まさはる's Weblog

　前回は、以前から使っているウィーン・ブリッジ正弦波発生回路でアンプのテストしていたのですが、正弦波発生回路について詳しく解説がされているElliott Sound Productsというオーストラリアのサイトを見つけたので、その中の状態変数型フィルタを使った回路を参考に、正弦波発生回路を作ってみました。
　ちなみに、Elliott Sound Productsはとても大きなサイトなので、上の検索欄に「state variable oscillator」と入れて検索すると該当ページが出てきます。

いきなり発振しました（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）

　回路図はこの後出てきますが、いきなり発振しました。しかも振幅が8V_PPと大きく、下がクリップしています。振幅を小さくすればクリップも解消すると思うので、振幅を決めていそうな抵抗器の値を変えてみると、振幅が小さくなりクリップも解消しました。

振幅を2V_PPにしたところ（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）

　後に出てくる回路図のVR3は、元々は30kΩの固定抵抗器だったのですが、どうやら5kΩ辺りから発振し始めて、値を大きくすると振幅が大きくなるため、10kΩの半固定抵抗器に変更しています。

状態変数型正弦波発生回路

　オペアンプはNJM4580DDを使いました。高性能ではないかもしれませんが、何にでも使えるオペアンプなので、とても重宝しています。

状態変数型正弦波発生回路の回路図（PDFはこちら）

　この回路図の中で、発振周波数を決めているCとRは、CがC4とC7で、RがVR1+R8とVR2+R9です。また、振幅の大きさを決めているのはVR3です。

　その後、この正弦波発生回路はとても安定しているので、10kHzと100Hzも出せるのか、Cの値を変更してみました。

Cを1000pFに変更（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）


Cを0.1uFに変更（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はC点）

　半固定抵抗器には触らずにコンデンサだけ入れ替えてみました。オシロスコープの画面の上は10kHz、下は101Hzになっています。周波数と振幅にズレがあるので可変抵抗器で調整する必要がありますが、回路を工夫すれば100Hz、1kHz、10kHzの正弦波発生回路が作れそうです。
　発振周波数の切り替えは、コンデンサの切り替えとVR1〜VR3の調整ができるようにすればいいので作るのは難しくないのですが、回路がごちゃごちゃになるのでスマートに切り替えられるよう、よく考えてからにしたいと思います。

　前回の最後に、「とりあえずNJM4580DDで音を出してみて」と言ってしまった事もあって、音が出せるように色々と追加してみました。

正弦波発生回路

　最近、波形発生器キットMK-200Dの出力が何故か+側に寄ってしまったので、以前から使っている正弦波発生回路を新たに作り直しました。電源が電池なのでノイズは無く、きれいな正弦波が得られます。

トランスリニアバイアスアンプ

　アンプの方は、もう片チャンネルの追加と、スピーカーに繋げることから位相補償回路を追加し、電源回路は新たに作り直しました。

トランスリニアバイアスアンプ（1/2）の回路図（PDFはこちら）


トランスリニアバイアスアンプ（2/2）の回路図（PDFはこちら）

　作り直した電源回路は、いつもの簡単なレールスプリッタ回路の後ろに、プッシュプルのエミッタフォロワをパラレル接続にしてみました。これまで作ってきた電源回路はヒートシンクがかなり熱くなるので、何かいい方法はないかと思っていましたが、この回路のヒートシンクはあまり熱くならないので良さそうな感じです。

　アンプ本体の方は、ボリュームと位相補償回路を追加しています。また、バイアス電流を底上げするR33とR34は10Ωから20Ωに変更して、最終段のバイアス電流を少し落としています。

正弦波発生回路のD点とE点（CH1（黄色）はD点、CH2（水色）はE点）

　正弦波発生回路で2V_PPにした信号をアンプに入力しています。

回路図のA点とB点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）


回路図のA点とC点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はC点）

　4Ωのダミーロードを繋げており、C点で8V_PPが出ているので2Wの出力になっています。ちなみに、この状態におけるヒートシンクは、3つの全てがかなり暖かくなっていますが、熱いってほどではありません。

左と右のC点（CH1（黄色）は左のC点、CH2（水色）は右のC点）

　今回でブレッドボードを使ったアンプの製作は3つ目なのですが、いつも右チャンネルの振幅が小さい...。左に電源回路、次に左チャンネル、その次に右チャンネルと作っていて、電源ラインを単に横に繋げているせいかも知れません。

　ま、細かいことは抜きにして、テスト用のスピーカーに繋げて問題ないことを確認した後、うちのスピーカーに繋げて音を出してみました。

トランスリニアバイアスアンプから音出し中（オペアンプはNJM4580DDからNL8802ANに変更）

　最初はこもっていてスッキリしない音だったのですが、しばらくして温まってきたのか普通に良い音になりました。オペアンプをNJM4580DDからNL8802ANに変更して聴いていたのですが、その後MUSES02Dに交換してみると安定感のある音に。その後、最近購入したNJM5532DDに交換してみると同じ様な感じで全く遜色ありません。安価なオペアンプですが私にはこれで十分なようです。

NJM5532DDで音出し中

　前回、トランスリニアバイアス回路のアンプを試作してちゃんと動作したので、色々と実験してみました。

回路図のA点とC点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はC点）

　入力している正弦波の信号がやたらと+側に寄っていますが、信号発生器の出力のカップリングコンデンサを交換しても変わらなかったので、当分はこのままでいきます。

C9を抜いてみました

　測定点は1つ目のグラフと同じで、発振防止用と思われるC9とC10のC9を動作中に抜いてみました。イマジナリショートで入力側にも発振しているのが現れています。1uFが適正な値かどうかは分かりませんが、あの位置にコンデンサは必要なようです。

交換するオペアンプの候補

　以前、負帰還を出力段の後ろから掛けて発振したので、発振しなさそうなNJM4580DDを使っていますが、もっと性能の良さそうなオペアンプに交換してみました。
　上はJFET入力で左から、NL8902AN、MUSES8920AE、MUSES01D、下はバイポーラ入力で左から、NL8802AN、MUSES8820D、MUSES02D、OPA1612AIDです。

MUSES01Dに交換した場合

　日本勢はどれも問題ないようです。

OPA1612AIDに交換した場合

　ちょっとC点（水色）のてっぺんの線が太くなっているような感じですが、入力側には現れていないので、私の測り方が悪かったのかもしれません。
　これならどれでも良さそうなので、とりあえずNJM4580DDで音を出してみて、色々と取り換えてみるのが面白そうです。

　前回、1冊目の教科書の「CQ出版社 定本 トランジスタ回路の設計」が終わったので、2冊目にいく前に横道に逸れてみました。

トランスリニアバイアス回路

　この回路は、AB級アンプを作っていた時から気になっていたもので、出力段のトランジスタがオフにならないというものです。
　相変わらずトランジスタを変なやり方で実装していますが、このヒートシンクはM3穴のピッチが両端以外は合っていないこと、中央2つのトランジスタは上下に2つ重ねていること、配線の自由がきいて回路がコンパクトになることから、あんな風にしています。

トランスリニアバイアス回路の回路図（PDFはこちら）

　この回路のトランスリニアバイアス回路（Q2,Q3,Q5〜Q8あたり）は、トランジスタ技術で公開されている黒田徹氏設計のゼロディストーション・パワーアンプ・キットの回路図を参考にしています。

　Q1とQ4は定電流回路のトランジスタですが、20mA程度ならもっと小さいトランジスタでも良さそうです。あと、C15のカップリングコンデンサは元々無かったのですが、正常に動作しなかったため、だいぶ悩んだ末に追加しています。

回路図のA点とB点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）


回路図のA点とC点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はC点）

　上のグラフで、A点の入力信号の振幅が+側にズレているため、B点も上にズレており、C点はカップリングコンデンサの下流のため振幅は中央になっています。

　さて、ここからが今回のメインです。以前、AB級アンプを作っていた時に、最終段のコレクタ電流を測っており、その時はスパッと0Aでトランジスタがオフになっている様でした。で、今回はというと、

Q5のIc


Q8のIc

0Aから最低値が浮いています。+側は56mA、-側は45mAぐらいになっており、トランジスタはオフになっていない様です。また、ネットで見るシミュレーションの結果と同様に、0Aに近づくにつれて丸まって最低値になっています。

　ほほう、何となくちゃんと出来たような感じです。ちなみに、最終段に入っているR12とR13ですが、無くしてしまうと0Aにかなり近づきます。あの抵抗器は、バイアス電流を底上げするために入れてあるようです。

アンプ部分

　今回初めて、負帰還を出力段の後ろから掛けて発振せずに上手くいきました。あまり高性能なオペアンプだと発振しそうなのでNJM4580DDを使っていますが、オペアンプを換えたりして、しばらくはこの回路で色々と試してみたいと思います。

続きを読む... "トランスリニアバイアス回路をブレッドボードで作ってみました"

　前回からの続きで、次は第10章の電源回路なので飛ばそうと思いましたが、負帰還をかけて電圧の調整をしているので、飛ばさずにやってみました。

（第10章の電源回路）

電源回路

　3つのトランジスタ、ツェナーダイオードの他、部品点数が少ないので簡単に作れます。

電源回路の回路図（PDFはこちら）

　出力電圧の設計値は+3V〜+15Vなのですが、最大で14.2Vまでしか出ていません。最初、出力電圧が15Vなので入力電圧を+2Vの17Vでやっていたのですが15Vが出なかったので、教科書どおりの19Vに変更してみましたが14V止まりになりました。何でかなと思いましたが、現在のところ電源には困っていないので、こういうものとしておきます。
　話変わって、今回初めてツェナーダイオードを使ってみました。定電圧ダイオードという名称がついているので、常に定電圧というイメージがあったのですが、VR1で出力電圧を変更するとデーターシートの範囲ぐらいは変わることが分かりました。

（第11章の差動増幅回路）

差動増幅回路

　上の写真の右側が差動増幅回路です。

差動増幅回路の回路図（PDFはこちら）

　オペアンプの等価回路図の最初に出てくる差動増幅回路は、ネットに載っている自作回路図でもよく見かけます。初段の2つのトランジスタは、特性の揃ったデュアルトランジスタとするのが良いのですが、最初なので敢えて個別のトランジスタで作ってみました。

回路図のA点とE点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はE点）


回路図のA点とF点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はF点）

　上の画面は、A点に100mV_PPの正弦波を入力して、B点は0Vとした時のE点とF点の波形です。電圧利得はどちらも約29倍になっており良いのですが、なんか波形の一方が丸まっているような...。試しにC点とD点をDCカップリングで見てみると、

回路図のC点とD点（CH1（黄色）はC点、CH2（水色）はD点）

　うわっ、海坊主の大群が来たような絵に...ｗ。振幅の中心電圧が合っていないので、上下にズレている上に、丸まっているのとそうでないのが交互になっているようです。
　まぁ、次の課題も差動増幅回路を使うので、ズレているとこんな感じだということにしておきます。

（第12章のオペアンプ）

オペアンプ（写真は非反転増幅回路）

　教科書としている「CQ出版社 定本 トランジスタ回路の設計」は2025年8月末に購入しているので、最後の第12章までたどり着くのに5ヶ月間ほどかかりました。その間、回路図を書いて、値を計算して、実際に作って、測ってみることを繰り返してきたので、だいぶ分かってきたような気がします。

オペアンプの回路図（PDFはこちら）

　上の回路図に設計値と実測値を載せてありますが、今回、珍しく合っていますｗ。教科書だとLEDの順方向電圧降下を1.6Vで計算していますが、手持ちのLEDを測ってみたところ1.8Vだったので、それで計算したことが合った要因ではないかと思います。
　これなら上手くいくだろうと思って早速オシロスコープで測定してみると、反転増幅回路が正常に動作しない...。だいぶ悩んだ末に入力インピーダンスが低過ぎるのではないかと気付いたので、最初の反転増幅回路はRf=10kΩ、Rs=2kΩで電圧利得を5倍にしていたのですが、手持ちの抵抗器で5倍になる組み合わせで抵抗値を大きくしていったところ、Rf=120kΩ、Rs=24kΩで何とか正常に動作するようになりました。

回路図のA点とB点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）


回路図のA点とC点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はC点）

　オペアンプの入力の+側と-側は、仮想短絡（イマジナリショート）と言われて電圧が同じになるようです。このため、反転増幅回路では入力の+側が接地されて0Vなので、C点では仮想短絡となるため電圧が発生していません。Rsの向こう側のA点では電圧があるので不思議です。

回路図のD点とE点（CH1（黄色）はD点、CH2（水色）はE点）


回路図のD点とF点（CH1（黄色）はD点、CH2（水色）はF点）

　非反転増幅回路では、仮想短絡のためD点と同じ信号がF点にも現れており、正常に動作しています。この後の性能試験は測定機材を持っていないため、本を読んで済ますことにして、ここで、この教科書での勉強はこれで終わりにしたいと思います。

　実は...この教科書を購入した時に「CQ出版社 定本 続トランジスタ回路の設計」という続編を併せて購入していて、まだ使ったことのないFETはそっちで解説されているようです...先は遠いｗ。

　前回作ったアンプはちょっと横に置いといて、「CQ出版社 定本 トランジスタ回路の設計」の次の課題に行こうと思います。

（第6章のベース接地増幅回路）

ベース接地増幅回路

　上の写真の左側は以前に作ったレールスプリッタと正弦波発生回路で、今回は右側を作っています。

ベース接地増幅回路の回路図（PDFはこちら）

　これまではベースから信号を入力していましたが、エミッタから入力してベースは接地する回路です。

回路図のA点とB点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）

　綺麗に増幅されています。設計の電圧利得は5なのですが、実際の電圧利得は 5.2V_PP/1.2V_PP = 4.3 になっています。また、ベース接地増幅回路は高周波特性が良いようですが、うちにある機材では測定しようがないので、教科書のグラフを見るに留めておく事にしています。

（第8章のカスコード増幅回路）

カスコード増幅回路

　第7章のビデオ・セレクタの設計・製作はすっ飛ばして、第8章のカスコード増幅回路を作ってみました。

カスコード増幅回路の回路図（PDFはこちら）

　この回路はベース接地増幅回路の良い高周波特性を維持しつつ、入力インピーダンスを高くできるというメリットがあるようです。

回路図のA点とB点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）

　位相が逆相になっています。初段のエミッタ接地回路で逆相になってベース接地回路でそのままなので、そういうものなのでしょう。入力インピーダンスは、1つ上のベース接地回路が R15//R16 = 1k//1k = 500Ω に対して、この回路は R12//R13 = 100k//22k = 18kΩ になっています。

（第9章の負帰還増幅回路）

負帰還増幅回路

　やっと負帰還まできました。上の写真に緑色の電解コンデンサが3つありますが、左が入力のカップリングコンデンサ、右が出力のカップリングコンデンサで、中央あたりが負帰還で戻している回路です。

負帰還増幅回路の回路図（PDFはこちら）

　教科書では入力信号が50mV_PPで電圧利得が100になっているのですが、そんな立派な信号発生器は持っていないので、入力信号を100mV_PPにして電圧利得は50に落としてあります。

回路図のA点とB点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）

　上の画面は、信号の振幅が小さいため、縦軸の1マスが100mVになっています。A点は入力信号なので綺麗な正弦波なのですが、B点は教科書どおり形が歪んでいます。

回路図のA点とC点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はC点）

　水色が出力のC点で縦軸は1Vです。位相はエミッタ接地回路を2つ通っているため同相で、電圧利得は 4.8V_PP/0.1V_PP = 48 になっています。

　ちょっと回路図とオシロスコープの画面が続きすぎたので、息抜きに潤いのある写真でも...。

この写真のどこに潤いが...ｗ

　オシロスコープで回路の各点を確認するためには、プローブを引っ掛けるチェック用端子が必要なのですが、はんだ付け用の製品はあってもブレッドボード用の物は見たことがありません。そこでどうしているかというと、余っているジャンパー線でチマチマと作って使っています。
　長いオレンジ色のジャンパー線は7.62mm幅に加工されて無くなるので、余り気味な緑と黄色の長いやつで作っています。ちなみに、写真のとおり1本からチェック用端子2つとジャンパー線1つを作ることができます。

（負帰還増幅回路その２）

負帰還増幅回路その２

　教科書の第9章の後半に、正負両電源でプッシュプルのエミッタフォロワを追加した回路が載っていたので作ってみました。なお、前回作った「波形発生器キット MK-200D」を使っているのは、最近寒くて暖房器具の使用が多いせいか、100mV_PPの正弦波にノイズが乗ってうまくトリガーが掛からないためです。ちなみに、1つ上の回路でもオシロスコープの画面を撮る時には、この波形発生器を使っています。

負帰還増幅回路その２の回路図（PDFはこちら）

　（ ）書きに実測値を入れてありますが、場所によっては0.5Vほどズレている場所があります。出力にカップリングコンデンサを入れてあるので、気にしない事にします。

回路図のA点とB点（CH1（黄色）はA点、CH2（水色）はB点）

　ちゃんとそれなりに動作しているようです。これでこの章は終わりにして、次回は教科書の先の章に進みたいと思います。

続きを読む... "電子回路をブレッドボードで作ってみました"

　前回、期待していなかった割にかなり音が良かったので解体するのは勿体ないなーと思い、何か機能追加ができないかとネットを探していたところ、自作アンプのテスト信号に使えそうな波形発生器のキットを見つけたので購入してみました。

波形発生器キット MK-200D

　これはマイコンキット ドットコムから販売されている正弦波、方形波及び三角波をアナログ・デバイセズのAD9833を使って発生させるキットで、AD9833とその周辺回路はモジュール化されており、はんだ付け済みになっています。

4つの足とツマミはキットの付属対象外です


早速使ってみました

　9V〜12Vの電源を接続すると動作します。GNDを共通に、可変出力を2V_PPに調整して、アンプの出力を見てみました。

正弦波の出力（CH1（黄色））とスピーカー出力（CH2（水色））


三角波の出力（CH1（黄色））とスピーカー出力（CH2（水色））


方形波の出力（CH1（黄色））とスピーカー出力（CH2（水色））

　正弦波と三角波はいいとして、方形波の場合は斜めに下がっています。原因はよく分かっていませんが、改良の余地が色々とあるのかもしれません。

何やら回路を作って実験中...

　実は、今回はこっちがメインだったりするのですが、見よう見まねでスピーカー保護回路を作ってみました。電源オンの約10秒後に出力リレーがオンになる遅延機能と、出力に±0.6V以上の直流電圧がかかった時に出力リレーをオフにするスピーカー保護機能があります。

AB級アンプ（その6.1）

AB級アンプ（その6.1 1/4）の回路図（PDFはこちら）

AB級アンプ（その6.1 2/4）の回路図（PDFはこちら）

AB級アンプ（その6.1 3/4）の回路図（PDFはこちら）

AB級アンプ（その6.1 4/4）の回路図（PDFはこちら）

　前回からの変更点は回路図の下に記載してありますが、電源電圧を1V増やして±9Vにしたことと、スピーカー保護回路を追加した以外は大きな変更はありません。

　で、試しにうちのスピーカーに繋げて聞いてみたところ、特に問題なく普通に音が出ました。基本的な部分は出来たっぽいので、今後は音質向上に向けて改良したいと思っています。

横から写真を撮ってみました