フルバランス・フルディスクリートアンプへの長い道のり・・・片チャンネル音出しまで

PRT-01 の修理が終わって、正式の電源で電源ON!

なんと、全く動作しない。 ラッシュカレント対策のリレーがONにならない。

あれっと思ったら、リレーに電圧がかかっていない。 そう。 終段のアイドリング電流を 0.5A/ch なので、1A 流れているので、ラッシュカレント対策の抵抗(5Ω)で 、2個の抵抗をあわせると10V の電圧降下が生じて、リレーが動作しなくなったわけだ。

ここまできて、5Ωの抵抗に1A の電流が流れるので、たった数秒とはいえ、5W のセメント抵抗に、5Wの電力を食わせる形になっているので、ここも問題。 そもそも 5Ω/5W としたのは、お気楽オーディオキット資料館の作例にあわせただけで、何も考えずに定数を決定したむくいがきたのだ。

出力電圧は±14V 程度であり、使用しているダイオードはSBRT20U100SLP を用いたブリッジダイオード で、最大電流は40Aなので、2Ω/5W (最大で 7A)に変更した。 また下図のように、電源部を再構成して、確実にリレーに電圧がかかるようになおした。

ここを修正して、やっと片チャンネルがとりあえず完成した。 あとは、同じものをつくればいいだけ・・・とほっとした。が、実はこの後がたいへんだったのだ。

フルバランス・フルディスクリートアンプへの長い道のり・・・PRT-01の修理

壊してしまった PRT-01 。 故障半導体は、PanasonicのAPV1121S だ。 ところが、DIGIKEYでも欠品中。 どうしようかと思っていたところ、たかじんさんから、同等品のAPV2121Sを教えていただき、付け替えて修理完了と思っていたところ、付け替えても動作しなくなってしまった。

APV2121Sではだめなのか? それとも・・・・

たかじんさんから、次のアドバイスをいただいた。

APV2121SもAPV1121Sも感度が違うだけで、基本的には一緒です。APV2121Sの方が感度が低い型式になります。おそらく選別して型式を分けているだけです。

LEDが付かなくなってしまったのは、別のところに要因があると思われます。以下のポイントの電圧を確認してみててください。

  1. LEDをON/OFFしているQ9のベース電圧を確認(R9-R10が繋がっているノード) LEDのタイミングで電源電圧から0.6Vほど下がるのが正常です。
  2. まったく変化ない場合、アンプの出力のオフセット電圧を確認。電源ONから1秒後くらいには0.5V以下に下がっていると思います。
  3. アンプのオフセット電圧に異常がなく、Q9がONにならない場合は、Q1~Q4、Q5~Q8のあたりの動作がおかしいです。

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盲目的にQ1~Q4を交換してなおらず、これはまずいと考えて電圧をあたったところ、D1(定電圧ダイオード)がショートモードで壊れていた。 2021年の年末はマルツが30日からお休みだったため、年明けに速攻で交換したが、これまたなおらず。

困ってしまい、トランジスタのBE電圧が0.6V 程度になるはずということでチェックをしていったところ、Q6が壊れていることが判明して、これを交換して動作するようになった。

めでたし、めでたし。 これで、片チャンネル分完成のはずだったが・・・。

フルバランス・フルディスクリートアンプへの長い道のり・・・発振

VFA-01と PRT-01とを、ひとつひとつ部品を確認しながら、抵抗はテスターで測りながら、すこしずつ組み立てた。 組み立て後、再確認してから、12VのDCアダプターを使って動作確認を行ったところ、(Unblancerdの、普通の)スピーカー出力のオフセットが全く調整できない。 +Vcc あるいは -Vcc の電圧出力になってしまう。 終段のアイドリング電流調整もきかない。

オシロで出力を確認してみると、30MHz 帯で発振していた。すぐに考えついたのは、オーバーオールのNFBの微分補正コンデンサ C9 (3.3pF)の増量だ。 ところが 220pFまで増やしても、発振周波数が下がるだけで発振自体は止まらない。 万事休す。

たかじんさんのホームページでコメントで相談したところ、初段の差動回路の負荷抵抗間にはいっているCRのコンデンサC4を増やせばよいとのこと。先のC9とC4を丸ピンソケットに変更して、いろいろさしてみることにした。 C4を所定の 1000pF から1500pF に、C9を 5pF にしたら、発振は止まった。 終段のアイドリング電流調整もできるようになった。

困ったことに、この調整途中で、保護回路基板のPRT-01を壊してしまった。 LEDの点灯(オフセット電圧等が正常のときに点灯)の有無にかかわらず、音が出るようになった。 ドライバを壊してしまったということだろう。

このときのVFA-01単体の(Unbalanced の)アナログディスカバリーでの周波数特性は下記の通りで、まずまずの結果と考えた。

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ところが、BTL アンプとして動作確認をしたら、また発振が始まった。 C4を 2200pF として、C9を 3.3pF としたところ、BTLでも動作するようになった。 このときの周波数特性は下記でまずまず。

(クリックで拡大)

これで、PRT-01 をなおせば、片チャンネル分が完成する。

フルバランス・フルディスクリートアンプへの長い道のり・・・構想編

部品集めをして放置プレイを5年ほどたって、やっと作り始め。

アンプ部については、全く自信がないので、基本的には、たかじんさんの指定通りとするが、初段のFETだけは、2SK170 をチョイス。バランス型プリアンプは完成するか・・・フラットアンプの設計と同じ理由である。 初段のFET以外は、全てたかじんさんの指定通りとした。

電源部は、Soulnote 風に比較的少用量の電解コンデンサの並列使用である。 お気楽オーディオキット資料館のシンプル電源基板 を利用することとした。 プラス・マイナス電源それぞれに8個の電解コンデンサを使える。 ここでは、105℃低インピーダンス・高リプル電流品の長寿命品である KY 型 4700μF 25V を利用することとした。

ここで大問題に気がついた。 電源の 300VA トランスだが、巻き線の抵抗が低すぎてはかれない。 どう計測しても、0.05Ω以下。 よって、瞬間のピーク電流として、300A 以上流れることが予測される。 手持ちの D15XBN20 のせん頭サージ順電流は200A なので、かんたんにふっとぶことだろう。 秋月電子のサイトを見ていたら、SBRT20U100SLP を用いたブリッジダイオードを見つけた。 1個あたりのせん頭サージ順電流は180A であり、放熱への配慮も断然よい。 しかしながら、これを用いたとしてもラッシュカレント対策を行う必要があろう。

ウェブでみていたら、キットを用いた対策例をみつけた。 キットはアマゾンで購入できる。 同じものを購入して組み立てようとしたが、部品不良がないことの確認をしていたら、リレーの導通がないことがわかった。 しかも2組とも。 キットを使うのはあきらめて、自分で組むことにした。

なんとも古典的な回路だが、電源ON後2秒程度でリレーが動作する。

ケースは、タカチのケースで、側面が放熱器になっている HYシリーズから、HY88-43-23SS を選択した。 たかじんさんが、電源なしで HIT23-7-18SS を使っていたので、余裕があるだろうと考えたが、実際にはキツキツでけっこう配置に困ることになった。 理由は、トランスの二次配線が異様に硬くて太い単線のため取り回しがむずかしく、電源部全体として、配置に苦戦したからだ。

電源さえできれば、初段を除いて同じ部品構成なので、普通の(Unbalanced の)ステレオアンプとしては、問題なく動作するだろうというもくろみであったのだが・・・・。

フルバランス・フルディスクリートアンプへの長い道のり・・・妄想編

我が家のメインシステムは、長らく Soulnote ma1.0 をパワーアンプとして利用しており、バランス入力のセレクタ付きプリアンプを完成させた。 そうなれば、次はパワーアンプである。

Soulnote ma1.0 はフルバランスアンプであり、sa2.0 がそのシングルエンド版であることはよく知られている。 よって、Multi-Ch システムでは、ma1.0 をフロントチャンネルに使用して、センターチャンネルは sa2.0 をBTL で利用している。 フルバランスアンプをディスクリートで作るのは、簡単ではない。 なぜなら、BTL接続で4Ω負荷を保証するためには、単独のアンプとしては、2Ω負荷を保証する必要があるからだ。 当然ながら、アンプの電源は大電流を流せるように余裕を持たせる必要がある。 その代わり、BTLで出力が単独アンプの4倍になるので、低出力アンプで十分である。

一般に2Ω出力を可能にするには3段ダーリントンとせざるを得ないだろうが、発振・暴走の可能性が高くなる。 トランジスタアンプの設計経験がない私には無理だろうとずっと思っていたが、new_western_elec  の たかじんさんが  VFA-01 の基板配布を始めたときにこれだと思った。

 ■VFA-01のスペック (±20V電源のとき)

+出力  10W(8Ω), 20W(4Ω), 40W(2Ω)
ノンクリップ

3段ダーリントンで、2Ω負荷が8Ω負荷の4倍の出力と理屈通りになっているからだ。 もちろん、私の場合は、4Ω負荷で10W程度の出力があれば十分すぎる。 BTLで40Wになるからだ。 保護回路基板もセットになっているのもうれしい。

作成にあたって最も問題になるのは、私自身の経験。 ディスクリートの本格的アンプを組むのは、学生時代の金田式以来。 およそ40年ぶりである。 ここの記事にはしていないが、おなじたかじんさんの HPA-12 を用いた A級パワーアンプで、発振・焼損させた経験から、オシロスコープや発振器を買い換えた経緯がある。 作りあげられるかどうかが大きな問題である。

まずは部品集めから。 使用するトランジスタを確保するところから。 確保したのは2016年の初頭。 当時は、 2SK30A, 117, 170 は入手できるところが少なくなり始めたころ。 たかじんさんの指定トランジスタを必要個数の倍以上確保した。 なぜ倍以上かは書かなくてもわかるよね・・・失敗して壊してしまう可能性が高いから、 そして、実際やらかしましたとさ。

そしてトランス。 Soulnote ma1.0 がステレオで 700VA のトランスを使っていることから、その同等トランスを・・・・ということで探しても見つかりませんでした。 たかじんさんの記事では、12V3A × 2回路とのことでしたが・・・

Soulnote ma1.0 に近づけることから、Block トロイダルトランス,1次:115 V ac, 230 V ac,2次:2 x 12V ac,電力:300VA RKD 300/2×12 に決定。 このことから、モノラルアンプにすることもほぼ決定。 二次巻き線のあまりの太さと取り回しのしにくさに驚いたのは、なんと2021年の秋だとさ。

バランス型プリアンプは完成するか・・・できた~

歪み率特性を測定してみた。 測定は ESI juli@xte と WaveGene & WaveSpectra で行った。 ESI juli@xte は、アンバランスとバランス入出力を切り替えられるサウンドカードである。 よって、バランス入出力の本プリアンプの歪み率を測定可能である。 この組み合わせによる歪み率測定は0.005%程度が限界である。

測定結果は下記の通りで、最低歪み率は 0.01% を割っており、全ての周波数で歪み率は誤差の範囲内で揃っている。 左右差も誤差の範囲内である。 自画自賛であるが、実に優秀な結果といいたい。

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使ってみて、リモコンで入力切り替えが出来て、音量調節が出来るのはとても使い勝手が良い。 加えて、仕様的にも我が家にぴったりである。 Ch-1 に Soulnote sd2.0b のDAC出力、Ch-2 にRaspberry Pi + SB32+PRO DoP によるネットワークプレーヤー出力、Ch-3 には、Soulnote ph1.0 の LP プレーヤーのイコライザ出力がつながっている。

現時点では、出力に Soulnote ma 1.0 のバランス出力、あるいは Softone Model 7(出力管 KT-66)がつながっているが、いずれ自作のフルバランスパワーアンプをつなげたい。

上はネットワークプレーヤー
下が本プリアンプ

バランス型プリアンプは完成するか・・・またもトラブル発生

念のために、特性をチェックしてみたところ・・・

(クリックで拡大)

ボリュームが最大だと、500kHz 前後で 1 dB 程度のピークが出てくる。 面白いことに、電子ボリューム(VOL-12,  VOL-01)を 1 dB でもしぼるとこのピークは消える。

よく考えれば、電子ボリューム 1 dB 分の抵抗で、HPA-12 の入力回路に挿入された 100 pF との間でハイカットフィルターが働いたとわかるのだが、「トランジスタ回路は苦手・デジタル回路はわからない 」の先入観で、混乱してしまった。

実際、0 dB で使用することはないので、このままでいいかと考えたり、このままでは気持ち悪いと考えたり・・・・。 結局、たかじんさんの掲示板で相談してしまった。 なんと恥ずかしい。

結論として、HPA-12 の前に 1.8 kΩの抵抗で、このピークは消えましたとさ。

(左Ch:クリックで拡大)

(右Ch:クリックで拡大)

バランス型プリアンプは完成するか・・・トラブル発生

改良と調整のはずが、壊してしまった。

シグナルジェネレータとオシロであたってみると、セレクタ基板の SEL-12 で信号が途切れている。 VOL-12 の入力に触ってみるとノイズが発生するので、MUSES72330 が載っている VOL-12 と VOL-01 は無事だ。

たくさんの表面実装部品が載っている VOL-12 と VOL-01 が無事なのは朗報だ。 しかしながら、SEL-12 はマイコン制御でのセレクタ基板であり、デジタル部分が壊れていたら、私には直しようがない。 リレーを駆動しているトランジスタのベース電圧が明らかに異常であり、駆動トランジスタが壊れているのはすぐにわかった。

とりあえず駆動トランジスタを外して、マイコン制御の出力電圧をあたったところ、幸いなことにそちらは壊れていないことがわかった。 ほっとしつつ、駆動トランジスタを再度ハンダ付けして、おそるおそる電源をいれたところ、SEL-12 が正常に動作した。 よかった~。

さて、気を取り直して試聴したところ、当初はちょっと物足りない感じでがっかりしたが、コンデンサのエージングが進んだのか、音の粒立ちがよくなり、大規模な交響曲のトゥッティも滑らかで心地よい。 後は、特性のチェックだけだ。

追伸: 実は、再度の調整中に、また同じトラブルが起きた。

原因は、VOL-12、VOL-01、SEL-12 のデジタル系と HPA-12 のアナログ系の GND をつないでいなかったことにあることをたかじんさんに教えてもらった。 MUSES72330 の各種GNDが導通していないことから デジタル系、アナログ系の GND を分離して良いと考えた私のミスであった。

バランス型プリアンプは完成するか・・・改良を試みたが

さまざまな曲を1か月ぐらい聞いていたら、大規模な交響曲を聴いていると、トゥッティがうるさく聞こえることに気がついた。

また、たかじんさんの作成では、最低歪み率が 0.01 % を切っている。 本構成は2チャンネル合わせてバランス型にしているので、同じにはならないが、倍を大きく超えているのは、NFB量が足りないためかと思われる。

当初、HPA-12 のゲインを 5倍としたのは、私が作るアンプは低出力のものが多く、フルボリュームが 1V 未満のほうが使い勝手がいいだろうと考えたことや、学生の頃に作ったアンプでは、フラットアンプは 10倍 という固定観念があったためもある。 実際使ってみると、ゲインは有り余っているので、NFB量を増しても使い勝手に影響しない。

以上から、TIPS-12 の バイアスコンデンサを 10µFに増量することにした。Panasonic ECQE  メタライズドポリエステルフィルムコンデンサを用意した。 また、NFB関係をたかじんさんのオリジナルに合わせることにした。

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部品を入れ替えて試聴しようとしたら、なんと音が出ない。 壊れてしまった・・・

to be continued.

 

バランス型プリアンプは完成するか・・・配線と最初の試聴

配線にあたっては、ぺるけさんの平衡プロジェクト をひととおり熟読した。 一番参考になったのは、シグナルラインとアースラインの取り回しだ。 HOTとCOLDの2本のシグナルラインをしっかり捻って配線すれば、シールド線は不要というのは目から鱗だった。 それでよい理由は、平衡回路の基礎4・・・平衡回路の実装 に詳しい。 ぜひ一読されたい。 アースラインについては、ぺるけさんの作例 がとても参考になった。 あらためて、ぺるけさんに心から感謝申し上げたい。

(クリックで拡大)

HPA-12 基板の TIPS集 の音質改善アイディアのほうは、

  • TIPS-10  電圧増幅部へのコンデンサ追加
  • TIPS-11  バイアス回路にコンデンサ追加

がある。 電圧増幅部のほうは、オーディオ用ハイグレード品電解コンデンサ MUSE KZシリーズ 1000µF 25V の追加とした。 バイアス回路のほうは、0.1µF~100µFとかなりの幅が指定されていたので、コメント欄でたかじんさんに伺った。

バイアス部のコンデンサは、音の雰囲気に影響がでます。
何も付けていないと、音数が多く聞こえるけど、音量を上げるとすこしうるさく感じる面もあります。

そこに、0.1~1uF程度のフィルムコンデンサを入れることで音が大人しくなってきます。

更に容量を増やして電解コンにすると、もっと大人しくなるのですが、何か音が物足りなくなってしまいます。

という訳で、好みで選択してください。とっかえひっかえしてみるのが良いと思います。

とご教示いただいたので、1µF のPILKOR 積層メタライズドフィルムをいれてみた。

さて、試聴してみると、プリアンプをいれたほうが、音数が増えた感じがして大満足。 しばらく、このままで聞いてみることにした。

特性的には、歪み率の最低が 0.03% 程度で、周波数特性は下記の通りですなお。 残留雑音は 0.05mV 程度であった。

 

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