3WAY-SP ラック内：右側が上からチャンデバ、アンプ（TW用）、アンプ（ＭＤ用）、アンプ（ＷＦ用）
左側が上からDAC１７９４−３、DAC1704-4D、だＣ１７９４−Ｄ、プリアンプ
高精度アンプは実現するか？2011.1.2
ＷＦが鳴らない！との年末年始のチェック時にアンプを久し振りに開帳して気付いたが、やはり古さを感じてしまいます。
といっても高々５〜６年だし、まだまだ現役で頑張ってくれそうなのですが、ここらで一度新調してみたくなる気もします。
スピーカの方はまだまだ使いつづけるつもりですが、こちらも箱の容量の割にはバスレフポートが細長いこともあり、
十分な低音というわけにはいきません。容積を小さくしてポートも短くする改良をしたほうがいいかもと思っています。
それとあわせて、現在のマルチアンプをやめてＳＰ内にネットワークを組み込んでシングルアンプで鳴らした方が、
システム自体もシンプルになるのでかなり悩みそうです。
3WAY-SP ラック内：右側が上からチャンデバ、アンプ（TW用）、アンプ（ＭＤ用）、アンプ（ＷＦ用）
左側が上からDAC１７９４−３、DAC1704-4D、だＣ１７９４−Ｄ、プリアンプ
いづれにしても、次期アンプを検討をしたいな〜と思ってきました。
それに、昨年のオフミでは、次回はDAC禁止例がでて、アンプとスピーカがメインになりそうなので、
出し物を揃えることもかんがないとね。
アンプづくりのコンセプト
アンプといっても人により求めるものは全然ちがうと思いますが、私の場合は
１．ピーク出力は５０Ｗくらい
最大出力をどの程度にするかは人によってまちまちでしょう。私の場合は、さほど大きな音ではききません。
それでも、うるさいと思いながら聴いているときのSP端子の電圧を測ってみてもピーク値で８Vくらいです。
さらに近所迷惑になるな〜と思いながらボリュームを上げた場合でも最大で１５Ｖくらいです。
ということは、最大で２０Ｖも確保できれば十分なところでしょう。
２０Ｖといえば、４Ω負荷のスピーカだと最大で５０Ｗの電力消費になりますからアンプとしてはそこそこの出力です。
２．低歪み、高S/N、高ダンピングファクター
これはアンプの基本でしょうから、できるだけ高いに越したことはありません。
そのために多少素子数が増えても許容できます。シンプルな回路構成も魅力ですが、
まずは性能第一です。
３．安心してつかえる
電源ON時のポップノイズはいやなものです。ＳＰの為にもない方がいいですね。
ｍｕｔｅｌ回路は必須でしょう。
それと出力短絡時などに備えて過電流保護回路も必要でしょう。
ＤＣ漏れも考えてサーボ回路もあるといいかもです。
回路構成は？
以前にR.さんから頂いたHPA用の回路をベースに考えてみましょう。
これは歪み率で0.00014%の優れものです。
オリジナルの回路は下記の通りですが、すこし付帯回路も多くついていますので
すこしスッキリした感じで再考してみたいと思います。
これはオリジナル回路。保護回路や電圧レギュレータなどがはいっています。
すこし省略
保護回路、DCパッシブサーボ等を省略した回路です。
電圧増幅段の電圧は３５Ｖ、電力増幅段の電圧は２５Ｖに設定しています。
少しスッキリした回路。
これで1kHzでのFFTを実行してみると下図のように非常に優れた特性が得られます。
下図では８Ω負荷時の特性です。
FFT特性（＠１ｋＨｚ） 負荷は８Ω ゲイン２０倍、入力電圧１Ｖ
低負荷はしんどいのかな？
負荷抵抗を４Ωにしてみると、ちょっと出力振幅に歪みがでてしまいます。
これは、最終段のトランジスタの負荷が高くなってしまうためでしょうか。
シングルの出力段では４Ω負荷はすこし厳しい？
パラにしてみましょう！
低負荷も駆動できるようにということで、出力段をパラにしてみました。
これで１つあたりのトランジスタの負荷が軽くなりますので電流負荷にも強くなります。
最終段をパラにしてみました。
その結果、出力波形も綺麗になりました。５０Ｗくらいのアンプでも出力抵抗が低くなることを考えると
パラくらいにしたほうがいいのかな〜って感じです。
パラ化で出力波形も綺麗になりました。
FFT特性も綺麗です。
最終的な回路は、
こんな感じでしょうか、
アンプ内の構成は、
いつもの愛用のタカチのケースをつかいたいところですが、トランスを入れるには少し高さが足りないので
70mm→99mm高さに変更しようかと思います。そうすると、電源基板とアンプ基板を２枚重ねにできる余裕があります。
電源基板の高さはコンデンサの高さに律束されて約40mm、アンプ基板はリレーの高さで決まってきて25mmです。
あとは余裕代をみてなんとか入りそうです。
ケース内の構成はこんな感じでしょう。
ケース内の構成イメージ
トランジスタはＬ型のアルミアングルに取り付けで、ケース底板に熱を逃がすようにします。
アイドル電流をあまり高くとらなければ、放熱はこれでいけるでしょう。
回路としての構成はこんな感じかな。
電圧増幅段は定電圧回路をいれて安定した電圧を供給。
電力増幅段を定電圧化するかどうかについては意見が分かれるところですが、今回はシンプルに平滑化のみにしましょう。
アンプの回路構成
まずは基板のサイズを検討
おニューのケースを組み立てて、トランスを配置してみました。あまりのスペースから基板サイズをどのくらいにするか検討してみます。
ベースとなる電源基板はおよび１９０（幅）×１８０（長さ）mmくらいになりそうです。
トランスを配置して基板のスペースを確認
電源基板は２分割にするかどうかは悩ましいところです。２枚にした方が自由度が高くなりますが、
取り付けが面倒になるかな〜っと。
まあ、もう少し考えてみましょう。
とりあえず、コンデンサとしてはリードタイプのものとブロックタイプのものが両方つかえるように
すると色々なコンデンサが利用できるかもです。
リードタイプだと片側で１４個登載できますから、以前に秋月で大量にかった3300uF/50Vのものだと
トータルで46,200uFになります。ブロックタイプ（直径30mm)ものなら４本並列が可能で、これもまた
秋月の4700uF/50Vをつかうと想定すれば18,800uFになるので容量的には十分でしょう。
整流ダイオードはセンタータップ(CT)でないトランスも使えるように分割タイプにしましょう。
電源基板を検討中・・
メインのアンプ基板も部品を配置
どのくらいの部品の密度になるか確認のために配置。一気に描いてしまいました。
ベタはどうしようかな？
ベタも塗ってみました。回路図とチェックしてみて一応完成です。
完成（？）したアンプ基板（クリックするとPDFがたちあがります）。
部品番号を振り直した回路図（クリックするとPDFがたちあがります）。
実測してみましょう！
トランスは上記のシミュレーションで用いたRA200トランスです。
ブリッジは普通のものをつかっています。そして出力には電流測定用に0.22Ωの抵抗をつけました。
この抵抗の両端の電圧を測定して電流に換算します。
測定のときのセットアップ ダイオードの出力に抵抗をはさんで電流を測定しました。
測定結果は下図の通りです。おおざっぱですが１目盛り分（１０Ｖ）のラッシュカレントが観測されています。
これは電流に換算すると10/0.22=45Aになります。
過渡現象のみキャッチは難しい（横軸：200mS/div、縦軸：10V/Div)
さて、この実測を確認するために抵抗を追加したシミュレーションをしておきます。
コンデンサの数は８本に修正します。
修正した回路図
上図でＲ５（０．２２Ω）に流れる電流をシミュレーションしてみると約56Aの結果になりました。
ほぼ実験値と同じですね。実測が若干低いのはトランスのＬ成分やその他の配線抵抗などが
効いているのでしょう。
シミュレーション結果は実測とほぼ同じ。
いづれにしても、このトランスをつかった場合のラッシュカレントは２次側で100A程度になるようです。
この電流にラッシュで耐えら得るダイオードが必要です。
あと、１００Aの電流が２次側に流れると１次側は22/141×100=15.6Aですから、
有る程度の容量のフューズでないと溶断してしまいます。スローブロータイプのものにするか
あるいはフューズの容量を上げるかしないといけないですね。
あまりフューズの容量を大きくすると保護になりませんから悩ましいところです。
やっぱりラッシュカレントを抑える工夫が必要なのかもしれません。
同様にRA200トランスの30-0-30V(0.3A)側のラッシュカレントを試算すると
巻き線抵抗が3.88Ωと高いのですが30*1.41/3.88=10.9Aと結構な値になります。
あまり容量の小さいダイオードでない方がいいでしょう。
こちらもラッシュカレントの抑制をする方策があったほうがいいのかもしれません。
ラッシュカレントを抑えるには・・・・
簡単な方法はどこかに抵抗をはさむことでしょう。数Ωの抵抗を入れるとそれだけでラッシュカレントは激減します。
ただし、抵抗をはさんだままだと損失が大きいのでコンデンサの電圧が飽和したところで抵抗の両端をショートさせる
リレーなどが必要です。リレーを入れる時定数を間違えると、リレーの接点に過電流が流れますから、接点の焼き付き等
の原因になります。ゆっくりとリレーを動作させる必要があるでしょう（それでも３秒くらいかな？）。
使用するブリッジダイオードは
こんなのがいいかな？
MOUSERで１５０円程度です。容量的にも20Aで十分。ラッシュカレントも200A対応です。
このダイオードをつかってラッシュカレント防止用のリレーも登載した電源基板（電力増幅段用）です。
ブリッジダイオードが３個登載可能になっていますが、ＣＴ付きトランスをつかう場合は真ん中のみに実装し、
２系統のトランスをつかう場合は上下に実装することで対応できます。
電力増幅段の電源基板
さてさて 2011.1.23
のこるは電圧増幅段の定電圧回路とミューティング回路を登載して基板のアートワークを描いて試作準備完了です。
電圧増幅段、ミューティング回路の基板
製作部品を収集！２０１１．１．２９
アンプ製作に向けて部品を収集中です。基板は今日にでも到着予定。
でも、今日から福井へ小旅行なので製作は来週になりそうかな？
ケースはタカチ電機のアルミサッシOSシリーズ（おＳ９９−３７−２３ＳＳ）
ダイオードは通販で購入。200V20Aだったかな？
基板到着！
AMの早い時間帯に基板が到着してしまいました。もうすぐ旅行だけど開封せずにはいられません・・・
到着した電源基板
今回の基板の配線用のランドは補強のためのスルーホールを追加しています。
中央の配線用の穴の回りに４個の小さいスルーホールを配置することで、
何度も半田付けなどしたときにパッドが基板からはがれ易くなる点を防止しています。
配線用のランドは小スルーホールで強化
どのコンデンサを使おうかな？
電源基板のコンデンサにはスナップ型のコンデンサも登載できるようにしています。
手元に4700uF/50Vのものがありますが、これだけだと直径が小さくてちょっと迫力不足（笑）。
もっと、幅のあるものを探そうかな〜。それともリードタイプのコンデンサを４個並べるかな？
スナップ型のコンデンサ 直径が小さいので少し迫力不足
電力増幅段用のコンデンサは容量重視にしたかったので、3300uF/50Vを片側で１２本載せることにしました。
これだけ載ると、結構壮観です。それに重量もそこそこあります。
ラッシュカレント防止用の抵抗は４．７Ωにしました。
電力増幅段の電源基板
あ、そろそろ出かけなくっちゃ！
残りを作ろう！ 2011.1.31
次は定電圧基板＋ＳＰ用ミュート回路です。組み立てるときに、パターン３カ所間違えているのを発見。
そういえば、ほとんど確認作業してなかったんですよね。まあ、チョイチョイと修正して組み上げました。
こちらもリレーやなにやら部品が多くのっかるので重量が結構あります。
定電圧電源＋MUTE回路のできあがり！
電源が組み上がったので動作確認です。取り付け穴が同じピッチなので重ねておけばスペースも
とりません。トランスに接続して電源ON！ 無事設計通りの電圧がでました。
電源回路の動作確認！
つぎはいよいよアンプ基板です。こちらは２回ほどチェックしたので問題ないでしょう！
回路に従って部品をとりつけていきますが、なんせ手持ちでぴったしな定数のものが
ないので、近い値を探してとりつけています。本来は位相補償の22pFのところに100pFをつかうなど
してしまいました。本チャン用には取り替えましょう。というか、22pFでも100pFでも
影響する周波数帯域は相当に高いところなので、別に100pFでもいいのですが・・・
こちらも部品が多そうでも、意外とすんなり組み立てができました。
アンプ基板も完成！
テスト用に取り付けるパワーＴＲですが、どちらにしようかな？
一度使って取り外した中古の2SC5356/A1986と新品の2SC5200/A1943があります。
まあ、ここはテストなので中古をつかいましょう。しかし2SC5200/A1943はサイズがかなり大きいので
本チャン用としても使うかどうかはちょっと要検討です（使えるサイズ幅に基板はなってはいるのですが、
高さがあるのでケースに収まるかどうかです）。
どちらのトランジスタを使うかな？
トランジスタが決まれば、小型の放熱板をつけて基板に取り付ければ動作確認の準備完了です。
放熱板にとりつけて基板に半田付け。これで動作確認準備完了。
電源ON!
とくに異音もなく、発熱する素子もないようです。バイアス電流を２０ｍＡ程度に設定して、
オフセット電圧もゼロに調整しました。入力FET（2SK30A）はとくにペアリングしませんでしたが、
ほぼ中央でゼロ調ができました。
アンプ基板を電源基板の上にのせて動作確認中。
入力に10kHzの矩形波をいれて波形の確認です。位相補償Ｃが大きいので少し立ち上がり・立ち下がり
が鈍っているところもありますが、正弦波の周波数特性はまったく問題ないでしょう。
上：出力（×０．１倍） 下：入力 （f=10kHz）
動作確認もできたので、今日はそろそろお休みしましょう！
次はパラのテスト！？ いや一気にケースに組み込みかな？
一応パラ登載のテストです。かなりややこしいトランジスタの取り付けになってしまいましたが、
問題なく動くことを確認しました。トランジスタのペアリングはしていませんが、
エミッタ電流はパラでもかなり均等になっていました。
パラ接続でのテストの様子。
ブロックコンデンサは如何かな？
秋月電子で4700uF/50Vの婦ロックコンデンサを１０個ほど購入しました。
これを電源基板にのせたほうが、パワーアンプらしくなるかな？
秋月で購入。安価でGOODです。
基板にとりあえずさしてみました。ん〜この方がパワーアンプらしいかな？
でも、容量的にはラジアルタイプのものを１２個載せる方が容量は大きいのですが、
結構悩んでしまいそうです。
ブロックコンデンサを載せるとこんな感じです。
ケースを加工する！ 2011.2.5
いよいよ週末。仕事もあるけど、とりあえず趣味に逃避行（笑）。
まずはホームセンターにGO!放熱板の材料となりそうなものを物色です。以前に秋葉原のラジ館？だったかな、
ケースの専門店にいい感じのＬアングルがあったのですが、ホームセンターにはありません。
ということで、３mm厚のＬアングルと5mm厚の平板を買ってきました。この２枚で約１０００円ちょっとです。
放熱板の材料として調達したアルミ材。
大きさはこんな感じ。
金ノコでギコギコと所定の長さに切って・・・・5mm厚となると結構大変。疲れました・・・・。
切り終われば穴を開ければ準備完了。これを２つ合わせて放熱板にします。
この２つをつくるのに結構つかれました。何カロリー消費したかな？
ケースの加工も完了！今回はタカチのOS99-37-23SSを使っています。いつものOS７０-37-23SSに比べて
約30mm高さが高いです。
ケースの加工も終了
部品の取り付けは楽しいな〜
ケースの加工はやりだしたら案外楽しいし、それにそれほど時間がかかるものではありません。
ようは、重い腰をいかに上げるかなんですよね。
ケース加工が終わればパネルにスイッチ類をとりつけて組み立てていきます。
フロントパネルとバックパネルを取り付け。だんだん形がみえてきました。
放熱板もＬアングルと平板を合体です。熱伝導率をかせぐためにシリコングリスをはさんでいます。
少しはみ出しているので、十分充満しているでしょう。
放熱板のできあがり！
あとはトランスと放熱板をとりつければ、ケースの加工自体はほぼ完了です。あとは基板類を登載していきましょう。
だんだん雰囲気がでてたかな？
ダイオードブリッジの放熱板もついでに
電力増幅段の平滑回路につかうダイオードブリッジ用にも放熱板があった方がよさそうです。平板が加工が楽ですが、
ホームセンターで買うのを忘れたので、なにか使えないか物色していたらちょうど秋月の放熱板が使えそうです。
これも金ノコで両側の２枚程度のフィンを切り落として短くして使います。
秋月の放熱板（＠１００円）を加工してブリッジ用の放熱板に。
放熱板を取り付けた状態です。ちょうどリレーの間にはいるので放熱板を少し切る必要がありました。
電力増幅段のブリッジにとりつけた放熱板
いよよいよ基板類も登載していきます。まずは電源基板を取り付けました。これでなんとなくパワーアンプの原型がみえてきたでしょうか。
ケースに電源基板をとりつけ。
本チャン用のアンプ基板はまだ未完成ですが、まずはのっけてみました。トランジスタの配置などを再度確認です。
アンプ基板をまずは載せてみました。
真横からみるとこんな高さ関係です。案外余裕はありそうで、なさそうで・・・・
真横から見たところ。下側が電源基板で上側がアンプ基板。
ここまでくると、最初のコンセプト通りの構成がみえてきました。それと、ここまで作業をすすめておけば、
あとは夜の夜長にもで作業はできそうです。
でも、結構疲れますね。今日はここまでかな。
仕上げだ！ 2011.2.6
まずは本チャン用のアンプ基板を作成しました。入力のFETは2SK246を使用しました。１０個ほどIdssを測定して近いものでペアリングしました。
そのあとは１００均で買った瞬間接着材で熱結合させました。その他のトランジスタは2SC1815/A1015などの汎用品です。
完成したアンプ基板
お出掛け用の写真もとりました。
まずは電源基板回りを配線します。配線が終わった段階で一度通電して電圧が正常に出ているか確認しました。
確認したあとは、電力増幅段の電源のコンデンサのチャージを抜くために１０Ω程度の抵抗器で出力をショートさせておきます。
これからの作業中に火花でも出たらたまりませんからね。
まずは電源基板回りの配線を完了させました。
ここまできたら、一気にアンプ基板を取り付けます。本来はアンプ基板の動作確認をしてから取り付けるべきなのですが、
まあ大丈夫でしょう〜ということで一気にとりつけました。もし問題があればあとあと大変なことになる（取り外すのが大変）のですが、
まあここは横着しました。
アンプ基板を取り付け。配線は結束バンドをつかって整理すると綺麗に見えます。
バイアス用のトランジスタはパワー段のトランジスタと共締めして熱結合を計ります。個別に放熱板に取り付ければ綺麗ですが、
それだけのスペースがありませんでした。
パワトラはもちろんシリコンシートははさんで放熱板との熱結合をはかります。
パワトラの取り付け状況
完成！
ようやく完成しました。年初から取り組んで約１ヶ月ほどかかりましたが、最初のコンセプト通りのものになったと思います。
リアパネルの様子。ヒューズは2.5Aをとりあえず入れています。
フロントパネルの様子。右側のスイッチはスピーカのON/OFFスイッチ（リレー制御）
真横かみた様子。高さ99mmのケースの中は結構ぎっちしです。
全体の様子。アンプをつくったのは久し振りのような気がします。でも、結構うまくできあがりました。
いよいよ電源投入！
電源投入はいつも緊張するものです。でも、何かあったとしても、それを解決する楽しさがありますし、
一発で動いても嬉しいし、どちらでも楽しめます！（いつもポジティブシンキングです）。
電源投入しても、とくに異音、異臭、発熱もないようです。とりあえずは大丈夫でしょう。
この状態でオフセットとバイアス電流を調整しました。バイアス電流は約２０mAに設定しました。
動作確認！
動作確認のために発振器を繋いで波形を確認しておきましょう。
動作確認の様子。
動作確認には無負荷の状態と負荷（４Ω）時でおこないました。負荷には２Ω１０Ｗのセメント抵抗を２個直列にしてつかっています。
負荷接続の様子。
波形をオシロで観測しみましたが、問題ないようです。-3dBとなる周波数は約１３０ｋＨｚでした。
ちょっと高すぎたかな？位相補償のコンデンサをもう少し小さなものにしたほうがいいかもしれませんが、
まあ５０近くの耳には２０ｋＨｚも聞こえるわけでもないので、このままにしておきましょう。
| ｆ＝１ｋＨｚ （下：入力、上：出力（１／１０） |
ｆ＝２０ｋＨｚ （下：入力、上：出力（１／１０） |
ｆ＝１３０ｋＨｚ (-3dB) （下：入力、上：出力（１／１０） |
|
| 負荷無し |  |
 |
 |
| 負荷 （４Ω） |
 |
 |
 |
さて、しばらく通電しておいて次はいよいよ試聴へとかかりましょう。
試聴！
試聴にはスピーカｈが必要ですが、メインのスピーカーはマルチアンプ用なのでアンプの評価には使いにくものがあります。
ということで居間にあるスピーカーをつかうことにしました。これは、最近ウーハーをFOSETEXのFW127からFW137に変更したものです。
で、早速つないでお気に入りのCDをかけます。
試聴につかったスピーカ。FT66とFW137の組み合わせ。リアバスレス方式。
ををを！
このスピーカってこんなに鳴るんだ！というのが最初の印象。いつもこのスピーカは居間のミニコンポに
接続されているのでが、本格アンプに接続するのは今回が初めてだったりします。
低音だけでなく高音もスカット伸びますね。やはりアンプは重要ということを再認識しました。
しばらくこのスピーカと今回のアンプで音楽を楽しもうかな〜って気になりました。
さてさて
アンプもようやく完成。つぎはメインのスピーカをマルチからネットワークを組み込んでシングルアンプで鳴るように
改造したくなってきました。するとシステムのスッキリしますし、このアンプも活用できるというわけです。
まさかこのアンプをあと２台つくるとなると、それはそれで大変そうです。なんせ5mmのアルミ板を金ノコで
切るのは骨が折れます。
でも、アンプ完成してスピーカもあるので、今年のオフミ（DAC禁止令発令中（笑））の出し物ができました。
（つづく？）