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Author:kiry
ヘッドホンアンプ中心に電子工作で遊んでいます。他に趣味の話題も。


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nabe氏の低電圧アンプ Ver3 ・ ユニバーサル基板での作例。
nabe氏の低電圧アンプ Ver3。実を言うと、この低電圧アンプの初期型が電子工作趣味のきっかけだったりするので…。作らないという選択肢はありませんでした。C83でキット頒布もされましたが、コミケは数年行ってないのとポータブル使用する予定がないのでユニバーサル基板にて製作しました。

音質的にはかなり明瞭で、音の分離なども良好。すっきりしているのに出る音はしっかり出ています。これが電池2本相当の電圧で駆動してるのですから見事なものです。

というわけで、作例と実体配線図の紹介をば。回路の解説等は本家の記事をご確認下さい。

nabe氏の低電圧アンプ Ver3 ・ ユニバーサル基板での作例。


実体配線図と完成基板


nabe氏の低電圧アンプ Ver3 ・ ユニバーサル基板での作例。 nabe氏の低電圧アンプ Ver3 ・ ユニバーサル基板での作例。

ポータブル用途を考えていないのと、電解コンデンサやトランジスタが場所を取るので、大幅な小型化は難しそう…。ということで、今回は72mm x48mmのユニバーサル基板を全面使いました。秋月C基板だと入りませんので、ICB-288やマルツ基板用で。本家キットと同じTB-56ケースに入れる程度の小型化は可能なんですけどね。

本家回路からの変更点として…
  • 入力保護抵抗1kΩを追加
  • パスコンを0.1uFのみに変更
  • コンデンサ類を電解コンデンサに変更
  • OPAMP直近に小容量電解コン追加(場所が余ったので…)

基本的に入手しやすくお手頃価格なパーツに変更した、お手軽構成に。その代わり、電解コンデンサにフィルムコン0.1uFをパラったり、バッファ部パスコンをVCC、VEE側両方に設置したりしてみました。また、SBDに1S3を使ったので出力抵抗はLMFQ 1Ωになっています。

コメント

  • ±1.2V駆動で1S3、終段1Ωのときアイドル44mAになりました。興味本位で±2.5V駆動させたらアイドルが88mAになりTrが結構危険な温度に。いつ熱暴走して壊れるか分からないレベルでした。電源電圧を増やすなら、終段抵抗は2Ω以上に変更必須です。SBDと終段抵抗値でアイドルが決まるはずなので、実質抵抗値しかいじれないでしょう。だいたい抵抗値2倍→アイドル電流1/2になるはず。
  • 出力オフセットはさっぱり測定されません。オペアンプの品種次第でしょうが、利得もかかってないですから電源にズレがなければほとんど出ない様子。入力側にオフセットがかかって無ければ、ですが。
  • とりあえず手元にあったLT1677にて鳴らしてますが、LT6203も持っているので試したいところ。(丸ピンの在庫切れで実装出来ないという…)
  • 意外に小型化が難しそう+電圧高めるのも厳しい…ということで、現在はバラック状態…。
  • で、思いついたのがヘッドホンアンプ付きUSB-DAC。nabe式PCM2704DACと同じ箱に仕込んで、USBの5VをRLCフィルタ→3Vに安定化→分圧って感じにすれば良さげ?アナログ系±5Vから電源取るより電流を確保できて良さそうです。カップリングコン必須ですが…。


USBDAC-HPA複合機にしてみました。


USBDAC-HPA複合機を作ってみた

LTSpiceで検討


コメント頂いた内容に関して、LTSpiceでシミュレートしました。

CRDの扱いがよくわからなかったので、定電流源で代用。V=±1.2のときI=1mA、V=±2.5のとき、I=2.7mA位にするとよい感じです。

CRDのピンチオフ電流を挿入しない理由ですが、低電圧のためCRDが非飽和領域での動作となっているからです。CRDにかかる電圧は、±1.2Vなら0.5V位、±2.5Vなら1.6V位になりますので、CRD電流についてはデータシートでの確認が必要です。(参考:Eシリーズ(アキシャルリードタイプ)|SEMITEC株式会社

その他、SBDの品種なども含めて完全ではありませんので、ご了承のうえご利用ください。

nabe氏の低電圧アンプ Ver3・LTSpiceシミュレート(拡張子をtxtからascに変更してください。)
電子工作 | [2013-01-08(Tue) 01:39:50]
Trackback:(0) | Comments:(10)
コメント:
ここのブログでは初めまして。nabeさんのD級HPAの時にはお世話になりました。

エネループ単三4本で何とか持ち運びできるようになりましたがアンドル電流がかなり大きくなってしまいました。アドバイスを頂きたいのです。

部品
トランジスタ:2SA1015Yと2SC1815Yのローノイズ
ショットキーバリアダイオード:1S3
定電流ダイオードは5.6mA
終段の抵抗:OHMITEの無誘導巻線抵抗2Ω

測定値
電源電圧:5.2V(±2.6V)
1S3の電圧:0.2~0.21V
C3-4の電圧:1.7V

OHMITEの無誘導巻線抵抗の実測:2.1Ω
OHMITEの無誘導巻線抵抗2Ωの電圧:163.6~167.0mV
よってアイドル電流が77.9~79.5mV

になるのですが、どうもkiryさんの測定値に比べてかなり大きいのです。よろしくお願いいたします。
2013-05-12 日 01:30:01 | URL | ユメカゴ #Cv0fWaNM [ 編集]
どうも。
本当は本家のコメント欄でやった方が情報集積的にも色々な人達に良さそうですが…電圧変更ネタは規制中でしたっけ。

当記事中にも書きましたが、±2.5V駆動(終段1Ω)でアイドルが88mAでした。今はケースに入れて運用中なので、気軽に測定に使えないのです…。

というわけで、±1.4V駆動時の測定値だけ参考に。フォーマットは流用させて頂きました。

---
部品
トランジスタ:2SA1015GR/2SC1815GR(ノーマル品)
ショットキーバリアダイオード:1S3
定電流ダイオード:5.6mA
終段抵抗:1Ω

測定値
電源電圧:2.8V(±1.4V)
1S3の電圧:0.19V
C3-4の電圧:1.6V

終段抵抗1Ωの両端電圧:56mV
よってアイドル電流が56mV
---

…と、ここまで書いておいてアレですが。±2.5駆動時の電源ですが、その時手元にあったOPアンプ+Trバッファの分圧回路を使っています。電源基板の想定電圧より低い電圧で使った事になるので、もしかしたら単純に電流不足だった可能性も(定数はちょっと忘れました…)。

nabeさんのアンプ(旧版)だと電圧を±1.2Vから±2.4Vに上げるとアイドルが5倍近く増えたはずなので、ユメカゴさんの測定値の方が理屈にあう気もします。

まあ、いずれにせよ終段抵抗の値を増やすしかない気が。終段4Ωなら40mA位になると思うので、Trのコレクタ損失的にも一応常用の範囲内になりそうです。
2013-05-12 日 22:42:58 | URL | kiry #G.Wk6TwM [ 編集]
う~ん、一番確実なのはやっぱり抵抗値を変えることですよね。ただそこんところかなり密集してるから手を付けたくはないんですけどね。
あとは定電流ダイオードかSBDを変えることでしょうか。
定電流はあんまり変わらないとnabeさんの本文に書かれてるので実質あとはSBDぐらいですかね。
まずはキットに使われてるSBDを使ってみます。

それと±1.295Vでの測定も試してみました。
測定値
電源電圧:2.59V(±1.295V)
1S3の電圧:1.80mV

抵抗2Ωの電圧:88.8~89.4mV
よってアイドル電流が44.4~44.7mA

なぜなんでしょう±1.2VでもKiryさんより2倍の開きがあるとわ。違いといえばYとGRぐらいですけで、それならこちらが小さい値になるきがするんですがね。

それとアイドル電流の値がmVになっていることにあとで気が付きましたよw
2013-05-14 火 02:15:53 | URL | ユメカゴ #Cv0fWaNM [ 編集]
素晴らしいことに気づきました。
今まで1段目のすべてのトランジスタのコレクタが接続されてませんでしたorz
なのに音がなっていたので接続ミスに気づいてませんでしたよ・・・ハハハ。
ということでコレクタを接続させ改めて計測しました。

測定値
電源電圧:5.16V(±2.58V)
1S3の電圧:計測してないけどおそらく0.2~0.21V

抵抗2Ωの電圧:110mV
よってアイドル電流が55mA

だったので結局電流はkiryさんとは全然違いますね。

---

なのでCDBU0530に変えた結果

測定値
電源電圧:5.16V(±2.58V)
CDBU0530の電圧:162.4~164.2mV
C3-4の電圧:1.68V

抵抗2Ωの電圧:81.2~82.7mV
よってアイドル電流が40.6~41.35mA

とりあえずこれで何とかなりました。
±1.2Vでは試してはいませんがもしこれでアイドル電流がキットに比べて大きかったらやっぱりトランジスタの違いでアイドル電流が違うんですかね。でもYよりGRのほうがアイドル電流は増えるような気はしますが。

あとはLEDをつけたら完成しますのでその時はあちらのブログに書き込もうと思います。ありがとうございました
2013-05-14 火 20:44:02 | URL | ユメカゴ #Cv0fWaNM [ 編集]
なんと!
配線ミスでございましたか。まあ、原因がわかって何よりです。


実機はちょっと触れないので、LTSpiceをイジっていたのですが…。

CRDを定電流源にしたり、SBDにピッタリ来るのがなかったりとアレですが。
シミュレート結果が正しければ、どうも終段抵抗とアイドル電流は完全な比例関係では無いようですね。

Spice上では…

電源電圧:±2.5V
終段抵抗 1Ω:アイドル 97mA
終段抵抗 2Ω:アイドル 59mA

という感じ。±2.5V駆動時で比較した時に、当記事の基板(終段抵抗 1Ω:アイドル 88mA)と、ユメカゴさんの基板(終段抵抗 2Ω:アイドル 55mA)の関係と大体一致しています。って事で、ウチのもユメカゴさんのも概ね設計通りかと。

ちなみに、初段Trのコレクタを未接続にしてみたらアイドル電流が倍近くになりました。こちらもユメカゴさんのコメント通りですね。

ちょっとした差は部品の個体差が効いてそうです。Trが良く揃っているとアイドル電流が大きくなるようですし、Tr・SBDとも品種を変えるだけでもアイドル電流はコロコロ変わります。例えば、DIPタイプの入手しやすいSBDなら「1N5817」だとアイドル電流が低くなる模様(実際には試してませんが)。

あと、CRDもE-102とE-562で大きくアイドル電流が変わってきます。実際には個体差もありますし、よく見かけるSEMITECのヤツから別メーカーに変えたら特性変わってきますし…。

というわけで、色々部品特性への依存性が高そうです。部品選定まで結構煮詰まっている設計のようですね。ですから、電圧変更(=部品変更)には意外と考えるポイントが多い。

あ、LTSpiceのシミュレート用回路図は記事本文・最下部に置いておくので、興味があったら遊んでみてください。
2013-05-14 火 23:15:50 | URL | kiry #G.Wk6TwM [ 編集]
シミュレーションかー・・・普段使わないので気軽には遊べませんね~・・・

しかし抵抗器からSBDに変えるだけでここまで面倒な回路になるとは・・・シミュレーションを信じるならほぼこの回路は素人じゃあ改造ができないってことになりますね。

nabeさんはCRDでは大した変化はないと書かれていますが、おそらくこれは±1.2Vでの話なんでしょうね。となると電圧を変更した場合アイドル電流を下げるにはCRDを低いものに変えるというのもひとつの手ではあるのでしょうね。
まあ電圧を上げる場合は素直にVer2を元にZobelをコイルに変えたものがいいのかもしれませんが。

あちらの記事に書く際にはkiryさんのシミュレーションのこともちょこっと触れようと思いますがよろしいでしょうか?
2013-05-15 水 00:41:12 | URL | ユメカゴ #Cv0fWaNM [ 編集]
最初にコメントの件ですが、全然気にしないで構わないですよ。
何か間違っていたらツッコんでもらえるでしょうしね。


それはさておき。CRDですが、±1.2V時では0.5V位しか電圧かからないので、データシートから電流特性はE-102で0.4mA、E-562で1mAとなります。差としては小さいですが、値としては倍違いますね。

±1.2V駆動でSBDをZLLS1000(1S3の代用です)、終段1Ωとすると、アイドル電流は…

E-102:30mA
E-562:59mA

以上のようになりました。1S3を使った時よりちょっと大きめですが。「大した変化はない」というのは、「アイドル電流が想定範囲内に収まるから大きな問題にはならない」という感じなのでは…?

なお、±2.5VだとE-102が0.8mA、E-562が2.7mAなのでさらに差が広まりますが、今度はSBDの特性の方が影響するので、SBDの両端電圧はある程度で頭打ちしてきます。

正確にはCRDからの電流量によって「SBDにかかる電圧が変わる」からアイドル電流に影響が出る、という感じなので、結局はSBDの品種が重要になりますね。


>この回路は素人じゃあ改造ができない
この辺が面倒なので、この回路では電圧変更に関する詳細解説をしていない…という面はありそうな気も。nabeさんのお考え次第なのですが。

ちなみに、あくまでシミュレートですが±6V駆動、CRD=E-102、SBD=1N5817、終段1Ωだとアイドル電流28mAになりました。これだとコレクタ損失が大きいので、Tr変えるか終段3Ωにすれば実用になりそう。

電圧というよりCRDとSBDの影響が大きいので、特性などをデータシートで調べて見切れればある程度は…。まあ、検討点が多くなるのは事実でしょう。


最後に。LTSpice、便利ですよ?
無料ソフトですし、部品や定数変え放題。私のようにお金に余裕が無い方や、色々イジってみたい方には本当にオススメです。気が向いたら是非どうぞ。
2013-05-15 水 01:43:05 | URL | kiry #G.Wk6TwM [ 編集]
はじめまして、本ブログいつも楽しく拝見しております。
この回路をユニバーサルで起こしてみようかと思った際に、電源ラインの取り回しについて質問致します。

オペアンプの電源ラインとダイヤモンドバッファの電源ラインを分けているのには何か意味があるのでしょうか。高周波回路でもないので、ノイズが入り込むこともないでしょうし、どうしてだろうと思いました。バッファ部分がオペアンプと比べても電流を食うので、分けておいたほうが無難ということでしょうか。

基板設計する上でも勉強になるのでと思い質問させていただきました。お答えいただけますと幸いです。お願い致します。
2016-09-23 金 02:01:58 | URL | NYAN #- [ 編集]
> NYANさん

どうも。

ええと、信号系と駆動系を分けるというのを意識しはじめた頃のレイアウトです。ご指摘のとおり、増幅部であるオペアンプと駆動部のバッファを分ける…というのが狙いの一つです。オペアンプ近辺に小容量の電解を追加しているのもその一環ですね。さらに、バッファの左右チャンネルを分ける…というのも狙いです。

少々ユニバーサル基板で妥協した配線ではあるのですが、電源的に安定しているコンデンサ近辺から分岐させることで、お互いへの影響を低減する…という意図があります。より明確に効果を出すためには、もう少しフィルタやコンデンサを追加したり、電源から分けたり…などしないといけませんが。
2016-09-24 土 22:54:30 | URL | kiry #G.Wk6TwM [ 編集]

> kiryさん
ご回答くださり、ありがとうございます。お礼が遅くなってしまい申し訳ございませんでした。

確かに、左右の電源を分けるというのも重要な点なのにすっかり抜け落ちていました。
考え出すとキリがない(どんどん実装面積が大きくなる)でしょうけど、アンプの音質が良いだけにこだわりたくなってしまいます。
据え置き仕様でばかり作っている身としては、広い基板を用いて独立で電源与えてやるのも一手かなと思ってしまいます。

回路の改良版も出たことなので、もう少し悩んだ上で作成しようと思います。
2016-09-29 木 01:46:27 | URL | NYAN #- [ 編集]
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