2015年3月14日土曜日

1石(MOS-FET) 0dBヘッドホンアンプの詳細(★★★★★お勧め)

前記事では、ヘッドホン出力時の遅延回路をはしょってたので、ちゃんと入れたのを載っけることにした。

POP音防止の遅延回路(右下)
※トランスを間違えていたので訂正。12V/0.2A→12V/0.3A
※上記に伴い、パーツ表も訂正。

パーツのレイアウトも載っけてみる。

アンプ部

12V/2回路リレーが大きいため、遅延回路が面積の約1/3を占めている。。。
12k抵抗が斜めってるのは、MOS-FETのヒートシンクと干渉するためw


電源部

二次側2回路で±両電源を作るのは良くあるが、プラス電源×2は珍しいのではないだろうか(笑)
一応パーツ表を載せておく。トランスは秋葉原のラジオデパートかラジオセンターで類似のものがあるはずだ。

パーツ個数購入先備考
IRLB3034PBF2秋月N-Ch MOS-FET
2SC1815(Y)3秋月定電流回路と、遅延回路に利用
2SC39642秋月定電流回路用
NJM78122秋月12V/1A三端子レギュレータ
1N41484秋月汎用シリコンダイオード。色んな箇所で逆流防止用
SDI21002秋月SBDブリッジ
941H-2C-12D1秋月12V/2回路リレー
50F2D104J2秋月ルビコンフィルムコンデンサ 0.1u/50V 104
630MPS104J1秋月メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ0.1u/630V 104
トランス一次側スパークキラー構成用
16PB017-010254秋月ヒートシンク。MOS-FETと三端子レギュレータ用
2Pターミナルブロック2秋月トランス一次側入力。[AC,AC]
3Pターミナルブロック1秋月トランス二次側出力。[+,GND,+]
3Pターミナルブロック(小)3秋月アンプ側の入力/出力/電源用
秋月ユニバーサル基板Bタイプ1秋月アンプ実装基板
33Ω-1W 酸化金属被膜抵抗2千石ヘッドホン出力切替前の負荷抵抗
120Ω-1W 酸化金属被膜抵抗1千石トランス一次側スパークキラー構成用
12kΩ-1/2W金属被膜抵抗2千石定電流回路用
10Ω-1/2Wカーボン2千石定電流回路用
33kΩ-1/2Wカーボン1千石LEDのブリーダー抵抗
39kΩ-1/2Wカーボン1千石オンディレイ回路のCR回路のR
200kΩ-1/2Wカーボン2千石入力バイアス用
240kΩ-1/2Wカーボン2千石入力バイアス用
TBM1E105BECB2千石1u/25Vタンタルコン。三端子レギュレータCout
TBM1E335DECB2千石3.3u/25Vタンタルコン。三端子レギュレータCin
1HUTES100M2千石東信UTES 10u/50V。入力C
1EUTES102M2千石東信UTES 1000u/25V。出力C
1EUTES222M2千石東信UTES 2200u/25V。アンプ電源C
1EUTES472M2千石東信UTES 4700u/25V。トランス二次側平滑用C
ノンブランド ユニバーサル基板1千石電源実装基板。24x18ホール ガラスエポキシ
SP-1203W1菅野電機研究所(SEL) 二次側12V/0.3Ax2 トランス
50k Aカーブ2連ボリューム1その他、ケースや3.5mmステレオジャック、RCAジャック等
パーツ表


アンプ部実装後


電源部実装後

レイアウトを見ると分かる通り、密集度は高くなく、実装部品数も多くないため、そんなに難しくない。実聴の価値はあるから興味ある人は作ってみて欲しい。


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13 件のコメント:

  1. 還暦過ぎのおじさん2015年3月14日 14:44

    こんにちは。

    前の記事に写真等の掲載を書き込みをしましたが参考にさせて頂きます。
    基板裏の配線が苦手ですが、参考写真でもあればお願いします。

    2SC3964ですが秋月にありませんが、他に変わるものは何でしょうか?

    殿堂入りの「低歪ディスクリートヘッドホンアンプ」は★が4個で、こちらは5個ということは、こちらの方が殿堂入り若しくは互角ということでしょうか?

    よろしくお願いします。

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    1. 2SC3964の代わりは類似のものなら何でも構いません。秋月なら2SC3422でいいでしょう。
      低歪アンプとは性格が違う音なので、比べることができないです。全ては主観でしかないので。。。どちらも良い音です。
      こちらの方が、ダイナミックさがあります。押し出しの強さみたいな。

      き・基板の裏はこのレイアウト図を裏返したのと同じなのですが。。。
      画像処理ソフトでミラーするといいのでは!?

      レイアウト図で分かりにくいのは、入力C(10u)のマイナス側は、穴1つ分ずらして取り付けてください。一見グランドと繋がっているように見えますが、よく見るとマイナス側が赤線(ジャンパ線の色)になっているでしょう?
      あと、グランドと電源の線はなるべく太いものを使ってください。JJは、直径0.8mmのスズメッキ線を使ってます。
      最後に、IRLB3034PBFは金属の放熱面が(たぶん)ドレインと繋がっているので、事故を防ぐためにヒートシンクとの間に熱伝導シートを挟んでください。もちろんネジもプラスチックのネジを使ってください。どちらも秋月に置いてあると思います。

      検討を祈ります。

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  2. 還暦過ぎのおじさん2015年3月14日 18:11

    JJさん、詳しい説明有難うございました。
    小遣いが少ないので、製作は少し先になりそうです。

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  3. 素人質問させていただいてもよろしいでしょうか。

    記事のアンプをユニバーサル基板で作成してみました。
    2SC3964の替わりに2SC3422を使ってみたのですが、定電流回路がうまく動かないようで、MOS FETで電力増幅していないようです(イヤホンから電流不足気味の音は出ています)

    試しにブレッドボードで片ch分を作ってみて、定電流回路の替わりに1W抵抗33Ω(100の3パラ)を使ってみたところ、(恐らく)正常に音が出ました。これに定電流回路を組み込んでみたのですが、この場合は上記症状になってしまい、往生しております。

    非常にクリアかつメリハリのある音でしたので、何とか完成させたいと思っているのですが、何かご指摘いただけるような部分はありますでしょうか。

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    返信
    1. 使っているヘッドホン(イヤホン)のインピーダンスは何Ωですか?
      ここで紹介しているヘッドホンアンプは、JJの普段使いのヘッドホンに合わせて作ってあるので、インピーダンスが30~40Ωのヘッドホンなら問題無いです。
      もしかして、インピーダンスが16Ωぐらいのを使ってませんか?または600Ωとか。

      削除
    2. ご指摘のとおり、普段使いは600Ωと300Ωですが、完成してないので昔のiPhoneのイヤホン(32Ω)を使っております。

      一つ質問させて頂きたいのですが、一つ前の記事の回路図では出力側のラインに負荷抵抗が付いていなかったのですが、定電流回路が能動負荷になっているという理解であっているのでしょうか。

      ブレッドボードで組んだ方は負荷抵抗を外しておりましたので。

      削除
    3. 一つ前の記事にも負荷抵抗は描いてないですよ。
      もしかして、33Ω/1Wのことを指しているのでしょうか?
      この抵抗は、出力Cへ電気を溜めるためのものです。ショートさせるわけにもいかないので、ヘッドホンと同等の負荷を繋げてあります。

      POP音防止のため、出力Cに電気が溜まるまでリレーを遅延動作させていますが、リレーがOFFの時はこの抵抗がアンプの負荷になります。
      330uのコンデンサへ十分に電気が溜まると2SC1815がONになり、リレーに電流が流れ出力がヘッドホンに切り替わる仕組みです。

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    4. このアンプはゲインが1倍なので、電圧の増幅はしません。
      一般的なオーディオ機器のライン出力は0dBで、0Vを中心に±1V振幅します(交流的には0.775V)。仮に正側の最大値である1Vで考えてみると、32Ω負荷で約31mA(1V÷32Ω)流れます。電力で表すと、1V×31mA=31mWです。
      600Ω負荷の場合、1V÷600≒1.7mAしか流れません。電力で表すと、1V×1.7mA=1.7mWしか得られないことになります。
      仮に600Ω負荷で30mWを出力したいなら、±約4.2Vの振幅が必要です。逆に電流は7mAも流せれば十分なので、オペアンプをゲイン4~5倍にしたChu-Moy的なアンプが良い結果になるのではないかと思います。

      定電流回路では無く、33Ω抵抗で正常な音が出るのは上記では説明できないので謎です。。。

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    5. JJさん

      低レベルな質問に対し色々ご教授いただき、どうもありがとうございます。
      (特にライン出力の考え方について無知であったため、非常に参考になりました)

      ご回答のとおり、前記事にも負荷抵抗は書かれておらず、「もしかして」の33Ωが負荷抵抗になっているのかな?と捉えておりました。。。

      今は出先におりますので、戻り次第もう一回色々試してみます。

      なお、600Ωのヘッドホンはオペアンプ+エミッタフォロアのヘッドホンアンプで調子よく駆動しておりますが、あまり地球にやさしくないことが理解出来ました(w
      本件に片がついたら、A47でも試してみようと思います。

      削除
    6. JJさん

      電流が流れない理由が判明しました。カレントリミッタの抵抗が10Ωではなく10KΩになってました…orz
      通販で注文した後、テスターで測ることもなく使ってましたので、気づきませんでした。(動作電流の調整をしようとして抵抗を変更した際に判明)

      少し動作確認した後、ケーシングします。
      いろいろご指摘いただき、どうもありがとうございました。

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    7. 1000倍も間違えちゃダメやん(笑)
      600Ωも普通に鳴るのですね。
      まぁ、600Ωのヘッドホンなら1mWもあれば十分かも。

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    8. 10Ωで注文→10Ωの記載で納品だったので検品してないのが原因です。。。

      使っているヘッドホンは600Ωでも1mWで102dbの感度があるので、少しボリュームを絞るくらいで調度良い感じになります。

      オペアンプ利用と比較するとかなり迫力のある音がしますね。キレというか解像度はそのままで力強くなるイメージです。これを超えるヘッドホンアンプを作るのは、結構難度が高そうな気がしてます。
      温度も安心できるレベルですし、よい回路・実装例を公開していただき、ありがとうございました。

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    9. シミュレーションで簡易的に歪率を検証したところ、2Vp-p出力時:
       32Ω負荷時:0.015198%
       600Ω負荷時:0.000358%
      と2桁も低いことが分かりました。
      負荷が軽い(インピーダンスが高い)と、特性が良くなりますね。
      これはオペアンプ顔負けです。
      とても高い評価をいただきありがとうございます。

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