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2016年5月5日木曜日

NJM386で両電源を生成し、汎用トランジスタを使ったローコストなヘッドホンアンプ

2SC1815/2SA1015と2SC2120/2SA950は、秋月で束で売られている汎用トランジスタである。その単価は8円～10円。カーボン抵抗なんて、秋月単価は1円である。これらのなるべく汎用品を使い、本格的なヘッドホンアンプを作ってみたい。

本格的なTr差動入力アンプ

12VのACアダプターを電源として利用し、NJM386で両電源を生成するのが特徴的だろう。アンプ部は、トランジスタの教科書に載ってそうなぐらいオーソドックスなものだが、トランジスタ差動入力＋出力段がインバーテッドダーリントン接続トランジスタと本格的なものだ。


パーツレイアウト

南側に空き地があるから、色々と改造の余地がある。
頑張れば電源部を一緒にできそうだが、モジュール化しておいた方が使い回しができるため後々便利だ。
パーツレイアウトは、自分が利用するパーツで必ず現物合わせをすること。コンデンサ1つにしても、同じ容量・耐圧でも種類によってサイズはまちまちだし。


実装後

定電流源のリファレンスにLEDを使うと、音楽聴きながら眺めていても癒やされる(笑)　が、外来ノイズを拾うかもしれないからフタはした方が良い。

どのくらいのコストになるのか、真面目に(笑)計算してみた。

アンプ部（2ch分）
パーツ個数単価価格購入先備考
2SC1815(GR)41040秋月Hfe:300以上が望ましい
2SC1015(GR)21020秋月Hfe:300以上が望ましい
2SC1815(Y)6848秋月Hfe:100～200。適当
2SC1015(Y)21020秋月Hfe:100～200。適当
2SC2120(Y)21020秋月Hfe:100～200。適当
2SA950(Y)21020秋月Hfe:100～200。適当
1N4148428秋月
赤色LED 3mm2510秋月Vf:1.85V(5mA)前後が望ましい
0.1u積セラ41040秋月
100Ω多回転半固定ボリューム280160秋月
1/4Wカーボン抵抗24124秋月出力抵抗を10Ωx2個を並列とした場合
10k Aカーブ 2連ボリューム1145145マルツ
3.3pマイカ2200400ラジオデパート
100pポリプロピレンフィルム21632千石
100u/6.3Vニッケミ無極性電解4416千石
4700u/10V東信UTES電解474296千石
小計1299
電源部
パーツ個数単価価格購入先備考
NJM386BD15050秋月LM386でも可
1/4Wカーボン抵抗111秋月
赤色LED 3mm155秋月色は好みで。高輝度の青がクール
1MΩ多回転半固定ボリューム18080秋月
100u/16V OS-CON250100秋月
小計236
合計1535

回路図にあるものだけでこれぐらい。マイカコンだけはどうしても高価になってしまう。ここに積セラは禁じ手だからしょうがない。実際には基板や線材やターミナル、ジャック類、ACアダプター、ネジやスペーサー類、アルミケースやボリュームつまみ等が必要。
また、束で売られてるものがあるため、この表の単価で買える訳でもない。
（100u無極性の電解コンは、オーディオ用と騙されてメタリックグリーンのヤツを使ってはダメだ。無用な味付けしてあり、音が曇ってしまう）

しかし、アンプ部以外は使い回しができるし、余ったパーツでもう1つ、改善点を見いだしてもう2つ、3つ…と作りたくなるから、初期投資としては高くはない。
例えば、定電流源のリファレンスをLEDじゃなく、ツェナー＋コンデンサにしてより正確で安定的な定電圧にしてみたり、出力段をダーリントンの2～3パラへしてみたり、電源部のコンデンサを汎用大容量電解コン＋積セラへ変えてみたり（この回路ではOS-CONだけで済ませてる）。

その音は、2SC1815/2SA1015らしい野太い元気な音である。一晩エージングすると音が変化し、野太さが減り、繊細さが増していた。
前稿のヘッドホンアンプと比べると劣るものの、コスパはとても良いと思う。
材料は安いが、労力はプライスレスである。

初心者の人でも、今後のベースとなるプラットホームができるから作って損はないのではないだろうか。
1つプラットホームができると、後はアンプ基板だけ作って取っ替え引っ替えできるから、きっとアンプ作りの蟻地獄にハマってしまうであろう。

追伸）
このローコスヘッドホンアンプ、前稿の物量ヘッドホンアンプより電気的な特性は優れている。聴覚上は物量ヘッドホンアンプの方が遙かに良いのにも関わらずだ。実はなかなか侮れないローコスヘッドホンアンプなのだ。


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2016年2月1日月曜日

オペアンプ＋ダイヤモンドバッファなヘッドホンアンプ。その２

前回投稿した回路で実際に製作、特性を測定してみた。


実装後

測定は、USBオーディオI/FにBEHRINGERのUCA222を、アプリケーションはRMAAを使う。緑線がUCA222、白線がこのアンプ。
ちなみに、UAC222は色違いなだけで中身はUCA202と同じだそうだ。
ダイヤモンドバッファを構成するトランジスタは、熱結合してあるのが分かるだろう。
この状態で、出力段のトランジスタの温度は４０度～５０度で均衡する。熱結合しないと、出力段のトランジスタC2120/A950が熱暴走するかもしれない。

機器の接続方法は、PC - UCA222(OUT) - (IN)当該アンプ(OUT) - (IN)UCA222。
※LoopBackとは、PC - UCA222(OUT) - (IN)UCA222。つまり、自分の出力を自分の入力へ繋げる。

TestこのアンプUCA222のLoopBack
Frequency response (from 40 Hz to 15 kHz), dB:+0.08, -0.10+0.11, -0.08
Noise level, dB (A):-89.5-89.3
Dynamic range, dB (A):89.789.5
THD, %:0.0340.038
IMD + Noise, %:0.0570.057
Stereo crosstalk, dB:-87.9-89.7
サマリー

なんだか、UCA222単体よりもこのアンプを噛ました方が特性良くなってるじゃねｗ


周波数特性

UCA222の出力とピッタリ重なって、アンプによる劣化無し。
※高域の波打ちは、UCA222の癖である。念のため。


ノイズレベル

UCA222のノイズをそのまま拾ってる感じ。


ダイナミックレンジ

UCA222の（略）

つまりは、UCA222ではちゃんとした測定ができないレベルで特性が良いということだ。
周波数特性とダイナミックレンジに出ている50Hz付近の山は、AC100Vからのノイズが影響していると思われる。JJは関東住みなので。
アルミケースの蓋を開けたまま測定したのが要因の一つかもしれない。蛍光灯やら何やらから飛び込んで来たか。

聴き込んでみた結果、その音は測定結果通り、ダイナミックレンジが広くノイズが皆無で、エッジが効いたサウンドだ。エッジは効いてるが聴き疲れはしない。クラシック音楽を聴いてると心地よさに居眠りしてしまうほど自然な音である。
NJM4580の性能を全て引き出したような気がする。

この回路の特徴は、音声信号ラインに「直列に」コンデンサが入ってないこと、位相補償をする代わりに入力時点でローパスフィルタにより高域を減衰させていること、出力段にダイヤモンドバッファを使い低歪を実現していること。
これまでの実験より、ヘッドホンアンプ程度の出力ならば、同等出力のバッファ回路なら、一般的なバイアス作ってプッシュプルより、ダイヤモンドバッファの方が歪率が低いようだ。

また、バイポーラ入力なオペアンプでも入力抵抗を高くでき（入力に並列な抵抗を入れてないため）、出力オフセットをゼロに合わせ込むことができるのも特徴だ。


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2016年1月31日日曜日

オペアンプ＋ダイヤモンドバッファなヘッドホンアンプ。その１

オペアンプにダイヤモンドバッファを足してヘッドホンアンプを作る。
オフセット調整回路も付けてみた。

回路図

電源は前に作った両電源回路を流用。
これ、ACアダプタから手軽に両電源が生成できるから超便利。


評価回路

2SC2120/2SA950の代わりに似たような特性のBC337/BC327を利用する。


周波数特性

歪率

Total Harmonic Distortion: 0.000017%。
いいねー！


パーツレイアウト

一聴した感想は、とにかくクリア、超絶クリア。
明日、特性を測定してみよう。


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2014年11月18日火曜日

NJM2115にて、ポータブルヘッドホンアンプ、「えくぼ」バージョン

BC3X7なんて、そんな舶来のトランジスタなんて持ってないよ！って方のために、日本で一般的なECB配列のトランジスタでレイアウトしてみた。

定電流源は、ちょっとサボってCRDで済ますことに。
※一部間違を修正

トランジスタは、2SA1015/2SC1815、2SA950/2SC2120とか、150mA以上流せるお気に入りのを使ってください。もちろん足の順番はECBで。
これは本当にコスパ抜群で、作る価値あり。ちゃんと箱も作ってあげてね。

これでジャンク箱の整理ができるかもしれないしｗ

※この回路、実は色々と問題を抱えてることが分かり、もし作るならこちらを抵抗分圧で作ってみてください。


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2014年10月19日日曜日

究極のClassAAヘッドホンアンプ。最後に。

最後に、パーツ表とレイアウト図を公開し、ホイートストンブリッジを考えたサミュエル・ハンター・クリスティさんと、それを実用化したチャールズ・ホイートストンさん（Wikipediaを参照）、さらにオーディオへの応用を考えついたテクニクスの中の人に敬意を表したい。

パーツ表。電源は別途用意すること。
パーツ個数購入先備考
10Ω金属被膜抵抗2千石などWブリッジ用。誤差1%以内のもの
33Ω金属被膜抵抗2千石などWブリッジ用。誤差1%以内のもの
1kΩ金属被膜抵抗2千石などWブリッジ用。誤差1%以内のもの
3.3kΩ金属被膜抵抗2千石などWブリッジ用。誤差1%以内のもの
24kΩ金属被膜抵抗2千石など負帰還の接地抵抗。誤差1%以内のもの
47kΩ金属被膜抵抗2千石など負帰還抵抗。誤差1%以内のもの
2.2Ωカーボン抵抗6千石などTrプッシュプルの出力抵抗と、最終出力抵抗
22Ωカーボン抵抗4千石など電源用電解コンデンサ1000uFとローパスフィルタを構成
16kΩカーボン抵抗2千石など入力抵抗
4.7pマイカコン2東京ラジオデパートなど位相補償
0.1uフィルムコン（小さいのがいい）4秋月、千石などオペアンプの高周波ノイズ取り。積層フィルムなど
1000u/16V電解コン4千石など回路全体の電源用。22Ω抵抗とローパスフィルタも構成
LME49720NA2秋月、千石などLM4562NAでも良い。2回路入りのお気に入りのもので
2SK2464秋月、千石など2mAの定電流源として使用。可能なら選別すること
2SC21202秋月など2SA950とプッシュプルを構成。Wブリッジへのバッファ
2SA9502秋月など2SC2120とプッシュプルを構成。Wブリッジへのバッファ
1N41484秋月などプッシュプル回路のバイアス生成用
10kΩ Aカーブ2連ボリューム1若松、マルツなど抵抗値が入力抵抗以上のものは使わないこと
ユニバーサル基板1秋月など秋月のユニバーサル基板Bタイプなど

パーツレイアウト図。ユニバーサル基板は、秋月Bタイプを想定。それより大きければ何でも良い。

あらためてClassAAの素晴らしさを知った週末であった。


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究極のClassAAヘッドホンアンプ。設計＆実装編（★★★★★お勧め）

最終的な回路図。

※回路図に色々間違いがありました。ごめんなさい。差し替えました。
※電源部分を間違っていたので修正。

シミュレーションでの評価回路。
※シミュレーションは似通った適当なパーツを使用。

周波数特性。
300kHz近くまでフラット。その後の減衰もなだらか。

歪率。
2Vpp出力時。
Total Harmonic Distortion: 0.000022%

6Vpp出力時。
Total Harmonic Distortion: 0.000064%
この時のバッファ出力抵抗（2.2Ωの両端電圧）の波形は、
B級に近いAB級。したがって、ここでは歪みが発生しているはず。
それでも上記の歪率である。

6Vpp時のオペアンプの負荷状況。
緑線が出力電圧（左縦軸が目盛）。上が+3V、下は-3Vまでスイングしている(6Vpp)。負荷抵抗は、2.2Ω＋32Ω（ヘッドホンを想定）。
青線は初段のオペアンプ出力電流（右縦軸が目盛）。±100uAしか流れていないことが分かる。負荷が少ない分、歪みの除去に専念できているはず。
緑線は二段目段のオペアンプ出力電流（右縦軸が目盛）。上が+400uA、下が-600uAしか流れていない。電流増幅よりバランサーの役割の方が大きいことが分かる。

実装。
オペアンプ周辺と、1ch分のバッファまで実装。

全パーツの実装完了。

ケースへ組み込み。オフセットは左右とも数mV以内（全く問題無い値だったため数値は忘れた）。
百均で買ったヘッドホン（吸音材でぐるぐる巻き）をダミーロードとして、ボリュームMAXにしてもオペアンプ・トランジスタ共に全く熱くならない。ぬるま湯ぐらい。

実際の音を聴いてみた。
LME49720NAが支配的な音である。
と言うか、LME49720NAの能力・性格を全て出し切っている音だ。
言葉で表現すると。そうだな、

鳥肌が立った。


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2014年7月27日日曜日

今さらながら「ぺるけ式」（★★★お勧め）

今さらながら「ぺるけ式」ヘッドホンアンプを作ってみた。
厳密には終段のトランジスタが異なるので、ぺるけ式とは言えないかもしれない。終段は入手し易く安価な2SC2120/2SA950にしてみた。
また、負電源は左右それぞれで生成するように変更。

抵抗やコンデンサの値はぺるけ式そのもの。

　　　　　　　　　　 パーツ 備考 個数 入手先
　　　　　　　　　　 2SK170(BL) 　 4 秋月
　　　　　　　　　　 2SC1815(Y) 　 4 秋月
　　　　　　　　　　 2SC1815(GR) 　 2 秋月
　　　　　　　　　　 2SA1015(GR) 　 2 秋月
　　　　　　　　　　 2SC2120(Y) 　 2 秋月
　　　　　　　　　　 2SA950(Y) 　 2 秋月
　　　　　　　　　　 1N4002 　 6 千石
　　　　　　　　　　 NJM7815 　 1 秋月
　　　　　　　　　　 SDI2100 SBDブリッジ 1 秋月
　　　　　　　　　　 　 　 　 　
　　　　　　　　　　 5.6Ω カーボン 4 千石
　　　　　　　　　　 27Ω カーボン 2 千石
　　　　　　　　　　 33Ω カーボン 4 千石
　　　　　　　　　　 68Ω カーボン 2 千石
　　　　　　　　　　 150Ω カーボン 4 千石
　　　　　　　　　　 1kΩ カーボン 4 千石
　　　　　　　　　　 1.5kΩ カーボン 1 千石
　　　　　　　　　　 1.8kΩ カーボン 1 千石
　　　　　　　　　　 2.4kΩ カーボン 4 千石
　　　　　　　　　　 4.7kΩ カーボン 4 千石
　　　　　　　　　　 12kΩ カーボン 2 千石
　　　　　　　　　　 470kΩ カーボン 2 千石
　　　　　　　　　　 　 　 　 　
　　　　　　　　　　 1000u/10V電解 東信UTWRZ 2 千石
　　　　　　　　　　 2200u/16V電解 東信UTWRZ 2 千石
　　　　　　　　　　 4700u/16V電解 東信UTES 2 千石
　　　　　　　　　　 4700u/25V電解 東信UTES 2 千石
　　　　　　　　　　 0.1uフィルム 指月SMC 1 千石
　　　　　　　　　　 0.33uフィルム 指月SMC 1 千石
　　　　　　　　　　 　 　 　 　
　　　　　　　　　　 J1603 16V/0.3Aトランス 1 秋葉原ラジオセンター東栄変成器
　　　　　　　　　　 0.5Aヒューズ 　 1 千石
　　　　　　　　　　 スパークキラー S-1201 1 小林電機商会
パーツリスト
スパークキラーが入手できない場合は、回路図にある通り、120Ω抵抗＋0.1uフィルムコンデンサで代用できる（定格に注意）。

パーツレイアウト。秋月ユニバーサル基板Ｂタイプ。
※出力抵抗の値が間違ってました(11Ω)。正しくは5.6Ω。図は訂正済み。

抵抗はカーボンの一般品、電解コンデンサも一般品。

 抵抗の色がタラコのようだ。

 ケースに入れる。

青色LEDとAKGが眩しい。

今まで作ったヘッドホンアンプとは音の響きが違う。あと、音の粒子が詰まってなくて広がった感じがする。
よくぺるけ式は「聴き疲れしない」と言われるが、なるほど理解できた。
うん、しばらく常用してみよう♪


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