「アンプ自作」カテゴリーアーカイブ

Class AA パワーアンプは実現できるか・・・希望の光が

先に述べたように、C1 をいれることで、方形波での発振が止まったことから、C1の容量を減らして調整を試みた。 そうしたところ、おかしなことがおこった。 C1 = 1000pF で再度発振がおこったことから、2200pF に戻したが、発振が止まらないのだ。4700pF でも 0.01μF でもだめ。 何が起こったのかわからない。 さっきまで大丈夫だった条件で何が・・・

コーヒーブレイクをいれて、再度チャレンジしたところ、今度はOK。 何か違いはと考えたところ、横着してスピーカー代わりの抵抗に、オシロの端子をつけると、発振することに気が付いた。 よく考えると、2Ch オシロの GND 通しは導通があるので、横着した接続だと、GNDオシロのプローブによって、おおきな GNDループができる。 発振の原因がわかった。

結局、上の回路図で、C1=2200pF, C2 = 82pF で 周波数特性は下記の通り。 C1 、C2ともかなりクリティカルなようすが見て取れる。 300kHz 以上の位相特性のあばれが少ないのは、C2 = 82pF である。

上記の状態での特性は悪くない。 バラックの状況であるが、雑音歪み率をとってみると、おおむね2V出力(1W)で、100Hz, 1kHz で 0.05% 、10kHz で 0.07% と悪くない。 うまくいきそうだ。 よろこび勇んで、もう1台つくってみると、同じ定数では、方形波を入力すると、けっこうなオーバーシュートが認められ、10kHz だと寄生発振が認められる。 

寄生発振の存在から、C1 の調整が必要と考え、試行錯誤したところ、C1=4700pF, C2=68pF で 下記の通りの周波数特性と也、方形波での寄生発振もなくなった。

ここまで来たら、筐体の準備が必要だ。 いろいろ考えたが、過去に作成した LM3886 アンプを解体して、シャーシのみ(タカチ HY 133-33-23SS)利用することにした。 Victor SX-700 にせよ、Linaeum A-1にせよ、LM3886 アンプでは鳴らしきれないことがわかっており、出番がなくなっていた。 解体してみると、天ぷらはんだ同然の場所が多数あった。 天ぷらはんだの原因は、こだわりの太い配線材である。 2mm スケア(AWG 14)を無理やり使っていたためだ。 当時は、これが最善で必須と考えていたのだ。

このシャーシには、入力として2系統の RCA ジャックとしており、それを踏襲することも考えたが、最近の当方の自作品は平衡入力によることも多いので、RCA1系統と平衡入力1系統とすることにした。 Balanced – Unbalanced 変換には、ぺるけ師匠の 簡易平衡→不平衡コンバータ を用いる。 この回路は、専用IC の INA134 と同じである。 Balance 入力の際には、バランス型のプリアンプを通ることが多いので、こちらは、ボリュームを通らない形にする。

to be continued…

Class AA パワーアンプは実現できるか・・・やみくもに試行錯誤編

できの悪いあたまで考えたのは、発振すると、トラッキング式定電圧電源 TEXIO GwINSTEK GPS-2303 では、マイナス電源だけが、電流オーバーフローしてしまう現象から、不具合は TDA2030L によると考えた。 もしも、MUSES 05 であったら、MUSES 05 の最大出力電流を大幅に超えた電流が流れていることになってしまからだ。

TDA2030L が発振しているのなら、入力制限をして高い周波数では反応してしまわないようにしてはという考え。 1kHz の方形波では発振しないが、10kHz の方形波では発振してしまうのだから。 

この発想で、TDA2030L の入力にハイカットフィルタをいれたのが上図。 うまくいってくれと念を込めたが、なんと出力電圧が、マイナス電圧と同じになってしまった。 むしろ改悪ということ。 回路図を今になってみなおすと、ホイートストンブリッジが崩れてしまう。 だめになるのは当たり前。

抵抗を取り外して、コンデンサだけにしたら、なんと正弦波さえ通らなくなってしまった。 どうして?  なぜか、出力の抵抗負荷(スピーカー代わり)をはずすと、正常に服する。 はんだ付け不良を疑い、ハンダ吸い取り線で綺麗にして、再はんだしてもなおらない。

一晩頭を冷やして、よく考えると、出力の抵抗負荷で駄目になるのは、TDA2030Lが働こうとして失敗していることを意味していることに気が付いた。 抵抗負荷がなければ、MUSES05 の出力で十分間に合うと考えた。 よって,TDA2030L が先の実験で破壊されたと考えて、交換したところ、元の状態に戻った。

次に考えたのは、出力に空芯コイルをいれること。 Zobel に加えて、VFA-01と同じ空芯コイルを作成して、付け加えてみた。 これをいれてみると、1kHz の方形波のオーバーシュートが少なくなり、10kHz の方形波で発振するものの、何もしなくても発振が停止するようになった。

だめもとで、TDA2030L の入力間に、直接コンデンサをつないでみた。 当てずっぼで、0.047μ の PILKOR をいれてみたら、発振は綺麗に止まった。 しかし周波数特性はガタガタ。 可聴帯域からゲインが低下している。 この手法に期待が持てるかもしれない。

to be continued…

Class AA パワーアンプは実現できるか・・・迷走編

妄想を具現化したのが上記。 ホイートストンブリッジの 33Ω は作例に従って、調整することにした。 具体的には、基板の電源を入れずにLM1875 の出力端とスピーカー側との間に適当な電流を流し、LM1875 の入力端同士の電圧が最少になるように調整する。 実際にやってみると、この調整は結構クリティカルで、デジタルマルチメータの GDM-8261A の 6 1/2 桁表示にて調整で追い込んだ。

まず最初に、±22V に耐えられる LT1115 + LM1875 にチャレンジしたところ、コンパレータ状態(出力電圧が電源電圧に張り付く)になってしまい不可。

そこで、±18V が最大電圧であるオペアンプでチャレンジしたところ、OPA627, OPA827, JRC5534D, LF357, OP117 全て駄目。 唯一 MUSES05 + LM1875 の組み合わせだけがコンパレータ状態にならずにすんだ。 正弦波をいれてみると、正常に増幅が確認できた。

ところが、周波数特性をはかると・・・ 100kHz 前後にピークをもつ珍妙な特性である。 こんな特性は見たことがない。 作例をよくみると、シミュレーションが掲載されており、それに少し似ている。 

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NFループのコンデンサとして、いろいろ試してみると、150pF 程度が妥当であることがわかる。 ピークが収まってほっとした。 位相特性のあばれが、かなり認められるが、150pF ではそれなりに安定している。

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ところが、1kHz の方形波をいれると著明なリンキングが認められ、10kHz の方形波で発振してしまった。 ここまでくると、LM1875をあきらめ、TDA2030L に変更することにする。 Class AA ヘッドホンアンプ、ミニワッターでも、こちらを利用してみることにした。 ところが少し良いだけで、状況は変わらず (T-T);

以上の実験の際には、電流リミットの設定ができる、トラッキング式定電圧電源 TEXIO GwINSTEK GPS-2303 にとてもお世話になった。 もし普通の電源で行っていたら、何個も LM1875 を破壊してしまっていたことであろう。 無信号時には、±電源とも 0.06A 程度であるが、-10dbV にて周波数特性を測るときには、0.15A 程度に増えていた。 こういう消費電流が測定できるのも、トラッキング式安定化電源の強みである。 ちなみに、発振しているときには、マイナス電源のみが電流が増加して保護が働いていたので、発振の原因は C-Amp TDA2030L 側にあることは明らかだ。 何か対策は立てられないだろうか・・・。 

to be continued…

Class AA パワーアンプは実現できるか・・・妄想編

Class AA ヘッドホンアンプClass AA ミニワッター はいずれも数ワットの出力である。 電源電圧は±13-14V であることを考えると、かなり低い出力でしかない。 これは、ホイートストンブリッジの抵抗が、3.3Ωー1Ω、330Ωー100Ωのペアとなっているため、3.3+1Ωが電流アンプの負荷となるためである。 スピーカが8Ω負荷であれば、合わせて12.3Ωが負荷となる。 電流アンプに用いている TDA2030L のデータシートによれば、±14V のときに9W 程度の出力であり、出力に有効活用できる電圧は、電源電圧から3× BE電圧(0.6V)をひいた値らしい。 このようにして求めた最大電流は、0.703A (rms) であり、8Ω負荷で 3.95W の出力となり、実測にほぼ一致する。 また、4Ω負荷では 4.34W と出力がほとんど増えないのも実測と一致している。

対策は、ホイートストンブリッジの抵抗値を下げることと電源電圧をあげることのふたつだ。 もともと、ホイートストンブリッジを3.3Ωー1Ω、330Ωー100Ω としたのは、0.33Ωー0.1Ω、33Ωー10Ω だと、発振したり、出力電圧が電源電圧にはりついてしまったりするためであった。 ウェブ上の作例と異なる結果となったわけだが、よく見直すとアンプの増幅度が異なっている。 当方のヘッドホンアンプでは、増幅度は 3dB強 であり、NFB量が圧倒的に多い。 もしかすると、NFB量を作例と同じにすればうまくいく? すなわち増幅度を、20dB とすることだ。

もうひとつは、電源電圧をあげることだ。 ±22V なら、ホイートストンブリッジを3.3Ωー1Ω、330Ωー100Ω としても、10.85W が望める。 この場合、TDA2030L ではなく LM1875 を使用する必要がある。 少しハードルが上がることになる。

妄想するに、もうひとつポイントがある。 それは、1回路用のオペアンプを V-Amp に用いることである。 2回路のオペアンプであると、片方だけを使って問題がなくても、両方を使うと問題(発振するなど)が起こった経験がある。 また、ふたつの TDA2030L とひとつのオペアンプの電源の引き回しをどうするかも、迷いの種になる。 まぁ、片方をGNDにつないで遊ばせておけばよいのではあるが。

Class AA ヘッドホンアンプ で、MUSES 05 を V-Amp として安定して使えることがわかっているので、1回路用のオペアンプとしては、MUSES 05 が最有力候補である。 これはうれしいことだ。

Class AA ヘッドホンアンプ のパワーアップを目指しているので、前作と同じく、たかじんさんの PGA2311 電子ボリュームを利用する。

電源部には、手元に Talema の 12V 6.67A x 2 (160VA) があるので、これを用い、たかじんさんの PRT-02 をスピーカー保護に用いればよいだろう。 手元には、ニチコン KW 35V 15000μF の電解コンデンサを保護してある。 もちろんながら、大好きな KZ や PILKOR をアンプ基板のローカルコンデンサとして使うつもり。 これでうまくいったらいいなぁ・・・

to be continued…

Phono Equalizer も自作できるか・・・はらわたなど

ケースは OS70-33-43SS を横にして使っている。 本当は、バランス型プリアンプBlue Snow DAC(1台目)にあわせてサイドウッド WO型を使いたかったが、もはや入手できなかった。 OS70-26-43SS でもスペース的にははいると思われたが、トランスの横側にイコライザアンプを配置しなくてよいように、少し大きめのケースを選択している。

はらわた(クリックで拡大)

下の写真で、奥左はリップルフィルタ、奥右が LT1115-LT1010 イコライザ基板、手前が NNBA-1基板である。 見ての通りで、 山ほどの MUSE-KZ コンデンサが使われているのがわかるであろう。

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soulnote ph1.0 と鳴きくらべをしてみると、本機のほうが、バランス型プリアンプBlue Snow DAC と音色がそろっている感じがする。 使用部品の選び方や電源部の作り方が同じだから、当然かもしれない。 

それにしても時代は変わった。 MC入力で十分すぎるほどの S/N比をオペアンプによるイコライザで作れてしまうのには、改めて驚いている。 手元に 2SK117 を利用した MC ヘッドアンプが残っているが、こちらのほうがノイズは大きいのだ。

Phono Equalizer も自作できるか・・・確認編

トラブルシューティングが終わって、まず最初に行うことは、規定の性能を満たしているかどうかだ。 音がどうこう言う前に、そちらが大切だ。

まずは、RIAA 特性をきちんと満たしているかどうかを調べよう。 RIAA 特性の詳細は、The Art of Analog Circuits の記事「RIAA カーブ」を参考にした。

w=2*π*f (f:周波数 Hz)
RIAA=20*LOG(SQRT(
        (1+1/(0.00318*w)^2)
        /(1+1/(0.000318*w)^2)
        *(1+(0.000075*w)^2)
        ) )

   +0.08898158095803  

結果は下図の通りで、± 0.2dB の精度で正しいことが確認できた。

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次に確認したのは、NNBA-1 の歪み率特性である。 unbalance 入力から balance 出力として、WaveGene / WaveSpectra で測定している。左チャンネルの方が少しよいが誤差範囲であろう。 両チャンネルとも 100Hz が他の周波数に比べて良好で、たかじんさんの測定結果よりやや悪い結果であるが、測定系がたかじんさんのようによいわけではないので、概ね妥当と考えている。

最後に雑音だが、GwInstek の GDM-8261A で測定して、両チャンネルとも 0.2~3mV (ふらつく)であった。 MC入力でゲインが 68.7dB あることを考慮すると、多く見積もっても入力換算で -139dBV の結果である。 A-weighting補正なしの数字であることを考えると、これまたすばらしい結果といいたい(自画自賛だけど)。

Phono Equalizer も自作できるか・・・お粗末なトラブル

LT1115+LT1010 イコライザ基板をくみ上げた2024年3月であったが、その後が遅い。 NBBA-1 のために、hFE 測定器(下図)を作成してからなかなか時間が取れなかった。 2SC2240 を50個ほど測定して、必要なペアをとった。

電源部を作成したのは10月にはいってから、 NNBA-1 をなんとか組み上げたのは12月にはいってから。 とりあえず、MC専用ということでジャンパをいれて、使ってみたら、S/N比が悪い。 常用域ではノイズは聞こえないのだが、10dB 程度ボリュームを上げると、ハム音のような音がするのだ。

アナログ対応バランス型プリアンプでは、このようなノイズは全く聞こえなかった。 今回の LT1115 / LT1010 基板では、イトウ電子製の基板に比べて、下図のように入力信号の引き回しが長い。 このことが理由かもしれないと思い、入力部をシールドしたりしてみたものの何らの効果がない。

上記は試作機の基板で、知人宅で活躍しているもの

発信しているのかもと考え、1kHz の正弦波をいれて、オシロで解析しても異常はない。 ノイズが気になるとはいえ、ノイズそのものをオシロスコープでみても、何もわからなかった。 

ふと思いついて、ノイズを WaveSpectra で解析してみることにした。解析した結果、ノイズ成分は 100Hz であり、あきらかにハム音といえるのだ。 ということは電源が問題・・・?

電源は LM317/LM337 での安定化に加えて、リップルフィルタもいれているので、電源が原因ということはないだろうと思いつつ、LM317/LM337 後をACレンジ で測定してみると、数十mV という信じられない数字がでてきた。 Ripple rejection は 60dB 以上あるはずなのに・・・。 ということで、原因判明。 LM317/LM337 の入出力間電圧が足りていなかったということ。 当初 ±15.6V を出力させていたが、入力電圧は 17.7V 程度しかなかったのだ。 出力電圧を ±15.0V まで下げたところ、ハム音は消えましたとさ。 最終的には少し余裕を見て、±14.6V に設定することにした。

何ともお粗末なことで(唖然)

… to be continued.

Phono Equalizer も自作できるか・・・構想編

Phono Equalizer を作るとなると、問題となるのは電源部である。 たかじんさんの HPA-1000 ヘッドホンアンプでも、特注Rコアトランスを利用している。 理由はノイズである。 一般的なトロイダルトランスでは、リーケージフラックスが多くハムを誘発してしまうからである。 

こんなこともあろうかと(このフレーズで何かを思い出した人はすごい)・・・ ヤフオクで、よさげなRコアトランスが出ると買い占めていたのが役に立った。 北村機電製で、無負荷時 15V x 2 (大きさから 10VA)を5個持っており、静電シールド付きである。 13V x 2 と考えると電流容量は 0.38A で DC 0.2A ちょい取れる。 これを左右別電源で使えば、よいだろう。

電源は、たかじんさんによる Blue Snow DAC と同じ方式を採用することとする。 LM317/LM337 によって定電圧化をしたのちに、リップルフィルターをかませる。 当然ながら、LT1115/LT1010イコライザ基板と Unbalance-Balance 変換 NNBA-1基板とでそれぞれリップ利フィルターをいれる。すなわち、下記のリップリフィルタが4台はいることになる。ここには、たっぷりニチコン MUSE-KZ 電解コンデンサをおごっている。 LM317/LM337 基板には、お気楽オーディオさんのミニシリーズ Type-J基板を使った。 ただし、ダイオードによる整流は、正負別としている。サブウーファ用のハイカットフィルタと同じだ。 整流後のコンデンサは、ニチコン FW 4700μF を2本プラス PMLCAP 25V 4.7μF を投入する。 LM317/LM337 のリップルフィルタ部分は MUSE-KZ がスペース的にはいらず、ニチコン FG(FineGold)でがまんしたが、安定化後のコンデンサは、MUSE-KZ である。

リップルフィルタ

Phono Equalizer の LT1115/LT1010 基板のほうでは、電解コンデンサは MUSE-KZ、オペアンプのパスコンは、Philips PILKOR メタライズドポリエステルフィルムといつもの陣容で固めた。 イコライザ素子のほうは、 指定容量と許容差の観点から選択の余地は少なく、東信工業のポリプロピレンフィルムコンデンサを使用する。 NFBのAC帰還のためのコンデンサは、フィルムコンデンサとして PMLCAP を使用したので、電解コンデンサのほうは、容量優先で FW とした。

Unbalance – Balance 変換 に用いる入出力バランスアンプ基板 NNBA-1のほうは、2SC2240 / 2SA970 に活躍してもらい、少々無理をしても、MUSE-KZ コンデンサを使う。 ぺるけ師匠の 簡易版 hFE 測定器を作成して、2SC2240 のペアを探して使おう。 FET 入力にしようかとも思ったが、安全優先で、DCカットするならばと、2SC2240 / 2SA970 で優美さを狙った方がよいと考えた。

現在使用している soulnote ph1.0 は MC 専用であり、現在、メインシステムの Micro FV-111 + Audio Craft AC-3000MC には、ストレートアームに Philips GP922Z をつけているが、今回のシステムでは、MC/MM 両方が使えるようにしよう。 設定のための方策は、アナログ対応バランスプリアンプと同じだが、左右別電源に加えてさらにノイズ源となるトランスを加えるわけにはいかないので、めんどうだが、リレーの電源も左右別としよう。 片チャンネルから MC/MM 表示のLEDの電源をとり、もう片方からは、電源ON表示の LED電源をとることとする。

… to be continued.

Phono Equalizer も自作できるか・・・妄想編

すでに記事にしたように、電気作業部屋で使用しているアナログ対応バランス型プリアンプには、イトウ電子製の LT1115+LT1010 Phono Equalizer 基板で、MC/MMカートリッジに対応している。 この基板は S/N 比も極めて良好で、音質的にも満足できる。 

さて、我が家のリビングのステレオ装置は、鈴木哲さんが設計したSoulnote の ma1.0 / sd2.0 などであったが、それらはすでに、バランス型プリアンプフルバランス・フルディスクリートアンプBlue Snow DAC に置き換えられており、第一線を退いている。 現在残っているのは、フォノイコライザの ph1.0 のみである。  アナログ対応バランス型プリアンプのフォノ入力の音には大きな不満がないので、Phono Equalizer も自作に変更できるのでは・・・と妄想が広がる。

Phono Equalizer を作るとしたら、当然、アナログ対応バランス型プリアンプで採用したイトウ電子製の基板が第一候補になるが、欠品中である。 なんとかならないかと思っていたら、ヤフオクでLT1115+LT1010 イコライザ基板が売られていた。 イトウ電子製の基板と同じく、LT1115 のデータシート通りである。 その上、手には入りにくい値の抵抗も付属してくる。 説明サイトを読むと、2013年から改版されて売られ続けていることがわかる。 コンデンサ類を自分の好みのものを使って、試してみたい妄想が広がる。 電解コンデンサは KZ を使い、フィルムコンには Pilkor や PMLCAP を使うとか。 イコライザ素子はマイカかポリカーボネートフィルム、ポリプロピレンフィルムでといった具合だ。 もちろん、イコライザ素子は精度の問題もあるので何でもよいわけではない。

アナログ対応バランス型プリアンプでは、スペースの問題があって、電源を十分におごることができなかった。 また、Unbalance – Balance 変換も、スペースファクタ優先にせざるを得なかった。 これらの問題を解決した Phono Equalizer を作成すれば、ph1.0 もリプレースできる?

こんなことを妄想していたら、たかじんさんが 入出力バランスアンプ基板 NNBA-1 の配布を開始した。 この基板は、フルディスクリートのバランス入力・バランス出力で、可聴帯域の CMRR はおおよそ90dB と本格的な内容だ。 Unbalance – Balance 変換にも利用できる。 これなら、バランス型プリアンプのフォノ入力の音には大きな不満がないので、Phono Equalizer も自作できるかもしれない。

… to be continued.

追伸: 現時点では、バランス型プリアンプ のフラットアンプ部は、ヘッドホンアンプの HPA-12 を利用しているので、実は、CMRR が 0 dB という悲惨なことになっている。 当然ながら、NBBA-1 基板にアップグレードしたい。

バランス入力 15W 全段差動アンプ・・・ファンの追加

ケースは LEAD MK-400 であり、ボンネット付きであり、真空管を守れるための採用であった。 ボンネットなしでは、シャーシが熱くなるのは、定電流源などの放熱部分のみであるが、ボンネットをつけて使用すると、真空管の放射熱をボンネットが受け止めてしまい、結果的にケース全体が熱くなってしまう。 お風呂なみの熱さになるので、40℃を超えていると思われる。 これでは、電解コンデンサの寿命に悪影響がでる可能性がある。 このため、ボンネットにファンをつけることを考えた。

PC用の静音ファンとして有名なのは、noctua の静音ファンであるが、色が明るい茶色系であり、目立ってしまう。 調べてみると、同程度の静音ファンとして黒色のもの(騒音レベル: 19dB)を購入し、両サイドの真空管の上に配置した。

定格 DC12V のファンであるが、定格で回すと、若干ファンの音が気になる。 もちろん、リスニング位置では聞こえないのであるが。 AC 6.3V を整流しておおむね 8V 程度で試みたところ、残念ながらボンネット・シャーシの温度上昇が認められた。 よって、AC6.3V + 5V の端子を利用して、LM317 で電圧を調整することにした。 DC 10.5V 程度であると、ファンの音も気にならず、数時間使用してもボンネット・シャーシ全体が熱くなることなくしようできることがわかった。

それにしても、ボンネットが理由で温度上昇が問題になるとは、思ってもみなかった・・・