ちょっとお茶目に”お気楽DAC3.5”の巻き！(後編） 2008.3.2
回路定数を決めよう！
今週には基板ができあがるはずなので、回路定数について最後の詰めを行いましょう。
でないと部品が準備できません。
１．ＩＶ回路
ざっとこんな感じで定数を決めました。
・電源電圧は正負１５Ｖ
・初段Trに流す電流は1mA程度
・２段目Trに流す電流は数mA(5mA以下）程度。
・終段は完全Ａ級動作
・使用する抵抗はすべて1/4Wがつかえること。
・IV抵抗は出力1Vrmsに設定(差動出力後に2Vrms)・・180Ω
ＩＶ変換回路
この回路定数でR7に流れる電流は約3mAで、R8に流れる電流は約1.6mAです。
R7がもっとも費電力が大きいですが約90mWですので1/4Wでも余裕で対応できます。
終段Trのアイドル電流は約17mAですが動作はＡ級になります。終段のTrの消費電力が大きく、
Ｑ６(NPN)で約300mW、Q7(PNP)で約170mWです。Q6については2SC1815などの小電力Trでは難しく、
もう少し大きめのPcのTRをつかった方がよさそうです。おそらく定番は2SC3421あたりかな。
電源を25Vにしたら？
基本的には回路定数の変更はありません。R7,R8に流れる電流が増えますが1/4W抵抗で対応できそうです。
ただし終段のTrの消費電力は600mWくらいになるので放熱板が必要でしょう。
TRをＦＥＴに変更してみたら？
入力段に2SK117、２段目に2SJ103の安価なFETに変更してシミュレーションしてみました。
定数R6を大きくしましたが、その他はそのままで問題なく動きそうです。流れる電流もほとんどかわりません。
部品種類を減らす点からも、差動増幅回路も同じ定数でいいでしょう。
LEDのVfのばらつき
アンプの回路定数の設計には定電流にする箇所がいくつかでてきますので、
そのところにはツエナーやLEDなどを含めダイオードをよくつかいます。
とくにLEDはVfが大きいので、活用の用途も大きいものです。
そのため多くのLEDをつかうので、秋月で500個／袋で買ったものをつかっています。
値段は忘れましたが、たぶん１個１円以下だったと思います。
いつも使う赤色LED。型番はSLD881A-37だったかな？
Vfは1.6Vだったと思いますが、どの程度のばらつきがあるか２０個ほど測定してみました。
結果は次の通りです。
最小値：１．５８３Ｖ 最大：１．６２５Ｖ 平均値：1.610V
標準偏差：０．０１１Ｖ
意外とばらつきが小さいようです。
雑誌の回路をシミュレート
ＩＶ回路で初段と２段目をFETに変えたので、ついでに終段もMJ誌３月号のように準コンプリの形式に
変更して、シミュレーションしてみましょう。
終段だけ変更しましたが、この回路定数ではバイアス電流が70mA近く流れるのでR6の変更が必要です。
R6を1kΩ程度にすれば、アイドル電流は20mA弱になりますので、ちょうどいいくらいです。
ちなみに初段のTRは2SK117ではシミュレーション上で発振してしまったので2SK246に変えています。
回路歪み
ついでなので、回路歪みについてもシミュレーションしてみましょう。
バイポーラ回路(-100dBオーバーですからかなり優秀です）。
FET回路(こちらも優秀です）
基板到着！ 2008.3.7
基板は週半ばに到着しましたが、出張やなにやらで平日は半田ゴテを握るのもままならず、
結局週末まで持ち越してしまいました。さあ、でも楽しい（あるいは苦悩に満ちた）週末の始まりです。
到着した基板。新しい設計の基板が到着するとちょっとワクワクします。
まずはディジタル系のチェックから
DAC周りの回路については、既存のものの流用が多いのであまり心配はしていないのですが、
回路はやはり上流側から組み立てて行きましょう。
ＤＡＩ＆ＤＡＣ基板の組み立て
まずはDAI&DAC基板からです。基板に実装する3.3VレギュレータについてはいつもはTO-220の
ものをつかっていますが、秋月で表面実装のものが４個２００円で売っていたこともあり、今回はそれが
取り付けられるようにパターンを加えました。大きな金メッキパッドですので、よく目立ちます。
やはり、表面実装部品は小さくいですね。
TO-220サイズの換わりに取り付けた3.3Vレギュレータ
もうSSOPの半田付けは個人的には慣れたので、部品をさくさくと半田付けしていけば１時間ほどで完成です。
もう、部品表を見なくてもつくれるようになってしまいました（笑）。だから、部品表を書くときに間違えるんだって
って言われそうです。
完成したDAI&DAC基板。
電源供給パターン
この基板はやろうと思えば、DAI・DACのロジック部、DACアナログ部の左右チャンネルをすべて独立給電に
することもできますが、さすがに動作確認の段階では大変です。ここは、5V電源１系統のみで確認します。
パターン裏にはDAIとDAIの5Vを共有できるようにジャンパーパッドをつけていますので、これをショートさせておきます。
同様に、DACアナログ部の5V電源も左右共通にするようにジャンパー線をとばします。
５Ｖ電源共有のためのジャンパーパッド（右：ジャンパー後）
DACアナログ部の5V電源も左右共通に
動作確認！
電源（５Ｖ）をつないで、動作の確認です。この基板の出力はPCM1794からの電流出力になりますから、
電圧変換するために５１Ωの抵抗をつないで、その両端の電圧を測定します。
オシロに差動出力がでていることが確認できて、ひとまず安心です。
確認のために抵抗を出力-GND間に接続 出力ＯＫ！
ついでなので
もう一つの基板であるDAC+アナログ部基板いついても、PCM1794周辺のみを組み立てて動作確認を行いましょう。
組み立ては部品点数も少ないので３０分程度で仕上がりました。
DAC+アナログ部基板のPCM1794周辺
こちらの基板の動作確認にはＤＡＩ回路が必要になります。そこでDAC1242用につくったDAI基板を
つかって10Pのフラットケーブルにて接続して動作を確認しました。
動作確認の様子。
確認のための波形は、今回は三角波を使用しました。こちらも無事差動出力が確認できて
動いているようです。
オシロで波形が見えるとホットします。
いよいよアナログ回路だ！
一番の問題はどの回路構成で作るか、ということです。というのも、検討した回路をすべて作ろうと思ったら
大変です。ということで、いままであまり経験のない回路にチャレンジということで、MJ誌の回路構成でつくって
見ましょう。というのも、すでにＦＥＴを買い込んであることもあり、使わないともったいないですしね。
それに、１個３円の2SC1815/A1015より１個３０円の2SK30/J103の方が１０倍も高いですから、
何となく高級っぽいです。
といっても、３円と３０円ですから、目くそ鼻くその世界でしょうか（笑）。
まずはＦＥＴのペアリング
いつもならこんな面倒なことはしません。というのも、ロット内でのばらつきってあまりないと
信じていましたから。でも、一度測定してみると結構ばらつきがあります。最大で２倍程度
のばらつきがあるとなると、ペアリングがまずい場合は最悪ゼロ調整ができない可能性が
ありますからね。
ということで、20個ほどIdsを測定して必要な６個のペアリングをつくりました。
あまりにアンバランスなペアリングにならないようにするのが目的ですから、最適解はねらわず、
適当に近そうなものでペアを組んでいます。それでも、ほとんど5%以内のペアリングが得られいると思います。
ペアリングのためにIdsを測定。紙に両面テープを貼って、測定したFETを張り付けて、値を書いていきます。
まずは１回路のみ組み立て。
MJ回路で組もうと思っても、そのままでダメでいくつかのジャンパーや部品の入れ替えが必要です。
といっても、それほど手間ではありませんが・・・・ということで、まずは１回路のみ組み立てて、動作および
定数の確認を行いましょう。
あれ？さっそくバグ発見。
アンプの初段についてはバイポーラあるいはFETがつかえるようにしましたが、
どうやらシルクにバグがありました。このまま実装してしまうと、FETに電流が流れません。
もうまに合わないけど、v2をつくることを考えて修正しておきましょう。
パターンの切った張ったがないだけよしとしましょう。70umの銅箔は結構切るのが面倒です。
バグのシルク。FETのＤ−Ｓがつながっている。 本来はこのように書いておくべきところです。
１回路組み立て完了！
大きい抵抗は海神無線で買った、どこだっけ？どっかの炭素皮膜抵抗です。
一応オーディオ用って書いてあったと思います。値は３３０Ωだったかな。
入力段のトランジスタは2SK30、２段目は2SJ104(BL)、終段は2SC4935です。
2SC4935は普通のパワトラですが、hFEのリニアリティが優れているとマニュアルにありました。
それよりも何よりも安いです（＠５０円）。大量生産される部品は安くて品質が安定しているので好んでつかいます。
一回路完成！
動作確認
動作の確認はDAC基板につないで、PCM1794の出力をつなぎます。
動作確認の様子。
動作は問題ないようです。ところで、PCM1794はデルタシグマのスイッチング出力ですから、
どの程度の信号が出力にのっているかみてみましょう。ＩＶ回路にはフィルタが入っていません（位相補償回路はある）
から、ダイレクトに信号がみれます。波高値で100mV程度の出力がでていることがわかります。
しかしながら周波数が高い（3MHz以上）なので、これはその後のフィルタで除かれるでしょうし、
そのまえにアンプが差動構成ですからフィルタがなくても取り除かれるでしょう。
ＩＶ出力直後の信号
動作の確認ができましたので、安心して残りのＩＶと差動増幅器も組み立てましょう。
そして、完成後に写真をパチリ。あれ？トランジスタが１個抜けている（さてどれでしょう）
完成（直前？）の写真。
波形を確認しておきます。下図は差動出力後ですが、振幅はおおよそ５Vくらいです。
3.5Vrmsくらいかな？ちょっと高めですがいいでしょう。
出力の波形をパチリ！
追加製作！
一気に２枚分つくっておきましょう。でないとステレオになりませんからね。１枚あたりの製作部品は
DAC1794-3に比べて半分以下だと思いますが、やはり２枚分つくるとなるとそれなりに時間がかかります。
ふう〜お腹へった・・・・・・
ステレオ分完成です。
より高い電圧で動かそう！
今までのチェックはすべて１５Ｖ電源をつかっていました。これはオペアンプをつかった回路の実験用電源をつかたためです。
DACの出力電圧はそんなに高くないので15Vもあれば十分ですが、ディスクリートで構成すると、その仕様範囲が広くなりますから、
今回の回路でもより高い電圧で動作させることができます。ということで、非安定ですがRA40-072トランスをつかって実験してみました。
このトランスの16-0-16V出力をつかうと整流後には無負荷時で23.5Vの電圧が得られます。
で、今回の基板を接続すると電圧は約22V強になりましたが、15Vに比べると大幅アップです。
電圧が高くなると、終段のトランジスタの発熱がやや大きくなります。しかし、暖かくなるものの
熱い感じではないので放熱板なしでも大丈夫な感じです。これから、春〜夏になりますがおそらく放熱板無しでも
大丈夫そうです。気になるようなら、小さいアルミ板でもくっつけましょう。
非安定化電源を接続中。
非安定化電源では
リップルが生じるのはさけることはできません。DACのアナログ基板を１枚つなげたときには約40mVppのリップルが乗りました。
しかし、NFBがしっかりかかっている回路であれば、この位のリップは関係ないでしょう。
リップル観察
いよいよ試聴！
その前に
聞けるように組み立てなくっちゃ。もちろんバラック組み立てになります、無造作に配線しだすとぐちゃぐちゃになる可能性が高いので
ベースプレートをつくりましょう。ちょうどDAC1242の基板があるのでこれを活用します。
電源はアナログ部は非安定として22V程度を確保します。ディジタル、DAC部はLM317をつかった安定化です。
まずは電源部を組み立て。
電源部がくみあがったら、その上にDAC1242のDAC基板を置いて、その上にDAC1794-3.5のアナログ基板を置いていきます。
アナログ基板は２階建てになります。そして、その右側にDAI&DAC基板を配置します。
組みたて途中。こうなったらプラモを組み立てる感じです。
できあがり！
こんな感じでできあがりました。このようにブロック化しておくと持ち運びも便利です。
それに、配線も短くて済みますから音を正確に判断するにも適していると思います。
しかし、あれだな〜。これをみてオーディオ機器とは誰も思わないだろうな〜。
なんかマイコンを組み立てていたころを思い出してしまいます。
できあがり。されこれはなんでしょう（笑）。
真横からみるとこんな感じ。
プチギャラリ！
どんな部品をどこに配置しているかわかりやすいように、ちょっと拡大写真を載せておきましょう。
実装していない部品や、ジャンパー線が見えますが、それほど乱雑な感じはないと思います。
ＩＶ回路部 差動増幅部
DAI＆DAC基板
いよいよ試聴！
その前にノイズチェック。アンプにつないで、ボリュームマックスにして、ヒスノイズがないか確認しますが、
ヘッドホンで注意深く調べますが無音です。まったく問題無しです。
今回試聴につかったラベルはこれ。シュトラウスの「ティルオイレンシュピーゲルの愉快ないたずら」です。
これは昨年末に「のだめカンタービレ」の特番ででてきた曲で、どこかで聞いたことはあったけど全体を通して
聞いた覚えがないので、気になって買ってきたものです。
今回の試聴はこれ。シュトラウスのティルオイレン。
曲は、基本的には軽快でテンポ感に溢れるものだ。さらに急に曲調が変わったりして、聞いている方は退屈しない。
それに、時たま鳴るシンバルの音で目が醒める（笑）。しかし、この曲も何度も聞いたが、ホルンやシンバルの音が
いままでのDACとは全然違うことに気付く。「こんな音ってPCM1794の特徴だっけ」というのが最初の印象である。
とにかくPCM1794は、ホットな音で開放感溢れる音が特徴だと思っていた（単なるおもいこみかも）が、このDACは
ややイメージがちがう。開放感の中に音の密度を高める雰囲気をものすごく感じる。下手な言い方をすれば、神経質な
ということばがでてきそうだが、それとは違う。なんというか、音の輪郭を、とにかく、ものすごく感じるDACである。
いままでもっているDACとは違う個性で、これはおもしろい。
明日は違ったジャンルの音楽を聞いてみよう。
今日は、ちょっと疲れたのでお風呂にはいって寝ようっと。
こちらも完成
といっても１枚だけです。この基板はDACとアナログ部が一体になったもので。DAIは外付けになりますが、
ASRCやメモリーバッファーと組み合わせやすいように基板サイズを合わせています。
DACとアナログ回路の距離も短いので、特性的にはこちらの方がよいかもしれません。
ただし、聴感でわかるようなレベルではないかもしれませんが・・・・・
この回路構成は初段、２段目にＦＥＴを用いた差動増幅アンプでＳＥＰＰになっています。
いわゆるオーソドックスな２段差動増幅器ですね。
１段目：２ＳＫ３０
２段目：２ＳＪ１０３
終段：２ＳＡ１８６９／Ｃ４９３５
アイドリング電流：14mA
と行った感じです。
完成したＤＡＣ＋アナログ基板タイプ
動作確認中 波形がでると、やはりホットします。
２枚目をつくるのはもう少し時間がかかりそうです。
ケースに入れる？ 2008.3.17
バラックで動作の確認をして、たとえ試聴までしたとしてもケースに入れないと、そのまま朽ち果ててしまいます。
たとえ、ケースに入れても出番がなくても朽ちることも・・・・でも、ケースに入っていればいつでも動かすことができます。
さて、DAC1794-3.5をケースに収めようと思いますが、現在手元にあるケースはタカチ電機のOS99-26-16SSです。
名称の通り高さ99mm、奥行き260mm、幅160mmの小さいケースです。実際に内容積はもっと小さいので実装には工夫が必要です。
工夫といっても、ひたすら基板を重ねるだけですが・・・・
ということで、このケースに収まるように考えます。
つかう基板は
１．電源基板 これはDAC1242のものを流用
２．DAC1794-3.5 Bタイプ
３．メモリーバッファー ＤＡＩの換わり。
最初に試作したＡタイプ基板については、どうしても収まりそうにないので、上記の組み合わせにしました。
そう決めると、あとはできるだけ部品の高さを抑えた基板を組み立てていくことになります。
電源基板については、最初の試作時に高さ30mmのコンデンサをつかいましたが、こでは高さオーバですので、
25mm高さのコンデンサに入れ替えます。50V/1000uFのLXZが手持ちでたくさんあるのでこれに変更。
コンデンサ容量が若干小さい感じもあるので、電源部は非安定はやめにして安定化にします。
電源電圧は15Vに設定しました。あまり高い電圧にして、アンプ部が発熱するのを嫌ったためです。
実際問題として、電圧をいくらに設定しても電源基板とアンプ基板でのトータル消費電力は換わらないので
発熱量は一緒です。気分的にはアンプ部の電源リップルは抑えたいので、安定化するのが主な目的です。
修正前の電源基板。試聴時につかいました。 改造後の電源基板。すべて高さ25mmのコンデンサに統一
レギュレータも搭載。電源電圧は正負１５Ｖに設定。
基板を組み合わせよう！
したから、電源基板、DAC1794-3.5-B×２枚、メモリーバッファーになります。
電源基板のスペーサは30mm、DAC基板間のスペーサは14mmです。
まずは全体の高さを確認するために基板だけですが結合。
これをケースに収めると、ちょうどこんな感じです。蓋をすると結構余裕がありました。
これなら基板間のスペーサは15mm（1mm増える）にしても良さそうです。
ここまでくると、1mmの差が結構大きいです。まるで春闘のベア要求みたいな感じです。
小さいケースに入れるのは結構くろうします。でも小さく作ると部屋が広くつかえます。
上蓋とのクリアランスはまだ余裕あります。DACのスペーサの高さを1mm上げましょう。
基板を作る！2008.3.19
まずは必要な基板をつくっていきましょう。電源基板は作ったので、残りはメモリバッファーと
DAC1794-3.5-Bタイプ基板です。メモリーバッファーは再度つくりなおしました。これで５台目。
もう部品表なしても作れます。っていうか、メモリーバッファー基板はIC以外の部品が少ないので
必要なCRパーツは簡単に覚えられてしまいます。
完成した基板群。
いつものごとく一般的な部品をつかっています。回路はＭＪのものですが、定数は変更バージョンです。
DACの周りだけOSコンをつかいました。OSコンもたくさんパーツボックスにあったのですが、
DACをつくるようになって、急速に在庫が減っています。もう底をつきかけです。
DACの周りは少しゴージャスに
ケースの加工で一番面倒なのは、ACインレットの四角穴の加工ですが、それでもさほど時間がかかるわけではありません。
なにが一番面倒かというと、どこのどの穴を開けるかを計画をするのと、それ加工するぞ！と重たいお尻をあげるのが一番
面倒です（笑）。
加工が終わったケース。スイッチ類を取り付ける。あと一息！
配線の前に、一度トランスや基板類を並べて（積んで？）みて、互いに干渉することろが無いかを
確認します。そして、配線のイメージをふくらませてから実際の配線にとりかかります。
無事にトランスと基板類が並びました。
ケースが小さいのと、基板が４枚重ねなのでこのままでは半田ゴテが通りませんので、
実際に半田付けするときは基板の下から１枚づつつけていきます。それにDAC基板の調整も必要です。
できがってから、あとで調整というのがでいないのが辛いです。
調整は出力は正負のＩＶ出力の電圧調整と出力電圧のオフセット調整です。
ＩＶ出力の電圧は3.57Vになるように調整しました。また出力電圧のオフセットはゼロを目指しますが、
それはなかなか難しいのですが、だいたい0.5mV前後には収まりました。
完成！
ようやくケースに収まり完成しました。一番上にメモリーボードが来ていますが、これは致し方ありません。
まあ、そこそこ体裁よく収まったと思います。
向かって右からパチリ。
向かって左からパチリ。
上からパチリ。
いったいいくつＤＡＣがあるんだろう（笑）
ケースの収まったのはよいとして、一体いくつDACがあるんだろう。
部屋を見渡しただけでも、10台ある・・・・。屋根裏に入れたものを含めると・・・・
これだけあると、どれがどんな特徴があるのかわからなくなってきます。
いちど、まとめて聴き比べをしてみたいような気がしますが、これだけ一気にやったら
それこそ何がなんだかわからなくなってしまうでしょう。
まとまって時間ができたら（ひょっとして定年後？）、一度チャレンジしてみましょう。
（ほぼ完了？）