まさはる's Weblog

　前回、DCラインフィルターを作ったのですがパッとしなかったので、再度作り直してみました。

作り直したDCラインフィルター

　コモンモードのコイルは前回の流用ですが、ノーマルモードのコイルは普通巻きで巻き直して、最終段はフェライトビーズを入れてみました。測定条件は前回と同じで、DC12Vで100kΩの負荷抵抗にプローブをあてています。

測定中...


スイッチング電源の出力で無対策

　CH1（黄色）とCH2（水色）が表示されていますがどちらも同じで、上のCH1は縦軸の1マスが1V、下のCH2は縦軸の1マスが50mVで、20倍に拡大して表示しています。

自作DCラインフィルター使用


（参考）FX-AUDIO- Petit Susie使用

　まぁ、これなら及第点とれるかも。ちなみに、上のノイズ測定の3つの画面は同日の同時間帯に測定したものです。私の測定環境が大きく影響していると思いますが、何度も測定していると日や時間帯が違うと外来ノイズが大きく変わり、測定結果も大きく変わる事が分かりました。裏返すと測定結果は良くも悪くも見せる事が可能なので、この手の製品を購入する場合は信頼できるメーカーの製品を選ぶのが良いと思います。

AB級アンプ（その3.6）


AB級アンプ（その3.6）の回路図（PDFはこちら）

　またもやバージョンナンバーが飛んでいるのは電源回路の作り直しによるものですが、この電源回路なら良いかもという事で、DCラインフィルターをアンプ本体に組み込みました。

Lチャンネルの電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）


Rチャンネルの電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）

　左右チャンネルとも出力は8V_PPが出ており、1W+1Wは出す事ができます。

電源電圧（CH1（黄色）は+8V、CH2（水色）は-8V）


正負の三端子レギュレータによる電源回路

　これまで、電源回路を強化しようと何度も作り直してみましたが、どれも消費電力が大きくて熱くなり過ぎるためボツにしてきました。今回は正負の三端子レギュレータを使った回路で、他の回路より消費電力が小さく発熱もそれなりなので採用しています。1W+1Wの正弦波の出力時は上のグラフのように電源電圧が揺れますが、これはこういう物と思っておく事にします。
　ちなみに、この電源回路は1つの電圧を正負の三端子レギュレータが奪い合うので、一方の電圧を上げると他方は下がります。なので、未調整の半固定抵抗ではいつまで経っても正負の電圧が合いません。回路図に抵抗値の計算式を載せてあるので、予め抵抗値を調整してから回路上で微調整をするのが良いと思います。

　その後、負荷抵抗を4Ωに変えて出力がクリップしないことをオシロスコープで確認してから、しばらくテスト用のスピーカーで鳴らした後、うちのインピーダンス4Ωのスピーカーに繋げてCDを再生してみました。

うちのメインスピーカーに繋げてCD再生中


近傍から撮影


オーディオとの接続状況

　あまり期待はしていなかったのですが、意外にもかなり普通の音です。少し、音と音が混ざっていて、ごちゃごちゃしている感はありますが、スピーカーがしっかりしているからか普通に聴けます。
　ボリュームは、50%にするとだいぶ音が大きいので、20%〜30%ぐらいにしています。方チャンネル当たりオペアンプ1つとトランジスタ6つの簡単な回路ですが、まともに音が出て驚きです。

　これでようやくこのアンプを解体できるので、次からはバイアスを調整できるアンプ回路を目指していこうと思っています。

　前回の「続きを読む...」からの続きですが、うちの安定化電源はスイッチング電源のため、電源ラインには次のようなノイズが出ています。

スイッチング電源の出力（縦軸の1マスは1V）

　そこで、これを何とかできないかと思い、DCラインフィルターを作ってみることにしました。

チョークコイルの材料

　コモンモードチョークコイル用コアと、それっぽいコアを購入して、自前でコイルを巻いてみることにしました。なお、コイルの巻き方は、月刊FBニュースのHW Lab／第2回 DCラインフィルターの製作を参考にしました。

DCラインフィルターで使用する部品

　上がコモンモードノイズ対策用で、下の2つがノーマルモードノイズ対策用のチョークコイルです。出来栄えはあまり良くないのですが、とりあえず組み立ててみたところ効果があったので、部品を1つづつ追加してオシロスコープでノイズの状況を見てみました。なお、条件は前回と同じで、DC12Vで100kΩの負荷抵抗にプローブをあてています。

コモンモードチョークコイルのみ

　コモンモードチョークコイルを入力側に入れた状態です。CH1（黄色）とCH2（水色）が表示されていますがどちらも同じで、上のCH1は縦軸の1マスが1V、下のCH2は縦軸の1マスが50mVで、20倍に拡大して表示しています。
　上のCH1を見ると、1Vを超える振幅のノイズは無くなっています。

ノーマルモードチョークコイルを追加

　あまり変わり映えしませんが、横のラインがギザギザになっているようです。

1μFのフィルムコンデンサを追加

　トゲトゲは無くなりましたが、電圧が±15mVぐらいで揺れています。

測定状況


1000μFの電解コンデンサを追加

　縦軸の1マスが1VのCH1だけ見ている分には、ノイズが取れたって感じでしょうか。対策しない場合のトゲトゲ状態よりだいぶ良くなっています。

FX-AUDIO- Petit Susieでの測定状況


FX-AUDIO- Petit Susieの場合

　FX-AUDIO-（North Flat Japanのサイトが開きます）のPetit Susieは、スイッチング電源のノイズフィルターとして以前から売られているので、今回のお手本として購入したものです。
　見よう見まねで適当に作った自作と比べると、ノイズの振幅が低く抑えられているようです。自作の方はブレッドボードで組んでいるので、回路の変更は自由に出来るのですが、知識が乏しい中で変更しても大きな効果は期待できなさそうです。
　という事で、とりあえずFX-AUDIO-のPetit Susieを安定化電源の出力に使うことにして、自作のDCラインフィルターは何か思いついたら改良して使ってみる事にしたいと思います。

続きを読む... "DCラインフィルターを作ってみました"

　前回、1Wの出力を目指してAB級アンプを作ったのですが、出力を8V_PP出そうとするとクリップしてしまうので、電源電圧を含め色々と見直してみました。

　で、いずれ音を出してみたいと思っていたので、ちょうど秋月電子通商で販売されている安価な8Ωのスピーカーユニットを2個購入しました。

8Ωのスピーカーユニット

　返品不可の商品なのでどこか傷んでいるのかと思いましたが、綺麗できっちり作られています。アクティブスピーカーか何かの余り物なのでしょうが、ちょっとお得な感じです。

AB級アンプ（その3.4）の回路図（PDFはこちら）

　基本的な回路構成は前回のものと変わりはないのですが、発振したことから、R9を100Ωから1kΩに変更したことと、C9を追加したことが割と大きな変更点です。その他には、8V_PPでも出力波形がクリップしないよう、電源電圧を12Vから16Vに上げてあります。

AB級アンプ（その3.4）

　ブレッドボードを7枚使って、左から電源回路と正弦波発生回路、左チャンネルと入力部、右チャンネルという配置になっています。ちなみに、（その3.4）となっているのはボツにした3.1〜3.3があったためで、主に電源回路を強化しようとしていたのですが、その電源回路がやたらと電気を消費するのでシンプルなボルテージフォロワに戻しました。

電源電圧（CH1（黄色）は+、CH2（水色）は-）

　上のグラフは電源電圧で、負荷に合わせて変動しています。これは安定化させていない為ですが、電気をあまり消費せずに安定化させるのが今後の課題です。

正弦波発生回路の出力（CH1（黄色）はA点）

　正弦波発生回路は2回路入りオペアンプの一方をウィーン・ブリッジ発振回路に、もう一方を出力電圧調整用のアンプに使っており、出力は2V_PPに調整してあります。

Lチャンネルの電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）


Rチャンネルの電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）

　ようやく、1W+1WのAB級アンプが出来ました。一番苦労した所は発振を止めることで、対策にたどり着くまでかなり時間がかかりました。ちなみにこの回路はエネループ8本使いで9.6Vの電源電圧でも動作するのですが、ボリュームを上げ過ぎると出力波形がクリップするので注意が必要です。電源電圧を下げて使用する場合は、増幅率を決めているR8の値を見直す必要があります。

スピーカーを繋げて音楽再生中

　安定化電源からDC16Vを入れて、CDプレーヤーのアナログ出力を入力に入れてみました。スピーカーが裸使いなので、まともな音ではありませんが、特にノイズは聞こえないので、まぁ、それなりって感じです。うちのスピーカーに繋げれば音の比較ができるのですが、インピーダンスが4Ωなことと、壊すともう手に入らない物なので、よほどの自信作でも出来ない限りやめておこうと思っています。

続きを読む... "オーディオアンプ回路をブレッドボードで作ってみました（その３）"

　前回は、B級アンプとAB級アンプを作ってみたのですが、負荷抵抗が100Ωで、出力電圧が約4Vppなので、

　P = V_PP^2 / (8・R_L) = 4^2 / (8×100) = 0.02W

最後は負荷抵抗を8Ωにしたので、出力が0.25Wになったものの、実用には程遠い状態です。そこで今回は、出力1Wを目指してアンプ回路を作ってみました。

SOT23変換基板とHN1B01F

　うっ、小さい...。HN1B01FはNPNとPNPのトランジスタが1つのパッケージになっており熱結合されているため、便利なデュアルトランジスタです...と言う触れ込みで購入したのはいいのですが、試しにはんだ付けをしてみたところ、失敗作だらけになったので、はんだ付けの道具を見直してみました。

はんだ付けで普段使っている物（上）と新たに購入した物（下）

　はんだごて自体は、どちらも太洋電機産業のPX-201なのですが、こて先を細いPX-2RT-SB（別売り）に変更して、はんだも細いφ0.65mmにしてみました。この日本アルミットのヤニ入りハンダKR-19はとてもはんだの付きが良く、はんだ付けが上手くなったように思える程で、とても使いやすいはんだです。このため以前から使っているのですが、上のはんだの製造番号を見ると960819、下のはんだが25.1.16になっているので、もしかして1996年製かも...。我ながらとても物持ちが良いようですｗ。

HN1B01F

　8つ作ったのですが、最後のテスターによるチェックで失敗作が見つかり、6つになりました。さて、次はようやく回路図です。

AB級アンプ（その３）の回路図（PDFはこちら）

　AB級アンプの3番目は、ネットでよく見るダイヤモンドバッファとインバーテッド・ダーリントン接続を使用した回路にしてみました。この回路にした理由は、熱結合の必要な1段目と2段目のトランジスタに、苦労して作ったデュアルトランジスタが使える事と、3段目（最終段）のトランジスタのバイアス回路が不要な事からです。
　なお今回は、出力1Wを目指しているので、電源電圧を変更しました。

　P = V_PP^2 / (8・R_L)
　V_PP^2 = P・8・R_L = 1×8×8 = 64
　V_PP = √(64) = 8V_PP

回路図のB点で±4Vの8Vpp以上の電圧が出せないと、出力1Wにならないので、電源電圧を12Vにして±6Vに分けて使っています。

AB級アンプ（その３）


奥に見える空芯コイルは自作品

　右下がダイヤモンドバッファの回路で、右上が最終段の出力回路です。水色の大きな抵抗器は2Wの酸化金属被膜抵抗器で、R16とR17の10Ωです。また、L1の1μHは、φ0.65mmのポリウレタン銅線をボールペンに巻いて作った自作品です。

電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）

　縦軸の1目盛は2Vなので、入力は±4V、出力は±4Vを少し切って±3.8Vぐらいになっています。オペアンプの入力ボリュームを上げれば出力は±4Vになるので、やっと出力1Wのアンプができたって感じです。

　次は更なる高音質化を目指して、新たなアンプ回路を試作すると行きたいところですが、そもそも音を聴いてないので、さて、どうしたものでしょう。今後どうするかは少し考えてからにしたいと思います。

　前々回で正弦波発生回路ができてテスト信号が使えるようになったので、オーディオアンプ回路をブレッドボードで作ってみました。
　なお、負荷抵抗を100Ωにして実験しているため、一般的なスピーカーの4〜8Ωの負荷には対応できない回路になっているのと、回路図の抵抗器やコンデンサの値はネットでよく見かける値にしていたり、仮に計算していても手持ちにある物を使っていたりして、参考にはならないと思うので注意して下さい。

１）B級アンプ

B級アンプの回路図（PDFはこちら）

　やっぱ最初はB級アンプから入らないと、と言うことで、±4.5Vの電源を使用したB級アンプを作ってみました。

B級アンプ

　左上が電源回路、左下は前々回の正弦波発生回路、右下がオーディオアンプ回路です。

電圧増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のA点、CH2（水色）は出力のB点）

　正弦波発生回路の出力は±1Vの2Vp-pにしてあるので、オペアンプで4Vp-pまで電圧を増幅しています。今後、この回路のボリュームは変更しないようにして、後段の電流増幅回路のみ変更していきたいと思います。

電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）

　B級アンプは、入力信号が0〜±0.6V付近の時には出力トランジスタはオフの状態で、消費電力は少なくて良いのですが、上の図の様に出力が途切れる部分があるため、多分、聞くに耐えない様な音なのではないかと思います。
　ちなみに、負帰還はアンプ出力のC点から持ってくるのが普通だと思いますが、今回は実験なので、オペアンプの出力のB点からにして、電流増幅回路がうまく動作するか見ていきたいと思います。

２）AB級アンプ（その１）

AB級アンプ（その１）の回路図（PDFはこちら）

　B級アンプをAB級アンプにするために一番簡単なダイオードを追加する方法で、Q1とQ2にバイアスを掛けてみました。

AB級アンプ（その１）

　あまり変わり映えしませんが、電流増幅回路の部分が作り直されています。通電して分かったのですが、バイアス電圧の測定中にダイオードに指を当てて温めると、バイアス電圧が下がります。出力段のトランジスタの熱暴走を止める方向に働くため、アンプとして使えるようにするにはD1とQ1、D2とQ2を熱結合する必要があるようです。

電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）

　B級アンプの0Vの所にあった平らなステップが無くなり、プラスとマイナスが繋がりました。

３）AB級アンプ（その２）

熱結合したトランジスタとダイオード

　AB級アンプ（その１）で、トランジスタとバイアスを掛けるダイオードの熱結合が必要だと思ったので、トランジスタのTTC004BとTTA004Bのそれぞれにダイオードの1N4148をくっつけてみました。ダイオードがトランジスタにくっつくようにはんだ付けをして、放熱用シリコン接着剤でより熱が伝わる様にしてみました。

AB級アンプ（その２）の回路図（PDFはこちら）

　AB級アンプ（その１）から変わった点は、D1とQ1、D2とQ2を熱結合した事と、熱結合するためにQ1とQ2をTTC004BとTTA004Bにした事です。

AB級アンプ（その２）


熱結合したトランジスタとダイオードの使用状況

　足のあるヒートシンクをブレッドボードで使う場合は、電源ラインの無い上端に限られるので、右上に配置してあります。また、回路図にはありませんが、負荷抵抗は100Ωと8Ωをスイッチで切り替えられるようにしています。

電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）


負荷抵抗を8Ωにした場合の電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）

　負荷抵抗を8Ωにしたところ、入力信号と同じ形ではなく、少し山が潰れました。これはR7からR8へと流れる電流を2mAにしようと、R7とR8を2.2kΩにしている事が原因で、1kΩや220Ωにすると解消します。
　また、抵抗値を下げると安定化電源に表示されている出力電流値が上がるのですが、上がり続けるような事はなく安定しています。これは、トランジスタとダイオードを熱結合した事によるものと思われます。

　ここまでだと、良かった良かったで済むのですが、負荷抵抗を8Ωにすると定周期のギザギザが現れており、発振しているように見えます。やれやれと思って調べ物をしていた時、安定化電源の出力をオフにしている時も同じようなギザギザが出ているので、もしやと思い電源を電池に替えてみました。

電池に替えて測定中

　電源は、エネループ8本を直列使いで、9.6V以上出ています。あと、R7とR8は8Ω負荷に対応するため1kΩに変更しています。

負荷抵抗を8Ωにした場合の電流増幅回路の入力と出力（CH1（黄色）は入力のB点、CH2（水色）は出力のC点）

　ノイズの乗っていないオシロスコープの画面を見たのは久しぶりですｗ。アンプ自体が発振していないことが分かって、ほっとしたところです。

　これまで山崎の45年もののテスターを使っていて、電圧はいい線いってると思っていましたが、直流電流を測ってレンジを変えたらだいぶ違う値になっていたので、デジタルマルチメーターを購入してみました。

OWON(オウオン) B41T+

　これまで使っていたテスターは、DCV, ACV, DCmA, Ωのレンジ切替え式だったのですが、オートレンジになった上に色々測れすぎ...。

何やら電圧を測定中...

　かなり便利かも。これまでアナログメーターの最小メモリの1/10を目測で読んでいたのですが、それが不要になって随分楽になりました。

　話は少しズレますが、上の絵に写っている測定ケーブルは自作で、最近ブレッドボードで電子回路を組む事が多いのでとても重宝しています。材料は次の通りです。
　・サトーパーツ φ4mmバナナプラグ 赤 TJ-560-R, 黒 TJ-560-B
　・KHD VFF 0.3sq 赤/黒
　・TJC8コネクター（オス）
　・熱収縮チューブ