こんなもの(DAC+PA)を試作してみました。 2018.4.10

チャンネルデバイダDIV5142にダイレクトに接続して使えるようにDAC(AK4493)+パワーアンプ(電流帰還形)の構成の基板を作ってみました。
私の場合はこれを3枚作ってDIV5142に接続すれば、今の装置が一新されることになりそうです。

こんな基板をつくってみました。

さてさて、動くかな?
またしばらく出張なので製作は週末までお預けだな〜。

部品を載せていきましょう。 2018.4.14
まずは上流部分のDACから組み立てていきましょう。

DAC部分の部品を載せました。

まずはDAC部分だけで動作の確認です。PICに最小限のプログラムを書き込んで動作チェックです。

まずはこの段階でチェックしましょう。


問題なく動作しました!

ちなみにこの部分での消費電流を測定してみました。入力周波数は88.2kHzですが、このとき約100mAでした。

消費電流は100mA程度でした。

仕上げましょう!

残りの部品を搭載していきましょう。まだゲインを設定する抵抗はつけていません。
トランジスタはチップ部品をつかいました。組み合わせは2SA1162/2SC2712です。どちらも秋月で購入したもので、40個200円の安価なものです。


完成写真です。ただしゲイン設定用の抵抗はまだ取り付けていません。

アンプ部分の動作確認です。

ゲイン設定は約10倍を想定して5.6kΩをとりつけました。ちなみにDACからの出力接続抵抗は1kΩがパラになっています。
そのため出力抵抗は500Ωになるので、ゲインは約22倍程度になるはずです。ちょっとゲイン高かったかな?
まあ、この抵抗値ですがまずは出力トランジスタを取り付けて動作確認です。
出力トランジスタはIRFP140/IFRP9140のパワーMOSFETをつけています。

こんな感じでまずは仮のパワトラをとりつけています。

DACの動作確認は終わっているので、安心してアンプ部の動作確認ができます。

ほ!

問題なく動作確認ができました。まずはDCオフセットを調整して、アイドル電流も約20mAに設定しておきました。


アンプ部分の動作確認です。

アルミ板にとりつけましょう!

実用にするには、ヒートシンクが必要ですが今回はアルミ板(3mm厚)をつかいました。サイズは200×300mmでamazonで購入です。
このアルミ板のサイズだとアンプ基板が2枚搭載できます。3WAYで使うので予備も含めてアルミ板は3枚購入しました。

さて、購入したアルミ板には基板とトランジスタ取り付け用の穴をあけます。

アルミ板にまずは必要最小限の穴をあけました。

こんな感じで

アルミ板に基板とトランジスタをとりつけました。このくらいのアルミ板のサイズがあれば、少々アイドル電流を流しても大丈夫でしょう。

こんな感じでアルミ板にとりつけました。

最終的な動作確認!


さて、アルミ板にとりつけたこともあり最終的な動作確認です。いや、動作確認ではなくて最終の調整です。
DCオフセットを調整して、アイドル電流の再確認(20mA)です。


こんな感じで最終的なチェックです。

音だしをしてみましょう!

とその前に、いろいろと・・・・ 2018.4.22

このDAC&AMPを完成させていくにはまだ色々と検討すべきことが残っています。

@MUTE回路
 
 スピーカに接続するのでMUTE回路が必要になってきます。この基板ではMUTE用のリレーは搭載していますが、
その制御方法をきめておかなければなりません。基本的には一定時間たてばリレーをONするのですが、
それに加えてa)外部制御信号での制御 と 2)電源電圧を監視 もいれましょう。2)については電圧が低下したら
速やかにリレーをOFFにする目的です。

A電源回路
 この基板に必要な電源は色々と必要になります。ちょうど下記の3電源が必要になります。

 ・パワーアンプ用の電源(電圧は出力に依存)
 ・DAC用ぼ電源(5V)
 ・リレー駆動用の電源(12V)

この中でもパワーアンプ用の電源をどうしようかは悩んでしまいそうですが、私のシステムではさほど出力は必要と
しないので、さほど電圧は必要でありません。一度アンプの出力電圧を実測したことがありますが、通常の音量のときは出力電圧は
ピーク時でも数V(4〜5V)を超えることがありません。無理にボリュームを上げて大音量にしたところで、10Vをすこし越える程度です。
それも一瞬しかならすことができないほどの大音量になります。消費電力に換算すると、
たとえば10Vとしても4Ωのスピーカだと実効値で12W程度です。いわゆる100W以上の出力があってもかなりもてあましそうなので、
最大出力電圧は15Vもあれば十分といったところです。

ただ15Vの出力を得るには出力段がMOSFETなので4V程度のロスはあるので、電源電圧は20V以上は必要です。
ということで出力電圧は20Vにすることにしましょう。高くても22Vかな〜。

20Vにする理由は

アンプに使用するトランジスタの耐圧は50Vの物を用いているので、電源電圧は片側で25V以下にする必要があります。
じつはこのトランジスタの耐圧が電源電圧の制約にもなっています。もっとも、耐圧の高いトランジスタを使えば、この制約はなくなります。
チップトランジスタでも120V耐圧のものがあり、秋月でも売っています。なお、すべてのトランジスタの耐圧をあげる必要はなく、
主に出力段とトランジスタのみが高耐圧のものにするすればいいだけです。
 まあ、チップトランジスタにこだわらなけくて、普通のTO-92タイプのものであれば、さがせば高耐圧品はいろいろとあるでしょう。



秋月からコンプリでつかえる高耐圧のチップトランジスタもあります。ただ、種類はほとんどありません。

パワーアンプの電源も定電圧化しよう!

アンプの動作電圧を20V程度にする予定なので、ついでに定電圧化できそうです。
ということで、下記の仕様でアンプ用の電源基板を描いてみましょう。

 @パワーアンプ電源
   ・定電圧化(電流は数A程度流れることを考えて3段ダーリントンで最終段のパワトラは外付け)。
   ・平滑コンデンサは2200uFのものを複数で使用。
   ・保護回路はなし

 ADAC用電源
   ・5Vの定電圧。出力は500mA以上は得られるようにしましょう。
   ・回路はディスクリタイプを仕様(私的には色々とつかっているので信頼感があります)。
   ・平滑用のコンデンサは2200uF程度で十分かな?

 Bリレー用電源
   ・とくに音には影響しないので、手をぬきます(笑)。普通ご3端子レギュレータで。
   ・他にもつかえるようにMUTEリレー回路も内蔵しておきましょう。
   ・平滑用コンデンサは小容量で(電源OFF時に早くリレーがOFFするように)。

こんな感じかな?


電源回路も描いてみました。上からパワアンプ用電源、DAC用電源、そしてリレ−用電源の構成になっています。

ようやく音だし! 2018.4.28

GWがはじまりました!ようやく時間がとれそうです。と、いいながらGWのほとんどは帰省するので、逆に時間がとれなかったりするが
休みの朝に音だしにかかりました。

電源が必要なのですが、ここはTYPE-M基板を使用しました。TYPE-M自体はDAC用の電源なので、あまり電流を取り出すことを
考えた設計にはなっていませんが、普通の音だし程度ならまったく容量的には大丈夫でしょう。

パワーアンプの電源のためにすこし定数を変更です。電圧レギュレータのLM317/337の回路定数を240Ω/3kΩとして
(3000/240+1)*1.25=16.9と約17Vに設定です。

配線は音だしということで蓑虫クリップでの配線としています。
音楽ソースはSRC4137を介してPCM信号を入力しています。

こんな感じで音だしです。

ちなみに電圧は?

普通の音量でONKYOのD202AXを鳴らした場合のアンプ出力の電圧を測定してみました。
オシロでは±1V程度でしょうか。たまにパルス状の音もはいりますが、それでも3V程度でした。
電圧としては17Vでも十分ですね。ただしMOSFETの電圧降下があるので、出せる電圧はおよそ12〜3Vですが
そんな音量だしたら近所から苦情がくるか・・・、あ、その前に電源がパンクしてしまうか。

電流容量を計算してみると、D202AXのインピーダンスは6Ωなのでピーク時の3Vの場合で500mA流れます。
ステレオだと1Aですね。パルスだと大丈夫ですがLM317は1.5Amaxなので、まあ限界でしょう。


普通の音量の時のアンプの出力電圧です。

さて、そろそろ帰省の準備をしなくっちゃ。

ちなみに、

電源基板もできてきました。

TYPE-P電源基板
パワーアンプ用の定電圧の電源ユニット(P)とDAC用電源回路(5V用)とMUTEリレー用の12V電源回路を搭載しています。

TYPE-P電源基板です。

TYPE-Q電源基板
こちらはパワーアンプ用の電源ユニット(定電圧)だけです。以前からリリースしているTYPE-D電源の強化版のような位置づけです。


TYPE-Q電源基板です。

組み立てていきましょう!

手元には搭載できるだけの大容量の電解コンデンサの数がないので、まずはそれなしでくみたてました。
動作確認のために最終段のトランジスタも必要ですので、まずは仮にとりつけました。

TYPE-PとTYPE-Qの電解コンデンサ以外のところは実装が終わりました。

まずはこの段階で電解コンデンサは差し込むだけで、半田付けはせず動作確認です。
両方の基板とも問題なく動作が確認できました。
実際には整流ダイオードを逆に取り付けていて1本燃やしました(笑)。


TYPEーP基板にトランスを接続して動作確認です。


TYPE-Q基板もトランスを接続して動作の確認です。

大容量のコンデンサは帰省先にストックしてあるはずなので、GW中に帰るのでそのときにでも
とりつけましょう!
まずはここまでかな。

基本的にはDACandPA基板と電源基板の組み合わせしたものが2〜3枚作成して、アンプユニットにする予定です。
2枚の場合は1枚の電源ユニットで2枚のDACandPAを駆動する場合です。ツーイタとミッド用のアンプなら
それでも十分な電源容量を得られるでしょう。
ウーハだけは別回路にしたほうがいいかもしれません。

出来上がりをイメージしつつ・・・・GWモードに突入です。

GWのお楽しみ! 2018.5.8

GWでのお遊び用にTYPE-P,Q基板を帰省先に持ち込みました。
まずは帰省先の部品箱から電解コンデンサを探して一気に搭載することにしました。本当はもっと大容量のものが
いいかと思いましたが、基板を重ねることを考えて、すこし背を低くするために1000uF/50Vのものをつかいました。
というか、以前にディジットで1個20円だったこともあって大量に買ったものがあるので、半分はその消費も
兼ねています(笑)。でも、今回の実装でほとんどなくなっちゃいました。もっと買っておけばよかったとちょっと後悔。
また店頭でいいものを見つけたら、今度はすこし多目に仕入れておきましょう。

TYTP-P電源基板のお出かけ用の写真です。


TYTP-Q電源基板のお出かけ用の写真です。


組み立てたあとは、一応トランスを接続して動作確認をしておきました。

アルミ板に仕込み
さて、実際に音を出すためにアンプが搭載された基板の横にとりつけました。
もともとはアンプを取り付ける予定だったので、すこしパワトラの取り付け位置が不自然ですが、まあいいでしょう。

まずはアルミ板に搭載です。

配線しましょう
電圧が確認できたので、アンプとの接続配線です。ここは綺麗にしたいところなので、配線長も考えておこないます。
最後に結束バンドで締め上げれば、綺麗にみえます。見た目は大事ですが、それ以上に配線が飛び出していると引っかけたりする
事故が怖いですからね。なんせ高い電圧を使っているので、配線が切れてDACでも短絡しようものなら目もあてられません。


配線を済ませましょう!

動作!あれ?
ここですこし笑話。電源を入れたあとに5秒後にリレーが入る予定なのですが、なぜかリレーが作動しません。
ソフトを確認しても問題ないし、それよりリレーONと同時にLEDが光るようにしているのでですが、LEDが光れど
リレーが動かない。リレーを駆動するNPNトランジスタにも正常な信号がきているのに・・・。ひょっとして
リレー部分の配線パターンが間違っているのかと焦りましたが、CAD図面をみても問題はなさそう。
で、基板とアルミ板の僅かな隙間から覗いてみると、なんとなく半田付けができていない様子。
ということで、一旦基板の裏を確かめるために、パワトラの取り付けネジを外して、基板も外して半田面を
確認したら、やはりリレーの半田付けが1箇所抜けていました。こういうこともあるものです。
修正にえらい手間がかかりました。

さて、音だしです。
アンプはこの1台しかなく、まだチャンデバに接続するにはいたらないので、普通の2WAY(ネットワーク有り)
のスピーカに接続して試聴です。これも、音楽ソースは懐かしのユーミンを聞きました(45周年ベスト)。

全体を接続した状態です。ソースはSRC4137をつかっています。

うん!
いつもはミニコンに接続されているスピーカですが、本格的に鳴らすとそれなりに実力がでるようです。
といか、単に鳴らす場所が違うだけかもしれませんが(笑)。というのもこのスピーカはいつもはリビングで使っていますが、
今日は帰省先の寝る部屋で鳴らしています。比較的のびのびと鳴らすことができるので、その影響かもしれません。
いつもより大きな音を入れてやることができるので、その分元気に聞こえたのかな?
まあ、これだけなるならメインシステムのアンプとしても期待できます。
最終的には電源基板をもう一枚付け加えて、アンプ基板もさらに2枚付け加えて鳴らすことを考えています。
完成は盆休み頃かな〜。


試聴している様子です。


試聴のレーベルです。懐かしい〜。

でも、基板自体は動作も確認できたので近日リリース予定です。

(つづく)