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2024年1月20日 (土)

あのアンプの入力部について

すでに製作している方もいらっしゃるようですが、ちょっだけ補足事項がありました。

回路でいうとこの辺。

Kindan22

一般的に差動入力オペアンプの入力部は以下の3タイプに分けられます。

・バイポーラPNPタイプ(4558系など)

・バイポーラNPNタイプ(741系、5532系など)

・JFETタイプ(071系など)

 ※電流帰還アンプ、入出力レールツーレールオペアンプ、CMOSオペアンプなど例外も沢山あります。

 

まず、説明が簡単なJFET入力タイプ。

Njm2082_bias

これは入力バイアス電流が10pA~数100pAと非常に小さいためカップリングコンデンサを必要としません。つまりC1をバイパスすることができます。

ここは直接信号を通す箇所になります。抵抗でもコンデンサでもオーディオ用と称されるものは、非磁性体、無誘導などひずみを発生しにくく、しっかり聴きこむとやっぱり音が良いことが多いと思います。しかし、それすら無くせる(バイパスできる)のはメリットしかありません。

 

 

次にバイポーラトランジスタ入力の場合です。

Njm5532_bias

NPNタイプはバイアス電流がOPAMPへ吸い込む方向に流れるので、C1の極性は標準のままでOKです。

Njm4580_bias

逆にPNPタイプはOPAMPから吐き出す方向にバイアス電流が流れるので、C1の+極をOPAMP側にしなければいけません。ただ、バイアス電流はそんなに大きくないので、電圧は1Vにも満たないと思います。

標準の方向でも電解コンデンサが破裂するような印加電圧にはならないはずです。

 

 

最後にR3の抵抗値です。 以前は15kΩとしていました。OPAMPの+入力、-入力から見た抵抗値を等しくしておくことで出力のオフセット電圧を減らせるからです。

R5//(R7+R10) = 22kΩ//(47kΩ+10) = 14.984kΩ となるので

R3 を15kΩとしていました。

 

 

ところが、ここの抵抗値(入力インピーダンス)が諸刃の剣のようになっているのです。

直前に入れたカップリングコンデンサC1の容量を100uF程度と大きくしなければ低域がカットされてしまうのと、さらに前段に入れた可変抵抗の摺動子に信号電流が流れて音質が劣化しやすくなっているということ。

アルプス電気のRK27ボリュームは、現在も入手できる優れた可変抵抗ではありますが、アンプ側の入力インピーダンスは100kΩ以上と高くしないと本領を発揮できません。300kΩくらいまで上げると繊細さが増して響きがきれいになってきます。

 

つまり、出力オフセット電圧が多少出るのを許容してR3を15kから100kΩ(又はそれ以上)へと変更した方が良い音が出る可能性があるということです。

 

オフセット問題も起きず、入力インピーダンスを高くできて、ついでにC1もバイパスできるJFET入力オペアンプが理想形に近くなります。

とは言ってもJFET入力オペアンプの音があまり好きではないという方もいらっしゃると思いますので、上記を参考にしてみてください。

 

 

今回、限定的に頒布した白いプリント基板のほか、従来からユニバーサル基板で組まれた方々にも参考になれば、と思います。

 

ということで、補足は終わりです。

 

 

 

 

 

 

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電子回路」カテゴリの記事

コメント

今回の禁断基板はポータブル機に仕上げようと思っているので、
・V-amp: MUSES8832
・ゲイン: 6dB → R3=20k, R5=33k
に設定して抵抗は既にハンダ付けしました。

C1, C2の極性を見て「あれ?」と思ったんですが、そういうことだったんですね。今後はディスクリート回路でも、初段トランジスタの種類も気にするようにします。

はて、MUSES8832はNPN、PNPのどちらなんだろう。

ポータブル機には流石にRK27は使えないので、ALPSのRK163シリーズの50kAを使う予定です。


今後製作予定のx号機のV-ampに使用予定のOP42, OPA627, OPA827は全部FET入力だから回路図を修正しよう〜っと。😺

三毛にゃんジェロさん

MUSESシリーズは、等価回路を公開していないので入力バイアス電流が吐き出しなのか吸い込みなのが不明ですよね。
あれは良くないデータシートだと思います。

ちなみに8832は5532の出力段をコレクタ出力にして出力レールツーレールにしたものという話を聞いたことがあります。 それが本当だったらNPN入力ですね。

アルプスRK163ですか。 9型ではないというのはさすがですね。 

禁断のヘッドホンアンプ Rev1.0を制作しました。
V-ampにOPA627を使用したかったので、当記事のとおりC1をバイパスしつつ、
R3を100kΩとしました。

自分がユニバーサル基盤で作った禁断アンプと聞き比べると、Rev1.0の方が
明らかにクリアな音で、「作って良かったぁ」と感激しています。
次は、バイポーラ入力オペアンプ版の禁断アンプを作りたいと思っております。

あみのんさん

ちなみに、C-ampには何をお使いでしょうか。
電源電圧と、もし測定されていたら入力ショートでのDCオフセット出力も教えて頂きたいもの。🙇‍♂️

ポータブルを除く禁断シリーズは全部タクマンREY50シリーズを使おうと思ったら、100kΩが在庫になかった。120〜130kkΩを使うことにしよう。出力抵抗も36Ωと。😿

「あのアンプ」をユニバーサル基板で作り楽しませていただいております。
今回のご教授を試してみました。
もともと差動入力オペアンプをJFET入力タイプ(MUSES8920D)としておりましたので、
・カップリングコンデンサレス化
・R3を330kに変更
・特に理由もなく付けていたLinkmanのVRをアルプスRK27に変更
いや、ぶっ飛びました。クリアでかつ色気があるというか音楽っていいなあと感動しています。ありがとうございます。

もし可能であれば白い基板で再度作ってみたいので再度頒布を心待ちにしております。

こんにちは
白い基板を配布いただきありがとうございます
この基板でバランスアンプを組みたいので同じ基板の再配布をお待ちしています

ただいま部品調達中で2枚分の材料を確保しています

皆さまのご感想があまりに素晴らしいので待ち遠しいです

あみのんさん

完成おめでとうございます。 進化してきた感があってよかったです。


三毛にゃんジェロさん

REY50ですか。 25は良く使っていたのですが、50は殆ど使ってきませんでした。 在庫があるうちに少し確保しておきたいところです。 抵抗値の変更、ばっちしですね。


さんぺいさん

ユニバーサル基板での禁断アンプの改造ですね。  音質向上できたようで良かったです。

白基板、春節が終わったころに発注しようかと思っています。 ちょうど今はタイミングが良くない時期なんです。 春節前の1週間に発注するとデータが処理されず放置されて2カ月かかったりしたことがありまして。


しらかわさん

こちらこそありがとうございます。 2枚使ってバランス化は良いですね。 HyCAAでもそのようにして組まれている方が何名がいらっしゃったと思います。

現在のところ特にミスはないので基板は変更なしでそのまま行こうかと思っています。 色味は若干変わるかもしれません。 10枚くらい作るときと50枚くらい作るときで製造工程が違うのか、青でも緑でも微妙に色が違うんですよ。

たかじんさん

1回路オペアンプ使用を前提に対称型左右別基板なんて妄想が止まりません。😹

三毛にゃんジェロさん

私の測定結果がお役に立つか分かりませんが、
測定結果を記載させていただきます。

<測定条件>
電源:音松の可変電源キット ±15.06v
c-amp:muses05(DUAL-DIP化基板使用)
入力ショートのうえボリューム最大

v-amp① OPA627AU(NFJの2回路化基盤)
R:-0.1mv L:-0.1mv

v-amp② OPA627AP(DUAL-DIP化基板使用)
R:0.4mv L:0.0mv
※OPA627APの左右を交換したところ、オフセット電圧も
RとLの結果がそのまま逆になりました

v-amp③ OPA275
R:-7.3mv L:-6.9mv

ちなみに、c-ampのみ変更した状態で測定してみましたが、
オフセット電圧は変化しませんでした。
オフセット電圧に影響があるのはv-ampのみということなの
でしょうか?
「V」-ampだから当然なのでしょうか(^^;

あみのんさん

私も以前v-amp:OPA627AU、c-amp:muses05で確認した際、全く同様な結果でした。
v-amp:muses05、c-amp:muses05ですと、5mV程のオフセット電圧が出ます。
(ゲイン5倍程度での値)
色々試しましたが、オフセット電圧は結局v-ampのDC精度で決まるようです。
ClassAAではないのですが、複合アンプの解説にもそのような事が記載されていました。
https://edn.itmedia.co.jp/edn/articles/2003/09/news002.html
>この図は、出力オフセットはAMP2に起因する誤差(オフセット)の大きさに左右されないことを表しています。
>出力オフセットは、AMP1の誤差(50μVに複合ゲイン100を乗じた値)のみに依存し、VOS2の値にかかわらず5mVで一定です。

あみのんさん

わざわざ実験して頂き、ありがとうございました。🙇‍♂️
オペアンプV+の接地抵抗値を大きくしても、出力のDCオフセットにはあまり影響はなさそうですね。

C-ampよりV-ampの特性がモロに出力のDCオフセットに現れるのならば、逆にそれを利用してDCオフセットが大きくかつバラつくという評価だったMUSES03をC-ampに使うのがいいという答えが得られたのかも。

デジタルさん

muses05とopa627で最初にオフセットを測定した時、
テスターに0mvと出たので自分の測定方法が間違っているのかと不安でした。
デジタルさんから同様の結果となったと教えていただき、
安心しました。
また、複合アンプの記事を紹介してくださり、ありがとうございます。
勉強になります。


三毛にゃんジェロさん

いつもアドバイスをありがとうございます。
三毛にゃんジェロさんからオフセット電圧を測るきっかけをいただけたと思っています。
実際に測定してみて、面白かったですし、気付くこともありました。
オペアンプを交換していて楽しいのですが、自分の耳が信用できないのが悩みと言えば悩みです。
誰かブラインドテストしてくれないかなぁ😅

三毛にゃんジェロさん

白基板もけっこう左右対称に書いたつもりです。 どうしてもOPAMPのピン配列から完全対称になならないんですよね。 ディスクリート回路でも同様で、トランジスタの3本の並びが熱結合&対称を実現できないもどかしさがあります。

そうそう、MUSES03はバラつきが結構あってオフセット電圧が大きいものも混じっています。


あみのんさん

調査データありがとうございます。
おっしゃる通り、V-ampの性能が支配的になります。 出力オフセット電圧も、ノイズも、無負荷・低負荷時のひずみ率も、仕上がりゲインもです。


デジタル さん

素晴らしいwebサイトのご紹介ありがとうございます。 とても分かりやすい図が乗っていますね。 opampで書いていますが、ディスクリート回路でもほとんど同様で2段目以降の増幅回路のひずみやノイズの大部分は初段へのオーバーオールNFBで帳消しにされます。 でもオープンループゲインには寄与していて、NFB量を増すことでTotalの特性を伸ばすことができます。


聴いた音に関しては初段だけが決定権を持っている訳ではないという部分が面白いところです。みなさん、実際に差し替えて試されているので、わざわざ言うまでもないですね。


入力インピーダンスを決定している抵抗(上の回路のR3)は、オペアンプの入力バイアス電流で電圧を発生させてしまうのは、分かりやすいです。オームの法則そのものですから。

注意するべき点として、入力バイアス電流はバラつきがあるのと、温度によって変化するという部分です。 データシートを注意深く見ると分ると思います。 

あみのんさん

OPA627APとOPA627AUとでは、音の違いを聞き分けられたでしょうか。気になります。😹
あと、OPA275とありますが、これはOP275ではないでしょうか。

禁断初号機と弍号機は白基板を使って2回路(化したものも含む)オペアンプで製作し、参号機以降は1回路オペアンプだけを使ってユニバーサル基板で左右分離しようかと妄想しています。


たかじんさん

おっしゃる通り、白基板のパターンを見ると可能な限り左右対称になるように設計してあるのがわかります。
ただ、電源のデカップリングも含めて完全に左右を分離して対称に回路を配置してみたいという妄想でして。ユニバーサル基板でチャレンジしてみますが、やはりオペアンプのピン配置の関係で完全対称は無理だと承知しています。

たかじんさん

> 聴いた音に関しては初段だけが決定権を持っている訳ではないという部分が面白いところです。みなさん、実際に差し替えて試されているので、わざわざ言うまでもないですね。

私の試行錯誤の範囲でおっしゃる通りだと思います。
muses05の場合、v-ampに使っても、c-ampに使っても同様な音色変化を感じました。
一聴した感じはソフトですが、繊細かつキレもあるように聴こえました。

三毛にゃんジェロさん

> 電源のデカップリングも含めて完全に左右を分離して対称に回路を配置してみたい

対称というよりツインモノラル構成の方が完璧になると思います。 同じ基板を2枚使って2チャンネルにする感じです。

古いマッキントッシュのプリアンプ(リア側基板)がそういう構成になっていました。
http://amp8.com/tr-amp/foreign/mcintosh/c-32.htm

最近のDENONのAVアンプは同じパワーアンプ基板を6枚とか8枚とか使っていますね。
電源から分けたいときはモノラルアンプ一択でしょうか。


デジタル さん

C-Amp側の音質はドライブ能力の差だとは思うのです。 でも強力にフィードバックがかかっているループ内デバイスなので、静特性(s/n比とかひずみ率など)には現れにくいんですよ。 ものすごく非直線なデバイスなら静特性が悪化してきますけど(笑)

ClassAAの説明で、C-AmpはB級プッシュプルであるというのをどこかで見たのですが、さすがに完全なB級ではないと思います。 アイドリング電流がごく小のAB級じゃないかなっと。

たかじんさん

> C-Amp側の音質はドライブ能力の差だとは思うのです。
はい、私がV-AmpでもC-Ampでも同様な音色変化を感じましたと申しました点は、ちょっと言葉が過ぎました。
C-Amp側を変えるとドライブ能力は顕著に聴き取れました。
秋月で手に入るオペアンプだと、NJU7790>MUSES05>その他多数という感じでした。
因みにNJU7790は、うつせみワークスさんご推薦のオペアンプでもあります。
(確かChuMoy亜流のポタアンに採用されていたはず)
しかしC-Ampに使った場合も、NJU7790はドライブ能力以外の点ではMUSES05に大きく劣っているように聴こえました。

>ClassAAの説明で、C-AmpはB級プッシュプルであるというのをどこかで見たのですが、さすがに完全なB級ではないと思います。 アイドリング電流がごく小のAB級じゃないかなっと。
ClassAAの動作の最適化だけ考えるなら、C-AmpはA級にするべきなのではと思います。
疑似A級ではなく、ピュアA級なりますが。

デジタル さん

NJU7790は知りませんでした。 検索してもレギュレータしかヒットしません。
https://www.nisshinbo-microdevices.co.jp/ja/products/ldo-linear-regulator/spec/?product=nju7790

全部をA級にすると「AB級の消費電力でA級の音」と謳えなくなります(笑)

ただ、おっしゃる通りC-ampもA級にしてドライブするのは良いでしょうね。 ClassAAの思想を台無しにして「音質」に極振り。 楽しそうです。 じゃんじゃん突き進んでください。

たかじんさん

失礼しました。
×NJU7790
〇NJU77902
です。

https://twitter.com/chiacchiere_/status/1236113061624217600

頒布売り切れでしたので、自前で作成してみました。
素晴らしいレイアウトはほぼそのままキープ。
入力カップリングコンデンサはショートし、R3とR4は100k、JFET入力オペアンプ専用にしました。
オペアンプにあたりハズレはありますが、必ずあたるくじ引き感があり楽しめますね。

部品コスト、実装に対するパフォーマンスが優良です。
MXケースでポータブル化とsingleオペアンプでデュアルモノ化してみようと思います。
ありがとうございました。

デジタルさん

NJU77902ですか。 最大電流1000mAは衝撃的です。


millefleur さん

自作、素晴らしいです。 JFET専用もありですね。 回路構成上どうしても発振してしまうことがあります。 その辺は許してあげてください。 DUALモノも良さそうです。

共立を見てたらMUSES 8832Eが出てきたのでつい…
こうして積みOPAMPなるものが出来てしまうという…

天 婦羅夫さん

MUSES8832Eは現在制作中の禁断ポータブルにてV-ampに使用予定。何しろ、ユニティゲイン非安定なのでC-ampでは危険と判断。
C-ampにはAD8532を使用する予定。

電源はモバイルバッテリーとACアダプターのどちらでも使えるように5V電圧で。

天 婦羅夫さん

MUSES 8832は、私もお気に入りのOPAMPですが秋月電子にて取り扱いが終了してしまったのは残念でした。 soundRabbitにて使用中です。


三毛にゃんジェロさん

確かに、ユニティゲインでは使えない。 6dBでもリンギング気味。 10dBでギリギリ実用範囲。 というオペアンプです。

AD8532はCMOSオペアンプなんですね。 上下対称差動、上下フォールデッドカスコード、短絡保護回路無しという、結構ぶっ飛んだ仕様なようで面白いですね。
NE5532などと比べてノイズは10倍ほど大きいですが、V-amp側である程度抑制できるので、この回路に適しているかもしれません。

たかじんさん

MUSES8832Eはゲイン8dB(2.5倍)で使用する予定です。
アナログディスカバリーで波形をチェックしないといけませんね。

C-ampはAD8532だけでなく、色々と取っ替え引っ替えして試してみようと思ってます。

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