので、（目的は異なるけど）このレールスプリッタ回路は最強クラスじゃないでしょうか。

とはいえ、

シミュレーションしていても音は聴けないので、さっそく実機にてテストです。

最大出力電流を強化するため出力トランジスタは2SA950/2SC2120（Ic=800mA）を使ってみました。

抵抗が少ないので意外と簡単に製作できました。配線を考えるのに20分くらい頭を悩ませたけど。。。

実際に動作させてみると、なかなかいい感じです。 電池2本＋2本と音色的に遜色なくエミッタ抵抗レスの立体感、透明感が出ています。SONY MDR-M1ST と TOMOWORKS REVOLVE にて試聴しました。

4本から3本に電池が減ることで最大振幅が減るのは仕方ないですが、アンプの音色など特徴を保ったままケースを小型化できるメリットはあるように思います。

これでケース選びの幅が広がりましたね。

レールスプリッタ回路自体は他のアンプなどにも利用できると思いますので、ぜひご活用ください。

ちょっと定数変更すれば、禁断のClassAAヘッドホンアンプにもぴったりかもしれませんね。

追記＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

小型レールスプリッタ基板を発注しました。2SC1815/2SA1015などのTO-92トランジスタで組めるようにしてあります。

詳細はこちら。