低歪ディスクリートヘッドホンアンプの作製

ClassAAヘッドホンアンプの低歪に刺激を受け、ディスクリートで低歪なヘッドホンアンプを作製する。
歪みを少なくするには、ガッツリ電圧を増幅してたらふくNFBへ食わせるのと、とにかく出力インピーダンスを低くすることである。

で、この回路。

2段目までで十分に電圧を増幅し、最終段はINVダーリントン。出力抵抗も2.2Ωと低くした。
さっそくシミュレーションしてみる。

評価した回路。
1kHz、2Vp-p出力で負荷32ΩのFFT解析結果。

2次も3次も高調波が出てない。
して、その歪率は、

Total Harmonic Distortion: 0.000129%

おおー、全部入りより1桁良くなった！

トランジスタの元気良さはそのままに、とても解像度が高く、精密な音がする。
ウタダさんの声が素晴らしい。

全部入りヘッドホンアンプの最終段をINVダーリントンにすると、さらに1桁歪率が良くなるのだが、シミュレーションでの発振がなかなか収まらない。これは冬休みの宿題にしよう。。。


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ClassAAヘッドホンアンプの歪率

ClassAAヘッドホンアンプの音が、超絶クリアで透き通った音がするので、シミュレーションにて歪率を測ってみた。

評価した回路。各オペアンプのSpice Modelはメーカーからダウンロードしたものを使う。

1kHz、出力2Vp-p、負荷32ΩのFFT結果。2次高調波が-130dB以下、3次以降は出てない。。。
そして、その歪率は、

Total Harmonic Distortion: 0.000021%

なんぞこの値 (@_@;)
ちなみに、全部入りヘッドホンアンプの結果は、

2次と3次共に-100dB以下。歪率は、

Total Harmonic Distortion: 0.001718%

これでも十分に低歪と思うが、ClassAAは次元が違う。
もちろん、全部入りアンプもとても良い音であり、歪率だけでは性能を計れないが、この異次元の音を体験してみるのはいいかもしれない。


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3石・単電源の簡単お手軽ディスクリートなヘッドホンアンプ（でも高音質）

各家庭にたぶん必ず1個は転がってる12VのACアダプタを利用した、たった3石で単電源で、簡単お手軽に作れるヘッドホンアンプ。でも音はバカにできない。

さっそく設計。

たった3石しか使ってない。それも12V単電源。

シミュレーションしてみると。。。

上から下まで変なピークも無く、とても素直な特性なことが分かった。これは期待できる。

パーツレイアウト。

秋月のユニバーサル基板Cタイプに収まってしまう。
例によって、赤色はジャンパーである。

パーツリスト。

パーツリスト（ステレオ分）		個数	お店・備考
2SC1815	初段NPNトランジスタ	2	秋月。or 2SC2240
2SC2120	終段NPNトランジスタ	2	秋月。or 2SC4793
2SA950	終段PNPトランジスタ	2	秋月。or 2SA1837
1N4148	シリコンダイオード	4	秋月
1S3	SBD	2	秋月
10Ω	カーボン抵抗	8	千石
68Ω	カーボン抵抗	2	千石
360Ω	カーボン抵抗	2	千石
13k	カーボン抵抗	2	千石
47k	カーボン抵抗	2	千石
10kA	Aカーブ2連ボリューム	1	マルツ
0.1u	フィルムコンデンサ	2	秋月
2.2u	フィルムコンデンサ	2	秋月。Panasonic ECQV
100u	タンタルコンデンサ	2	千石
1000u	低ESR電解コンデンサ	2	千石。東信UTWRZなど
2200u	低ESR電解コンデンサ	2	千石。東信UTWRZなど

完成！

タンタルコンデンサの代わりにOS-CONを使ってるが、たまたま手元にあったから。たぶんタンタルの方が特性的には良いと思われる。漏れ電流少ないし。

こんなに簡単な回路でも音はかなり良い。これでいいぢゃんと思わせるくらいに良い。

ぎゅうぎゅう詰めだからチャネルセパレーションは悪い気がするが。

大きめの基板にクロストーク対策して、トランジスタや抵抗やコンデンサをオーディオ向けのに代えたりするのも面白いと思う。

お勧め。

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ClassAAヘッドホンアンプ（★お勧め）

今は無きTechnicsが考案したというClassAA回路のヘッドホンアンプを作製する。

こんな回路。

もし初段（電圧増幅段）にFET入力OPAMPしか使わないなら、次の回路図の方が良い。

FET入力OPAMPは出力オフセットが小さいから入力抵抗を高くできる。
逆に、帰還抵抗は低くできるから雑音の面で有利になる。

抵抗がループしてる部分を「ホイーストンブリッジ」と呼ぶらしい。
このブリッジの効果により、1段目のオペアンプは出力負荷が限りなくゼロになり、電圧増幅とNFBに専念できて、2段目のオペアンプは1段目オペアンプの負荷が無くなるように馬車馬のように働いて電流をガンガン流すようだ。
とゆーことで、2つの異なるオペアンプを適材適所で使ってみることにする。

パーツレイアウト。
トランジスタを何個も使うディスクリと違ってICを使うと簡単だ。出力抵抗が10になってるけど、実際は33を付けている。シミュレーションでは10でも発振しなさそうだから、10でもいいかも。

こんなんできました。コンパクト。

その音は、透明感のある澄んだ音だった。綺麗な音やねぇ。
電源を強化して出力バッファを付けるといいかもしれない！


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単電源パワーアンプの作製（2013/11/11:最終形）（★★お勧め）

単電源で動くパワーアンプを作った。
※パーツレイアウト図に間違いがあったので訂正しました。

（2013/11/10:一部改訂。一部抵抗値変更、100u電解コンは除去し2.2uフィルムを移動）
（2013/11/11:一部改訂。2.2uフィルムを100uタンタルへ変更。電解コンを低ESR品へ変更）

NPNトランジスタ差動入力、終段はINVダーリントン。

電源は+20Vの単電源で、抵抗でバイアスを作り中点を+10Vに合わせる。

パーツリストを以下に示す。秋月・千石でほとんど揃う。
初段（電圧増幅段）とカレントミラーのペアは選別するのが望ましい。

パーツリスト（ステレオ2ch分）		個数	備考
2SC1815	NPNトランジスタ	10	秋月等。2SC2240ならなお良い
2SA1015	PNPトランジスタ	4	秋月等。2SA970ならなお良い
2SC3422	NPNトランジスタ	2	秋月等。2～3A流せるものなら何でも
2SA1359	PNPトランジスタ	2	秋月等。↑とコンプリで
1N4148	小信号シリコンダイオード	4	秋月等
LED	赤色	2	秋月等。高輝度タイプはNG
100p	フィルム	2	千石等。マイカ、スチコンならなお良い
0.047u	フィルム	2	秋月等
0.1u	フィルム	2	秋月等
2.2u	フィルム	2	秋月等。Panasonic ECQV
4.7u/6.3V	タンタル	2	千石等。フィルム、電解でも可
100u/16V	タンタル	2	千石等。電解でも可
1000u/16V	低ESR電解	2	千石等。東信UTWRZ。一般品でも可
1000u/25V	低ESR電解	2	千石等。東信UTWRZ。一般品でも可
1Ω	カーボン抵抗	8	千石等。抵抗はカーボンで十分
10Ω		2
510Ω		6
1.8k		2
3.6k		2
10k		4
11k		2
12k		2
120k		2
100Ω	Bカーブ トリマー	2	千石等。半固定抵抗器でも可
10k	Aカーブ 2連ボリューム	1	マルツ等

パーツレイアウト。

※この図は間違い！

※こちらが正

下の実装写真の問題箇所の拡大。

12k抵抗の足は隣接する1815のベースを跨いでる(赤丸部分)。

赤線はジャンパー、紫線は電線。
バイアスのダイオードと最終段のトランジスタは熱結合する必要がある。
熱暴走はしないと思うが、心配な人は最終段のトランジスタに放熱器を取り付けること。その際は、トランジスタを表裏逆にレイアウトして、ダイオードはトランジスタの表面に結合すべし。
結合は、最初に瞬間接着剤で仮止めし、その後エポキシ接着剤でダイオードをこんもり覆うように接着する。

抵抗はカーボン、電解コンデンサも含めその他全て一般品。コストパフォーマンス良い。
タンタルコンデンサを電解コンデンサへ、100pフィルムを積セラへすれば全て秋月で揃う。積セラはあまりお勧めしないが…たぶん、音はそんなに変わらないはず。
単電源だからACアダプタが使えるしとても安上がる。

音は素晴らしい。解像度が高い透明感がある音だ。

最終形となり、革命アンプは優に超えた音になった。明瞭感に押し出しの強さが加わって完全体である。


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I made a headphone amplifier.

I build a headphone amplifier using 2N3904/2N3906, BC337/BC327.

The circuit diagram of headphone amplifier.

Select the same hFE transistors for the first stage and current mirror.

Parts list(Stereo)		Qty	Notes
2N3904	NPN transistor	x8	or BC547
2N3906	PNP transistor	x2	or BC557
BC337	NPN transistor	x2
BC327	PNP transistor	x2
1N4148	Diode	x4
1S3	SBD	x2
47p	Film capacitor	x2	WIMA FKP2
0.047u	Film capacitor	x2
2.2u	Film capacitor	x4	Panasonic ECQV
0.27u	Film capacitor	x4	0.1u - 0.27u
10u	Tantalum capacitor	x2	3.3u - 10u
LED	Red LED	x2
10 ohm	Metal film resistors	x10
510 ohm	Metal film resistors	x6
1.6k	Metal film resistors	x2
4.7k	Metal film resistors	x2
12k	Metal film resistors	x2
36k	Metal film resistors	x4
100 ohm	Trimm resistor	x2	B Curve
10k	VR	x1	A Curve

The power supply.

Parts layout.

Red Line is jamper.

Purple Line is wire(AWG22).

Very clear and dynamic sound!

At your own risk! Good luck!