LM3886のパラアンプを調べてみる!の巻き。 2020.7.1

暑い!
 だんだん夏の季節になってきました。マスクをしながら歩くと、自分の熱で倒れそうです。
でも、これからさらに暑くなるんだよね〜。家にいるときは冷房をガンガンにかけて〜、いや、まだ勿体無いか?

自分の部屋は2階なので、どうしても熱気があがってきて1階に比べる暑い。さらに、自室は2台のディスクトップが
ほぼつけっぱなし。パソコンの後ろからは熱風は吹き出ています。冬場なら暖房がわりになりますが、夏場は
勘弁してほしいな〜。さらにオシロの電源をいれようものなら、さらにヒートアップです。

リスニングルームも同様。アンプ類のスイッチをいれておくと、それぞれの機器がほんのり熱を帯びてきます。
とくにパワーアンプが暖かい。アイドル電流はあまり流すほうではないのですが、それでも結構暖かくなります。
アンプが合計5台に、DACやチャンデバなどを通電しだすと、もうちょっとした暖房機です。

で、やっぱりこれからアンプを作るとすれば、ひんやりとしたアンプがいいです。

ひょっとして、アンプも冬用と夏用で分けるのもいいかもです(笑。

涼しいアンプは?
 電力効率のいいアンプとしえば、Dクラスなどのディジタルアンプになりますが、ICアンプも比較的省電力です。
涼しいアンプなのでLM3886あたりをつかったアンプを作ろうかな〜と思ったりしましたが、いままでにLM3886は
色々な使い方をしたので、今回はパラ化をすこし考えてみようかと思いました。折角涼しいアンプをつくろうと思って
いたのでパラ化とはすこし主旨からはずれそうですが、LM3886をつかうと部品が少ないのでパラにしても、
ディスクリートにくらべたらスッキリとした涼しい感じになるかな〜と思っています。

これは涼しそう!
 LM3886をパラで使用したアンプは市販品でもあり、JEFFのMODEL10というが5パラのBTL構成になっているようです。
写真を探してみてみましたが、さすがにICアンプだけあってアンプの中は涼しそうです。
なによりアルミブロックがひんやり感があります(笑。

JEFFのMODEL10です。このまま冷蔵庫で冷やしたら冷たくなりそう。


ICアンプだけあって、中は涼しそうです。


なぜかチップ部品を多用してますね。大量生産するのかな?
大電流をあつかうためにバスラインが使われています。

色々と回路図を集めてみる!

パラアンプといっても、色々な回路をみてみると、単純に加算したパラアンプがほとんどですね。
パラ化した場合の注意点は、それぞれのアンプの出力を揃えることにありますが、アンプのオフセットならびに
ゲインを一致させるような工夫があります。
 あとは出力が大きいので、それを支える電源ライン、出力ラインが強化されています。


これはゲインを決める帰還抵抗は0.1%の精度のものが用いられています。


これは、すべてのアンプでオフセットが調整できるようになっているのかな?


電源と出力ラインは太い銅線で強化されています。

さて、色々と検討すべき詳細がありますが、ボチボチと考えていきましょう。

暑くなると、すぐにビールなどに手が伸びるので、その時点で思考回路はシャットダウンです(笑。

さらに 2020.7.2

こんな情報もいただきました。


さっそくアプリケーションレポートを眺めていると、各ICにDCサーボをかけてオフセットを抑えている回路例も載っています。

各ICにDCサーボとなると、結構大変だなあ〜。

出力ばらつきを調べてみましょう。

各ICのの増幅率にばらつきがあったらどのくらいの影響がでるかを調べてみましょう。
まあ、わざわざSPICEするまでもありませんが、暗算は面倒なので・・・・。

条件としては、1%誤差の抵抗を用いた場合として、2つのアンプの出力差がそれぞれ最大(+1%)、最小(−1%)のばらつきをもつ場合として、
各アンプに流れる電流を計算しています。スピーカのインピーダンスは8Ωにしています。

合成抵抗 等価回路
2つのアンプの出力にそれぞれ最大1%の誤差がある場合。
各アンプから流れる電流

1Ω


各ICの出力電流にばらつきがでています。合成抵抗1Ωは、ダンピングファクターを
考えるとすこし大きいので、もうすこし小さくしてみましょう。
0.5Ω

合成抵抗を0.5ΩはJEFF MODEL10でも使われた値です。で、アンプの増幅率に
1%の誤差があるとアンプの出力には倍、半分程度のばらつきがでてしまいます。
0.1Ω

なにも考えずに合成抵抗を0.1Ωにしてみると、ICの出力の電流は互に反転してます。
すなわち、パラにしているつもりが、互いに足をひっぱりあっていることになります。

上の結果から、ダンピングファクターを大きくするためにも合成抵抗は小さくしたいですが、アンプの増幅率のバラ付きが大きいと、
パラの効果が出ないどころか、逆にパラをすることで悪化していしまいます。

アンプの増幅率誤差は0.1%は必須?

アンプの増幅率誤差を0.1%にできると、合成抵抗を0.5Ωにした場合、ほとんど各ICの出力電流が揃います。
このくらい揃わないと寂しいですね。

合成抵抗 等価回路
2つのアンプの出力にそれぞれ最大0.1%に抑えた場合
各アンプから流れる電流
0.5Ω

アンプの増幅率誤差を0.1%に抑えると、かなり各ICの出力電流が揃ってきます。

さて、0.1%の抵抗はどうやって調達するか?これは人によって色々と考え方があるでしょう。

1)素直に0.1%の抵抗を購入する
 抵抗器の誤差として0.1%のものは、そう特殊ではありませんが店売りで求めるのはかなり難しいでしょうね。
 それに0.1%となるとチップ抵抗がほとんどです。それもあってJEFFのアンプにはチップ抵抗がつかってあったのでしょう。

2)抵抗器を選別する。
 アマチュアだと、これが一番のような気がします。そういえば、以前にR−2RラダーDACを検討したときに、一杯選別したことがあります。
 これをすれば0.1%程度で揃えることはそう難しいことではありません。根気がいりますが・・・・


以前にはこんなものをつくって選別もしたりしました。

3)抵抗器を組み合わせる
 これも現実的な選択かもしれません。ただし、低い抵抗値を用いた場合に、誤差補正用の抵抗の選択は難しいかもです。

4)可変抵抗器を用いる
 これが一番細かく調整できるかもしれません。10kΩの抵抗に100ΩのVRをとりつければ1%の範囲で調整ができます。
 ただ、VRの怖いのは接点の信頼性であったり、VR自体の温度特性だったりします。
 まちがっても、下のような接続にしたNFBの抵抗をつかったら、接点不良がおこったらアンプが暴走してしまいます。

 こんな接続したら、怖くて寝られません・・・


 少なくともこの接続でしょうね。

そのほかにも方法はいろいろあるでしょうけれど、スッキリ(部品点数を減らす)するなら、
やっぱり選別かなあ〜?

次はオフセットを考えてみましょう!
 と、いいつつビール片手にして、思考回路がほぼ10%くらいまで低下中・・・・。


低いぞ? 2020.7.4
どのくらLM3886のオフセットがでているか、まずは手元も実機で測定してみました。
入力をショートして、出力電圧を測定してみると右0.4mV、左0.2mVでした。
想像していた値よりかなり低いです。
 ちゃんと測定できているの?という気もしましたが、再測定しても変わらずです。
これならば、オフセット調整は不要な気もしますが・・まあ、個体によって差があるんでしょう。

まずは実機でLM3886の出力オフセットを測定。右0.4mV、左0.2mVでした。

データシートを確認してみると、入力オフセットは標準で1mVで最悪値でも10mVのようです。
これは優秀ですね。でも、最大で10mVのオフセットは覚悟しないといけないということのようです。

10mVの影響は?
 オフセット10mVが発生しても、とくに問題ないような気もしますがどうなんだろう?
極端な例だけみておくと、6パラとして5つが-10mVのオフセット、そして1つだけが+10mV
のオフセットとして、合成抵抗を0.1Ωとちょっと低めにして計算してみます。
 すると、仲間はずれの1個は常時170mA程度の出力を強要されることになってしまいます。
まあ、バランスの点ではあまり好ましくありません。
 気分的にも、そろえたほうがいいという感じでしょう。

かなり極端な例ですが、オフセットが1個だけ仲間はずれの場合です。


1個の出力だけ、大きな出力電流を強いられることになります。

さて、狙いの構成は

つくるとしたら、6パラ構成かな〜と思っています。4パラだと結構作例もありそうだし、ちょっと多めに(笑。
6パラ構成にしておいて

1)アンプ基板2枚つかいで6パラ×2のBTL
2)アンプ基板1枚で素直にシングルエンドの6パラ
3)アンプ基板1枚で、3パラ×2のBTL

4)アンプ基板1枚で、3パラの2chステレオL

こういった形で使えるようにしておけば、色々な用途にもつかえるでしょう。
私の場合は3WAYマルチなので、ウーハのみ3パラのBTLで動かして、ミッドレンとツイータはシングルエンドの3パラ出力
という感じでしょうか。
 さすがに6パラ×2のBTLとなると、ICだけで1個600円くらいしますから12個必要です。それをステレオにすれば24個
になるので、14400円! 結構な散財になってしまいます。 まあ、昔にPCM1704−Kを8パラ差動で32個つかったことを
考えれば、大したことないのですが、ケースの加工が大変です。

あと
気になるのは、パラにすると電源を入れたときのポップ音がどの程度になるかも心配です。
1個だと、ほとんど気にならないのですが複数になると干渉したりして大きくなってしまうかもです。
MUTE用のリレーはあったほうがいいでしょう。大出力に耐えることを考えるとメカニカルリレーより
MOSFETリレーを採用すべきかもしれません。

LM3886の配置ピッチはどう考えるか?


おもむろに電源から準備 2020.9.5

基板のアートワークも全然出来上がっていませんが、LM3886パラ構成になると試作用としても電源は強力なものが
要求されるので、スイッチング電源を購入しました。共立電子で購入した安価なものです。さらに安いものがありましたが、
医療用規格対応という言葉にそそのかされて、高いほうを購入です。医療規格品は、絶縁性能などの信頼性がよいようです。
24V5A(ピーク8.5A)のものを2台直列に並べて正負24Vの電源をこれでつくろうと思っています。
 実験が終われば、汎用の20V程度までのトラッキング電源にしようかとおもっています。


日本橋に寄ったときに120W(24V5A)のスイッチング電源を2個調達しました。


イータ電機製です。


医療規格対応ということですが、AC100V入力部のインダクターも多いような気がします。

(つづく)