（続）高性能アンプの検討記

超高性能オペアンプの代表であるOPA627に対抗すべく検討したプリアンプ基板につづく、
R.さんの高性能アンプの第２段です。

A6HPAの歪み率


DAC1794-Dの歪率


そして頂いた回路案がこれです。部品点数は多めですが、基本的な回路構成はプリアンプ基板と同じ感じです。
電圧増幅段はツェナーにより定電圧化されています。出力段には保護回路もあります。この回路定数だと600mAで
リミッターが働きますが、ドライブＴＲのエミッタ抵抗を小さくすればより沢山の電流を流すことができますからパワーアンプにでも
できそうですね。もっともパワーアンプにするためには、ツェナーの電圧をもう少し高めにする必要があるかな？


（回路図をクリックするとPDFファイルが立ち上がります）

いつもは回路をもらったら数日でアートワークをしていましたが、ちょっと最近手が止まっています。
そうこうするうちにＲ．さんから修正回路をいただきました。３パターン有ります。
それぞれこまかいところが違いますが、１ポールと２ポールではフィードバックのかけ方がちがっています。
それぞれの特性も解析されています。

新ＨＰＡ　１ポール 開ループゲイン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　閉ループゲイン スルーレイト ・1ポール補償全高周波歪率 Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg] 1 1.000e+03 6.853e+00 1.000e+00 0.00ｰ 0.00ｰ 2 2.000e+03 2.390e-05 3.487e-06 -18.25ｰ -18.25ｰ 3 3.000e+03 2.237e-04 3.264e-05 45.33ｰ 45.33ｰ 4 4.000e+03 2.578e-06 3.762e-07 113.18ｰ 113.18ｰ 5 5.000e+03 4.670e-05 6.814e-06 86.70ｰ 86.70ｰ 6 6.000e+03 1.293e-07 1.887e-08 78.18ｰ 78.17ｰ 7 7.000e+03 3.479e-05 5.076e-06 94.52ｰ 94.52ｰ 8 8.000e+03 1.654e-07 2.413e-08 104.30ｰ 104.30ｰ 9 9.000e+03 2.659e-05 3.880e-06 101.11ｰ 101.10ｰ Total Harmonic Distortion: 0.003413%

新ＨＰＡ　２ポール 開ループゲイン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　閉ループゲイン スルーレイト ・2ポール補償全高周波歪率 Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg] 1 1.000e+03 6.853e+00 1.000e+00 0.02ｰ 0.00ｰ 2 2.000e+03 9.649e-06 1.408e-06 -112.87ｰ -112.89ｰ 3 3.000e+03 1.666e-04 2.430e-05 6.33ｰ 6.30ｰ 4 4.000e+03 3.484e-06 5.083e-07 141.18ｰ 141.16ｰ 5 5.000e+03 7.883e-06 1.150e-06 21.06ｰ 21.03ｰ 6 6.000e+03 1.693e-06 2.470e-07 -177.56ｰ -177.59ｰ 7 7.000e+03 2.896e-06 4.226e-07 42.57ｰ 42.55ｰ 8 8.000e+03 1.233e-06 1.799e-07 -177.10ｰ -177.12ｰ 9 9.000e+03 1.207e-06 1.761e-07 107.37ｰ 107.35ｰ Total Harmonic Distortion: 0.002438%

新ＨＰＡ　新位相補償 開ループゲイン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　閉ループゲイン スルーレイト ・新位相補償全高周波歪率 Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg] 1 1.000e+03 6.853e+00 1.000e+00 0.01ｰ 0.00ｰ 2 2.000e+03 1.032e-05 1.506e-06 -119.33ｰ -119.33ｰ 3 3.000e+03 1.679e-04 2.450e-05 6.22ｰ 6.21ｰ 4 4.000e+03 3.474e-06 5.070e-07 140.83ｰ 140.82ｰ 5 5.000e+03 8.136e-06 1.187e-06 20.19ｰ 20.18ｰ 6 6.000e+03 1.710e-06 2.495e-07 -177.55ｰ -177.55ｰ 7 7.000e+03 3.187e-06 4.650e-07 39.22ｰ 39.21ｰ 8 8.000e+03 1.218e-06 1.777e-07 -174.20ｰ -174.20ｰ 9 9.000e+03 1.218e-06 1.777e-07 93.66ｰ 93.65ｰ Total Harmonic Distortion: 0.002459%

そうこうしている間にも修正案２をいただきました。
歪率をみると上記のものに比べて１桁小さい値になっています。
２ポール構成のようですね。

修正案２

開ループゲイン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　閉ループゲイン

スルーレイト

・Ver2回路　新位相補償全高周波歪率

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 6.854e+00 1.000e+00 0.00ｰ 0.00ｰ
2 2.000e+03 7.570e-06 1.104e-06 157.84ｰ 157.84ｰ
3 3.000e+03 3.447e-06 5.028e-07 145.62ｰ 145.62ｰ
4 4.000e+03 2.680e-06 3.910e-07 -179.58ｰ -179.59ｰ
5 5.000e+03 2.780e-06 4.055e-07 178.38ｰ 178.38ｰ
6 6.000e+03 1.764e-06 2.574e-07 -178.83ｰ -178.83ｰ
7 7.000e+03 2.256e-06 3.291e-07 -178.70ｰ -178.70ｰ
8 8.000e+03 1.317e-06 1.921e-07 -179.40ｰ -179.41ｰ
9 9.000e+03 1.871e-06 2.730e-07 -175.89ｰ -175.89ｰ
Total Harmonic Distortion: 0.000144%

さて、どれにしましょう？

修正案２でいきましょう。2006.12.23

まずは必要なパーツを基板にレイアウトしてみました。今回は比較的ゆったり目に配置しています。
抵抗については500mil（いつもは400mil)の長さとしています。
基板サイズは少々大きめで概寸が１００×１２５ｍｍです。
この基板上にはスピーカの位相補償回路は含めていません。それは電源＋MUTE基板に搭載しましょう。



配線をしつつ部品の配置を微調整していきます。

R.さんから、早速突っ込みがはいりました（笑）。
思い切ってレイアウトを変更しましょう。パワトラの間隔が広くなりますが、その間に電源関係の部品を集約して、
ＧＮＤがあまり広がらなくしました。併せて電圧レギュレータも基板の上下に分散していたものも中央に集約しています。
あと位相補償のＲＣも加えました。ＬＲについては基板の外配置です。
入力ＧＮＤは電源ＧNDから一気に直線的に引っ張ってやりましょう。

Ｒ．さんのお許しはなかなか出そうにないです（笑）。
ＳＴさんからのリクエストも入れて、少しユニバーサルスペースを設けました。
ひょっとしてイコライザーなんかにも改造できるかな？
まずはこんな感じになっています。あとは配線のチェックと、できるだけ配線を太く短くする工夫をしていきます。
電圧増幅段はベタの方がいいかな？

専用というわけではないけれど、このアンプ基板に接続しやすい電源基板も組んでみました。
ディジット御用達コンデンサ(1000uF/50V）を２０個使います。あるいは3300uF/35Vのものでもいいでしょう。
いずれも１0個２00円だったのでお財布に優しい・・・・でも在庫まだあるかな？


とりあえず完成？2006.12.27

ベタを塗るかどうかは決めていませんが、とりあえずの完成版かな？回路図もパーツＮｏを書き直しました。

（クリックするとPDFファイルが立ち上がります）

ベタ塗りバージョン。電圧増幅段のところだけベタになります。

（クリックするとPDFファイルが立ち上がります）

パターンをチェックして、すこし修正。これで多分完成です。もう基板屋さんも休みにはいっているので、発注は年始になります。
こうやってパターンを晒せばチェックが入るかな？
　シルクのみ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　トップレイヤーのみ　　　　　　　　　　　　　　　　　ボトムレイヤーのみ
　
（クリックするとPDFファイルが立ち上がります）

基板ができあがるのはだいぶ先の話しだけれど、部品集めは進めましょう。
今回のパワトラ関係は下記をつかってみようとおもっています。
最終段　　　C5200/A1943　Iｃ=15A、Pc=150W
ドライブ段　C4936/A1869　 Ic=3A、Pc=10W
どちらも東芝のアンプ用途のもので、結構安価です。

電源基板も一応完成。２パターン描いてみた。
上と下でなにが違うかといえば、リレー内の２回路を一つにまとめてつかうか、あるいは個別で使うかの差異くらい。
ヘッドホン用ならこの基板１枚で電源供給は十分なので、２枚のアンプ基板に電源が供給できるように出力端子を
多目に設置。反対にパワーアンプ用にはアンプ基板１枚に電源基板も１枚つかうことを想定。電源端子類もアンプと
接続しやすい位置に設置している。


基板発注　2007.1.4
まだ基板屋さんはお休みだけだどデータだけ登録し発注手続き完了です。
１／１５発送予定ですから１／１６には手元に入りそうです。
結局注文した基板は次のような３面付け。アンプ基板×１に電源基板×２です。
それぞれ１０枚の発注で計５万円強なり。１枚あたり１７００円見当ですが、沢山作れば安くなります。
量産時の製作数は別途考えましょう。

またアンプ基板についてはBBSで差動入力のリクエストもあったので、IN-が取りやすいように若干パターンを修正しました。
オペアンプライクに使えるとおもしろいかもしれません。

（クリックするとPDFファイルが立ち上がります）

とりあえずは基板ができあがる１月半ばまで一旦お休みです。

2007.1.16　基板到着！　2007.1.18

正月休み明けはいきなり仕事でバタバタしてしまって、出張から帰ったら基板が届いていた。
今回は試作なので基板を分割するルータ代をケチって１枚物で発注しました。
切断するには汗をかかないといけないのですが、その分は報われそうです。
今回のヘッドホンアンプは部品配置に余裕を持たせたので意外と大きいです。
サイズで１００×１２５ｍｍあります。

届いた基板。サイズは１００×４００ｍｍとちょっとでかい。

　
これがメインのヘッドホンアンプ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　電源基板

いきなり間違えた！
電源基板のシルクをみてなにか違和感を感じたのでよく見ると、アリャ〜！ネーム間違えました。
まあ、試作なのでご愛嬌です。


こんなところ間違えるなんて・・・・ｉが一つ多い・・・・

ちょっとだけ番外編

今日はお遊びの基板を作って寝ましょう。
今回の試作で余ったスペースにお気楽につかえる３端子レギュレータの電源基板を押し込みました。
LM317/337もお気楽ですが、ちょっとした回路の試作ではこれが一番簡単です。
この電源基板をつくったもう一つの理由は以前にja1wbyさんからコンデンサを沢山いただいて、それの活用のためでもあります。
電コンで560uFのものを300個ほどいただきました。ということで、このコンデンサに合うように基板のレイアウトをきめました。
この基板で必要な電コンの数は１６個になります。
　
３端子用の簡易電源基板。　　　　　　　　　　　　　　　　ja1wbyさんから頂いたコンデンサ。560uF/50V。

整流ダイオードもお気楽にと思いブリッジをつかいます。これは秋月のワンコインで５個はいっている
安価なものですが、６００Ｖ　４Ａと容量的には十分です。

これが@20円で買える秋月はすごい。

組み立て完成はこんな感じ。コンデンサが隙間無く納まっているのが解るでしょうか？
ちょうどアナログ回路用に正負１５Ｖのレギュレータで組みました。
基板を除けば部品代は300円くらいかな？

完成したお気楽電圧レギュレータ。

まずは電源基板から　2007.1.20
週末の夜ですので、ちまちま作り始めましょう。まず電源コンデンサ以外の部品をすべて取り付けてみました。
整流ダイオードは600V/2Aのものです。これは秋月売っているＶＩＳＨＡＹ製GPP20Jというものです。
２０個１００円でした。その他、オペアンプもLM358（５個100円）です。
安くて便利な店ですが、いつまでも同じ物があるとは限らないのが怖いところです。

電源用コンデンサの実装はこれから。

コンデンサはなにを使おうか？

電源コンデンサは当初は1000uF/50V LXZという低ESRのものをつかうことを想定しています。
これはデジットで@20円で売っていたもので、並べてつかってもお財布には優しいです。
直径はφ16.2ですが、この電源基板ではすこし余裕があります。
コンデンサを１０個並べて10,000uFです。ヘッドホンでは十分でしょう。

LXZを並べてみました。


こういう選択もありかな？

こちらは秋月で売っていた４個１００円のコンデンサ。容量単価ではこちらの勝ちです。
ニチコンだったかな？

こちらのコンデンサも安い。

このコンデンサの直径は18mmあるので、ちょっとサイズオーバですが
10本並べてみると、かなり窮屈ですが入りそうです。
10本あれば33,000uFですから、ダイオードが飛びそうで心配です。

かなり窮屈ですが、入りました。

もうすこし本数を減らしてコンデンサ５個にすれば千鳥配置で余裕ができます。
５本でも16,500uFですからかなりの容量になります。でも空いたパターンが少し寂しい。

これならスッキリ！


やっぱり当初路線で・・・・・

やっぱり、もともとの設計で進めましょう。基板の色調もこちらのほうがよさそうです（音はわかりませんが）。
で、LXZを20本半田付けして完了！このコンデンサだとリレーの高さと一致するので、横から見ると高さが揃って綺麗です。
ちょうど御堂筋のビル街のような感じです（関西ローカルですんが・・・・）。

高さも揃って綺麗にみえます。

MUTE用の電源トランス線は基板内のAC1,AC2に接続接続することになりますが、
今回（というより大半の場合は）メイン電源のトランスと併用するのでジャンパーをしておきます。

電源とMUTE回路を別トランスにする場合は、ここに接続。

ジャンパーは基板の裏側にあるので、半田でブリッジしてやれば完了です。
　　
MUTEと電源回路のトランスを併用する場合のジャンパーパターン　（左：接続前、右：接続後）

そして電源基板の完成！
こんな感じで完成しました。さて、次はいよいよアンプ基板にかかりましょう。

完成！

次はアンプ基板にかかろう！

まずは小物である抵抗器あたりから半田付け。抵抗器は数と種類が一番多いのでパーツ箱から探すのに時間がかかります。
これが終われば、あとは早くできます。今度の基板は部品間の距離を多めにとった（500mil)ので全体に余裕があります。
今回気付きましたが、部品の配置に余裕があると半田付けが意外と簡単です。あたりまえといえば当たり前ですが、
隣とのブリッジをあまり気にする必要がないですからね。

まずは抵抗器を取り付け。

この基板ではひとつだけリードタイプの部品を表面実装部品のようにとりつけるところがあります。
それはＣ１１ですが、ランド穴が裏面のパターンを細くしそうだったので、あえてこうしました。

表面にとりつくコンデンサ。取り付けは意外と簡単です。

バイアス電圧を発生させるトランジスタ（Ｃ１３）については外付けが可能です。その場合はジャンパー線
が必要なのでＪＰ１のところを半田でブリッジさせます。

ジャンパーは半田ブリッジで済ませましょう。

完成するとこんな感じです。今回は試作なので、FET(2SK117)の選別はしていません。
まずはこれでどのくらいオフセットが出るか実験してみようと思っています。
それと位相補償関係のＣも、この段階ではとりつけていません。発振するのかしないのか、
安定性についても調べてみようと思います。

ひとまず基板は完成！

最後にパワートランジスタを取り付けます。今回は試作なので銅板（100×200×2mm）のものに穴をあけて
基板とともにとりつけました。この銅板はデジットで買いました。１枚８６０円でしたが、将来はもっと高くなるのかな〜
と心配したりします。なんせ銅の価格ってここ数年で４倍以上になっているらしいですからね。
銅板は重みがあるのと熱伝導もよいので、アルミに比べると触った感触が冷たいです。
これくらいの大きさだと、かなりバイアス電流を流すことができそうです。

銅板の上に基板を仮組。

パワトラの取り付けの様子はこんな感じ。基板にはケーブルを介さず直接半田付けしています。
パワトラはあとで再利用しますから、リードをできるだけ残すようにしたいので、基板のスペーサは15mm高さのものをつかいました。

銅板へのトランジスタの取り付けの様子

さてここからが本番！　

動作確認に入っていきましょう。組み立てるのは簡単ですが、予期した動きをしないと困りますからね。
まずは電源基板から。何度もつくったことのあるMUTE回路ですし、それに単なる平滑回路ですから、
間違うこともないとは思います。でも、こんな簡単な回路でも電源を入れるときは緊張してしまいます。
今回つかったトランスはＲＳコンポーネンツのトロイダルトランスです。
出力が０−１８×２（１．４Ａ）のものです。
電源を入れて素早く電圧を測ってみます。電圧計が２３．１Ｖを示しましたのでＯＫです。
MUTEリレーも電源投入後、３秒ほどたってＯＮしました。
これで電源回路の動作確認完了です。さっそくアンプにつないでみましょう。

トランスをつないで電源ＯＮ！

アンプにつないで、テストの準備が整いました。出力端子はオシロにつながっています。

動作確認のセットアップ。

あ、電源を入れる前にパーツの付け忘れがありました。
下の赤枠でくくった抵抗２本とコンデンサ２個です。Ｒ．さんの図面では150pになっていますが、
手持ちでは100pと220pしかありません。どちらにしましょうか？

付け忘れていた素子部分。

コンデンサの選択は周波数特性を確認して選びましょう。すでに、R.さんの定数から変更しているところも
あるので再度計算し直しました。
まず大きな変更点はＦＢ抵抗値で元々は３．９ｋ／１ｋの組み合わせで５倍に設定されていましたが、
私の場合は９．１ｋ／１ｋで１０倍にしています。
またＤＣサーボの定数も元々は0.1uFと4.7MkΩでしたが、手持ちの抵抗器の最大値が1MΩだったので、
ここも1uF、1MΩに変更しています。

そしてC3,C4を220pFで計算するとこんな感じです。ちょうど1MHzで-3dBくらいの周波数特性になっています。
下限については-3dBで4Hz程度ですから、ヘッドホンでも十分でしょう。スピーカなら10Hzくらいでしょう。

C3=C4=220pFの場合

つぎにC3、C4を100pFにしてみましょう。周波数特性はぐんと伸びて1MHzでも-0.5dB程度でしょうか。
こっちでもいいけど、不必要に周波数特性を上げても良いのだろうか？

C3=C4=100pFの場合

ここは220pFにしてみましょう。
コンデンサの値はどちらでもよかったのですが、とりあえず220pFにしておきましょう。
というのは220pFが３個しかなく、ステレオ用には足りないので試作ということなので100pFを温存しておくことにしました。
＃また近々に日本橋に買い出しに行かなくっちゃ！

電源ＯＮ！
部品もとりつけて早速電源をいれてみましょう。結構緊張する一瞬です。
でも、無事動きだしました。

調整箇所は２箇所あります。
バイアス電流：ＶＲ２を回すとバイアス電流が増えていきます。ＶＲが中点位置で約1mAで、
最大まで回すと270mAになりました。ヘッドホンでもパワーアンプ用途でもこの定数でＯＫそうです。
Ａクラスパワーアンプにするには、すこし定数の変更が必要でしょう。

オフセット：今回FETは選別していませんが、ボリュームＶＲ１が中点位置で発生したオフセットは
-80mVと小さめでした。VR1を3０度程度回してやると、オフセット0mVに調整できました。

周波数特性は？
いつものごとく、周波数特性を見ていきましょう。
オシロの上側(Ch.2)が入力電圧で振幅で約400mVを加えています。
オシロの下側(Ch.1)が出力電圧で振幅はゲイン１０倍ですから約4Vになっています。

無負荷の状態ですが、位相補償関係のＣが無くても発振せずに動いているようです。
周波数1MHzのときに振幅が70%（-3dB）程度になっていますが、これはシミュレーション通りです。
周波数特性はまったく問題ないですね。

　　　　　　　　　　　f=1kHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=10kHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=100kHz


　　　　　　　　　　　　　f=300kHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=1MHz

Tea Time 2007.1.21

久しぶりに日本橋でお買い物。今日は昼から家族で昼食に出かける予定なので、帰宅時間は１１：３０分を予定。
家を9:35分に出発して、デジットの近くのコインパーキングに車を停めて、店に入ったのが丁度１０：０２分だった。
やはり休日は道がすいています。
　で買う予定のものはアンプを作るために不足していた部品たち。
１．ツエナーダイオード
　R.さんの指定では15Vでしたが、電源電圧が高めなのでもう少し高い電圧値のものとして17.2Vもかった。
余裕をもって１０本づつ買ったが、いま気づいたけど１０本程度じゃすぐに消費してしまいそう。
ちなみにこのアンプ基板はにツエナーは必須ではありません。無い場合でもリップルフィルターとして機能しますし、
いままでの動作チェックでもツエナーは入っていません。パワーアンプに仕上げる場合は、抜いたほうが電源電圧が
有効につかえるでしょう。

１５Vと１７．２ＶのツエナーＤｉを１０本ずつ購入

2.1000uF/50Vのコンデンサ
平滑コンデンサも残りも少ないので買い足しました。いつもは10個づつに袋に小分けしてあるのですが、
何袋かレジにもっていったら元袋（５０個入り）を出してこられたので、そちらに交換してもらいました。
店の人も再度小分けする手間が省けますからね。
一袋換算では１０００円です。

　　1000uF/50Vのコンデンサ

３．１５Ωの酸化金属皮膜抵抗器
スピーカの位相補償用の抵抗器（１０Ω）をさがしていたら、これが目につきました。
１５Ωで３Ｗ（２Ｗ？）のものが１００個で１００円です。いわゆる半端ものなんでしょうね。
抵抗値も１０Ωに限定する必要もないので、これに変更しました。

１５Ω酸化金属皮膜抵抗器

４．その他
　１００ｐ、２２０ｐのフィルムコンデンサやタカチのＹＭ３５０ケースなど
　デジット以外ではテクサンでALPSの可変抵抗器(10kΩＡ）など。

あまり時間も無いので、１１：００には日本橋を退散。
帰りも道がすいていて、１１：３０には帰宅。せわしかった・・・・

負荷をつないで見よう！

パーツボックスを探していたら、6.8Ω/20Wのセメント抵抗がでていきたので、これを負荷がわりにつかいましょう。

負荷用の抵抗です。

テストの前に、本日日本橋で仕入れた部品を実装します。
ツエナーダイオードは17.2Vのものを使用。ツエナー自体の電圧は実測で17.23Vと17.66Vでしたが
出力電圧はトランジスタの電圧降下があるので、それぞれ16.54Vと16.94Vでした。
この電圧の場合、アンプの出力最大電圧は１５Vくらいでした。
その他に追加した部品はスピーカの位相補償用のＣＲで0.047uF/15Ωを実装しました。

ではテストに移りましょう。

オシロの上側(Ch.2)が入力電圧で振幅で約400mVを加えています。
オシロの下側(Ch.1)が出力電圧で振幅はゲイン１０倍ですから約4Vになっています。

振幅自体は無負荷とほぼ同じですが、高い周波数になると波形にひずみが見えてきます。
100kHzでは位相遅れもほとんどなく波形も相似性を保っていますが、
300kHzでは位相も少し送れ、出力波形もなんとなく崩れてきていますね。
1MHzになると波形の上下対称性がづれているのがよくわかります。
まあ、ビデオアンプではないのでこれだけの性能が得られればアンプとしては十分でしょう。

　　
　　　　　　　　　　　f=10kHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=100kHz　　　　　

　　
　　f=300kHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　f=1MHz

とりあえず、アンプ基板の動作確認はこれでＯＫとしましょう。
結局のところ位相補償はスピーカ出力のＣＲしかつけていませんが、とくだん発振などもなく安定しているようです。
もっとも、実際のスピーカ負荷になるとケーブル長が長くなったりして、何が起こるかわからないので、実機のときには
取り付けたほうがいいかもしれません。

ケースにはどのように納めようかな？

比較的加工が簡単なタカチのYM350を準備したので、これをつかってみましょう。
ボリュームは入力部の配線が短くなるようにシャフトで延長してみたいと思います。
ケース内のレイアウトはこんな感じになりそうです。トランスが接近していますが、たぶん大丈夫でしょう。
まあ、ぼちぼちと作業を進めていきましょう。

ケース内の配置はこんなかんじかな？

作業再開！2007.1.28

まずはボリュームのステーから組み立てます。このステーはアルミのＬアングルから切り出したものです。
結構厚めですが、このくらいあると頑丈で前後に揺れなくて都合がいいのでした。
問題は、このステーと同じ高さの位置にケースにブッシュ用の穴をあける必要がありますが、
いかんせんYM350のケースは1mmの薄いアルミで曲げて作ってあるので、ドリリングが難しい。
すぐにケースがしなって穴の位置がずれてしまいます。結局、1mmほど下側に穴があいてボリュームの軸とずれてしまいました。
左右のずれはＯＫですが、上下の平行なずれはユニバーサルジョイントではそのガタを吸収しきれません。

　　
　まずはボリュームをステーに取り付け。　　　　　　　　　　　　やっぱりずれたか・・・・

といっても焦る必要はなく、ブッシュの穴をヤスリでゴシゴシと削って長穴を開ければすぐに修正できます。
ほらね、ボリュームの軸心が一致するようになりました。ここまで、できれば、あとは適当な位置にボリュームを固定するだけです。

　　
ケースの穴をヤスリで拡張！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　これでピッタシ納まりました。

ボリュームの固定位置を慎重に確かめながら取り付けビスで固定します。少々斜めになっても回転には支障ありませんが、
出来るだけスムーズに回った方が気持ちよいですしね。

位置を確かめながらビス止め

その他の必要な機構部品も取り付けてしまいまし。ここまでできればあとはひたすら半田付けするだけです。

ケースの加工も完了したので基板を並べてみました。

電源基板に位相補償用のＬＲをとりつける。
コイルはφ１ｍｍの被覆銅線をつかいます。太めのマジックインキに４．５回巻き付けてコイルをつくりました。
コイルを巻いたあとで、被覆を剥がす作業は面倒なので、最初に所定の長さに導線を切り出して両端の被覆を剥いたあとで、
コイルの形に巻いていきます。

位相補償用のコイル。もちろん手作りです。

コイルを電源基板に実装して完成！

もう１枚のアンプ基板をつくる！2007.2.2

トランジスタの向きは注意が必要ですが、１枚完成基板があるとそれに合わせてつくれば楽チンです。
一部のフィルムコンデンサの色が違いますがこれはご愛嬌です。

必要な２枚の基板も完成

基板が完成すればケースへの組み込みです。このときパワートランジスタも同時にとりつけますが、
今回つかうケースはタカチのＹＭ３５０という１ｍｍ厚のアルミのケースです。加工はしやすいのですが、
剛性はあまり高くありません。そのため、トランジスタを直にとりつけた場合に、できるだけ不要な力がかからないように、
リードをくの字に曲げてとりつけます。こうすれば、少々ケースが歪んでも、この部分で応力か吸収できます。


リードは予め曲げておきます。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ケースと基板とトランジスタ

さて、部品や基板を取り付けた状態はこんな感じになります。
パワートランジスタがパネル前面近くに並びます。ちょうどケースの折れ曲がる位置ですから
強度的には強いところなので、あまり不要な力はかからないでしょう。
この位置ですから、しばらく通電していればツマミあたりがホッカとするかもしれません。

トランジスタはパネルに近い位置です。

最後にケース内での配線が残っていますが、この状態で１枚パチリ。

完成までもう少し！配線前の状態。

Before　&　After　

配線する前（上）と配線後の写真（下）ですが、あまり変わりませんね。それだけ配線長が短くて済んだということでしょうか。
ボリュームシャフトの延長の効果がでています。また、偶然でしたが電源基板とLEDの配置が近接していたおかげで、
LED配線も短くてすみました。ただ、電源スイッチの取り付け位置を読み違えて、基板を25mm浮かして取り付けることに
なってしまいました。ケース上蓋とのクリアランスは1mmちょっとです（ヒヤヒヤものです）。


完成！


LEDの配線もスッキリ

ボリュームツマミを回すと、すこし摩擦感があります。これはシャフトがアルミなのでバリとかが出やすいためでしょう。
真鍮やステンレスならそんなこともないとは思いますが、アルミ棒が安かった(φ６で220円/ｍ）ので、ついこれを選択してしまいました。
摩擦感を無くすためにシャフトの軸受けのところにはグリスを塗りました。
ホームセンターに行けば色々なグリスがありますが、今回はこれを買ってきました。
モリブデン入りのグリスで青虫みたいな大きなチューブに入っています。これで約２５０円でした。
安いのはいいのだけど、これだけ買ってどうするの？（笑）。
　　　　　
モリブデン入りグリス。文庫本と比べても大きなサイズ。　　　軸の中にグリスを塗布。余ったグリスは拭わなくっちゃ。

調整＆音だし！

まずは電源投入。異音や発熱する部品が無いか確認します。
といっても、今回のアンプ基板にはそれぞれ３個のLEDがついていますので、それらが薄暗く点灯すれば回路的には
問題なく動いていると思っていいのかもしれません。

調整箇所は２カ所でバイアス電流と出力電圧オフセットです。
バイアス電流はヘッドホンアンプということで50mAに設定。本当は10mAもあれば十分でしょう。
出力電圧オフセットは0Vを狙いますが、そこまであわせ込むのも難しいので0.3mV程度で妥協しました。

さて、ヘッドホンをつないで音だししてみましょう。

ん？わずかにハムが聞こえてきます。
症状としては
ボリュームの位置の依存性はありません。トランスから距離の異なる左右でもハムの出方は同じです。
ということでトランスからの漏洩磁束の影響ではなさそうです。
気にならないレベルといればそれまでですが、ヘッドホンでは意外と音に集中できますので、
ハムが無いにこしたことはありません。

この場合のハムの対策はＧＮＤ回りが多いので、色々と探ってみると
ＧＮＤ線を入力部にあててみると、ハムが小さくなる。
入力部近くのパターンを取り付けネジと接触させるとハムが小さくなる。
といった感じです。入力部のＧＮＤインピーダンスがすこし高いのか、あるいは静電ノイズ？でしょうか。

対策としては追加でＧＮＤ線を引き回しました。少し太めということでφ1.６の屋内配線用の単線をつかいます。
基板にこの線を直接半田づけするには太すぎるのと、基板に力がかかりますから、
ラグ端子を基板の取り付けネジで部に取り付けて、そこを起点にした配線を行います。
そして、そこから基板のGNDパターンに半田付けするようにしました。
こういった配線の半田付けにつかうこての容量は大きいほうがいいですね。いつもの２５Ｗのコテだとなかなか暖まりません。

　　
追加のＧＮＤ線　電源基板→アンプ基板


追加のＧＮＤ線（その２）　電源基板→ヘッドホン

上記の対策でハムは収まりました。定電圧電源を使う場合は、少々ＧＮＤ電位が変動してもハムがのることはないのですが、
非安定化電源を使う場合はＧＮＤ強化は必須です。そういえば、いままで非安定化電源のヘッドホンアンプって作ったこと
ないかも。それらもＧＮＤ強化をしてやれば、音質もよくなるかも知れません。

試聴！

ハムも収まったので、早速お気に入りのＣＤをかけて聞いてみましょう。
ソースとしてつかったＤＡＣはORIGINAL NOSDACです。シングルPCM61Pですが、
素直な音ながら暖かみのある中低音を聞かせてくれます。
ソースのＣＤは「のだめ」の中ででてきた「ラフマニノフ　ピアノ協奏曲Ｎｏ．２」です。この曲は３枚持っていますが、
ランラン(Lang Lang)の演奏が一番お気に入りです。

まず音量レベルはボリューム位置で約１０時です。ゲインが１０倍でヘッドホン保護抵抗が入っていないので、
ボリューム位置は少し低めです。反対に、いつもつかっているDAC1794＋ヘッドホンアンプでは、ゲイン５倍で
保護抵抗１００Ωが入っているため、常用のボリューム位置は２時くらいです。

最初に出てきた音を聞いて、やっぱりアンプで音が違うものだな〜というのが第一印象。
電流帰還アンプの音が非常に正確なモニター調の音とすれば、このアンプは懐深いおおらかな音といった感じです。
聞き疲れしにくいタイプの音でしょうか。すこし暖かいコンサートホールの椅子に座って、ウトウトしながら音の中に
浸るような雰囲気で聞くことができます。かといって音離れや、分解能が悪いわけではありません。

しかし、電流帰還アンプと比べてもまったく意味がないことですね。
そもそもソースとなるＤＡＣが違うし、出力のトランジスタ（ＭＯＳ／バイポーラ）も違うし、何の比較になっているかわかりません。

ごちゃごちゃ考える前に、休日ですのでのんびりを音楽を楽しみましょう。

完成したヘッドホンアンプで試聴！

さっそくR.さんからコメントありました。

アイドル電流については、まだきちっと計っていませんが、50mAほどなので発熱も少なくて影響がでるかどうかすらわからないかもしれません。
気になるハムについては追試してみました。ＧＮＤ接続の位置を変えてハムの出方を確認したところ、
ハムの大きな順に

電源端子部　　＞　入力端子の周辺（シャーシアース含む）　＞　電源端子部＋入力端子の周辺（シャーシアース含む）

の様な気がします（僅かな量なので主観の入った耳判断です）。で、見かけ上は入力端子の方がGND点としては良さそうに見えるのですが、
実際にハムに対して効果大だったのがそれらのGND位置よりもケースの蓋をする　ということのようでした。
基板パターン内での電位差を抑える点からは電源端子部へのGNDがもっとも有効なはずですが、
「入力端子の周辺（シャーシアース含む）」が基板ベタ面をできるだけシャー電位に等しくしてシールド性を高めるという点で、
ハムに対してより効果がでたとおもいます。
アンプ製作はバラックで組んでも、その性能がわからないということなんですね。
とくにFETのように入力抵抗の高い素子をつかった場合は注意が必要なのでしょう。

パワーアンプの実力や如何に？

このアンプの回路構成自体はパワーアンプのそれと全く同じなので、ほとんど回路定数を弄ることなく
パワーアンプにも転用可能と思われます。ということで、パワーアンプにつかっても大丈夫かどうか確認してみましょう。

保護回路を切る！

ヘッドホンアンプ用に組んでいたので、電流が約６００ｍＡに制限されています。
パワーアンプにつかうにはもっと電流が流れる可能性があるので、電流制限のための保護回路を切っておきます。
R34,35の抵抗をショートさせておけば、電流制限はかからなくなります。

電流制限回路を切る！

まずはこの状態（無負荷）で出力の最大電圧を調べてみましょう。電圧増幅段には約1７Vの定電圧電源が入っているので、
最大出力電圧は１６Ｖくらいです。これを少しでも超えると途端に電圧の高いところで歪んでしまいます。
　　
最大電圧は１６Ｖくらい。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１６Ｖを越えると波形は頭打ち

では、負荷抵抗をつないで見ましょう。６．８Ω２０Ｗのセメント抵抗ですが、ほぼスピーカの負荷抵抗に等しい値です。

負荷抵抗を接続。

この場合、最大電圧は１４Ｖくらいまででています。ただ、それを越えると波形が歪むようです。
無負荷では１６Ｖまで出ましたが、負荷をつなぐと電源電圧が低下するのでどうしても出力電圧が低下してします。
無負荷時の電源電圧は21.3Vですが、負荷時の電圧は18.7Vでした。
しかし、ここまで電流を流せるとなると電源電圧を高くすれば、かなりパワーの有るアンプになりそうです。
ちなみに６．８Ω負荷で最大電圧１４Ｖ出ましたので、最大出力は約２９Ｗです。実効出力はその半分の14Wくらいですから、
これでも実用上は十分でしょう。
出力増大には電圧を上げればいいのですが、2SC1815/A1015をつかうとすればVceの電圧を越えるでしょうから、
ＴＲの選定には注意を払う必要がありそうです。ちなみに2SA1015/C1815のVceは最大で50Vです。
　　
6.8Ω負荷時の最大電圧　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　最大電圧を超えるとこの通り。


（つづく・・・・・かな？）