低電圧(単三電池x2の3V)なヘッドホンアンプの作成（★★★★お勧め）

単三電池２本のたった3Vで驚きの音がするので★を増量。

車載オーディオ用として活躍しているiPod Classicの音をヘッドホンで聞くとイマイチ感が半端なく、専用のヘッドホンアンプを作ることにした。
宿泊先でも手軽に聴けるように電池駆動を条件とする。電池は006Pだと普通過ぎて面白くないので、単三電池2本の3Vでディスクリートで作ってみた。

回路図

電源は+3Vの単電源だ。両電源を生成するのが面倒だった。。。
トランジスタは"UNISONIC TECHNOLOGIES CO.,LTD"の、2SC1815/2SA1015のセカンドソース品だ。トランジスタは、2SC2120/2SA950でも、洋物ならBC337/BC327でも何でも良い(ただし、定格と足の並びには注意)。

実装後

コンデンサや抵抗等はあり合わせの物を使ったので、一部種類が違っていたりｗ
出力コンデンサに、PCマザーボード用の超低ESRなんてものを使ってみたり。

完成形１

百均で買ったガラス瓶へ入れてみた。

別アングル

入出力は蓋へ取り付け。アルミじゃないから穴開けが楽だ～

基板裏は絶縁

電池の表面とショートしないよう、基板の裏面を制振シートを貼り付けて絶縁。

パーツレイアウト

※レイアウト図中の150k抵抗(2つ)は、20kが正しいです。

　ご指摘していただいたhiroさん、ありがとうございます。

3Vの電池駆動といってもアンプはアンプ、基本的な構成・複雑さは変わらないなぁ。

iPodのヘッドホンジャックからの音は、音の広がりが無く頭の中心で鳴ってる感じ。あと、霞が掛かったようなくぐもった音である。
iPodのドックコネクタからライン出力をこのアンプへ通した音は、あきらかに空間が広がり、霧が晴れたダイナミックな音である。

でもこれ、ポータブルなのだろうか。。。(笑)


※コメントにて±1.5Vの両電源にできないか？とありましたので、回路図を引いてみました。

±1.5V両電源版

実際に作ってはないので参考まで。
両電源は、低電圧駆動のオペアンプ＋トランジスタ(2SC2120/2SA950等)バッファで生成するのが良いかと思います。ローコストでいくなら抵抗分圧でもいいかな。


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【解決？】単電源から３つの電源を生成。でもこれで合ってるの？

もうこれでいいや(笑)

単純だった

要するにダイオードのVfを使って1V弱の電圧降下させる。
実測で+5.3Vになった。この先に繋げるDACの定格が+6Vだから問題無いだろう。


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単電源から３つの電源を生成。でもこれで合ってるの？

12VのACアダプタから、5V単電源と±6Vの電源を生成してみた。
こんな回路。

これで合ってる？

なんとなく動作しているが、NJM7805の出力電圧が4.7Vとなんとなく中途半端。
データシートによると、Vin=10Vで最低4.8Vは出せると書いてある。この回路の場合、Vin=12Vだから問題無いはずだが、仮想グランド(VGND)との電圧差は6Vでしかない。
ちなみにLM380が生成する両電源は、VGNDを基準に±6Vがしっかり出てる。

なんだかモヤモヤする。誰かエロい人、教えてください。


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単電源でアンバランス-バランス変換 その２

こんな単純な回路で良かった(笑)

こんなんでいいんや

単純なだけに特性もこっちのが良い。特性と言うか、HOT/COLDで特性の差がほとんど無い。周波数特性を見てみよう。

実線がほぼ重なっている。

それから、いわゆるこれはBTLだから出力Cが不要なことに後で気がついた。
だから低域まで良く伸びている。
入力Cを大きくすると(100uとか)、低域がほぼフラットになる。
作るならこっちだな。


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単電源でアンバランス-バランス変換

※その２の方が単純で特性も良いから、作るならそっちで。

ありそうでなかった、単電源を使ったアンバランス-バランス変換を考えてみた。こんな回路。

評価回路（1ch分）

※シミュレーションなのでオペアンプのパスコン等は省いてある。実際に作る際は、電源とノイズ取りのパスコンをオペアンプ近くに配置すること。

出力が大きいNJM4556Aを使っているため、このままバランス型ヘッドホンで使えると思う。out1がHOT側、out2がCOLD型である。
HOT/COLDで特性が等しくないといけない。特性をシミュレーションしてみる。

HOT/COLD側の出力サイン波

各16Ω負荷（インピーダンス32Ωのヘッドホンを想定）1Vpp出力。綺麗な上下対称だ。

周波数特性（実線）

少し高域にずれがあるものの、人の可聴範囲外である。高域以外はピッタリ重なっている。バランス出力には十分ではないだろうか。

これなら、一家に一個はあると思われる、12VのACアダプターでも使えて手頃なのではないだろうか。単電源から両電源作るのって面倒だし、＋と－とGNDの３つの配線も面倒だし、GNDが揺れるし。。。


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2SC1815エミッタフォロワー ヘッドホンアンプ改

前作の「2SC1815エミッタフォロワー ヘッドホンアンプ」を少々改善。左右のアイドル電流に微妙な差があったため、LEDのブリーダー抵抗を多回転VRに変更し、調整できるようにした。

ちょっと改善

ついでに、パーツレイアウト図も載せておこう。

パーツレイアウト

入力Cはタンタルコン、前段と後段を繋ぐカップリングCはニッケミの両極性KME、出力Cは東信UTSJが個人的にはベストチョイスであった。
もし作る場合、この図は参考として必ず現物合わせでレイアウトすること。
パーツによってサイズが違うからね。
その他、定電流部分はパーツによるバラツキがあるため、必ずチェックすること。アースラインと電源ラインは極太線(JJは0.8mmスズメッキ線を使用)を使うと良い。


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2SC1815エミッタフォロワー ヘッドホンアンプ（★★★★お勧め）

修理おじさんの「ヘッドホンアンプを作ろう5」を参考に、少しアレンジを加えて作ってみた。

こんな回路

オリジナルとの違いは、定電流源にLEDを使って実装したこと。緑LEDがいい感じに1.8Vを作ってくれる。

 実装後

トランジスタは全て2SC1815(GR)。アンプ部(左右)に6石、遅延回路に1石の合計7石の1815である。

稼働中

緑LEDがほんのり光ってるのがわかるだろう。

1815のみで作ったアンプとは思えない、素晴らしい音を出してくれる。
単電源で信号ラインに、タンタルコンや両極性電解コン、普通の電解コンと電解コンだらけだが本当に良い音だ。今までの固定観念が崩れてしまった。

修理おじさん、素晴らしい回路をありがとう！


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オペアンプ+1石バッファなヘッドホンアンプ改（★★★★お勧め）

お手軽に作った「オペアンプ+1石バッファなヘッドホンアンプ」が想像以上に良い音だったので、ちゃんと作ってケースへ入れることにした。オペアンプをグレードアップして、(この記事には載せてないが)電源も強化した。
出力Cのせいで、電源ON時のポップ音が「ギュイーン」と、いかにもヘッドホンに悪そうだったため、ヘッドホン出力時の遅延回路も後付けしてみた。

こんな回路。

オペアンプをグレードアップ

終段Trのエミッタ抵抗を、2Wの酸化金属皮膜抵抗を3つパラレルにして負荷分散し、発熱を減らす試みをしてある。

スカスカ簡単

部品点数も少なく、簡単である。酸化金属皮膜抵抗は、放熱のため基板から少し浮かせて取り付けてある。

出力遅延回路

左に見える基板の切れ端で作ったのが、トランジスタとリレーで組んだ出力を遅延する回路だ。これでもまだ、リレーが切り替わった時に「ポン」と音がするが、「ギュイーン」よりは音が小さく、精神衛生上にも良い。

ヘッドホン出力時の遅延回路

この定数で約1～2秒の遅延がある。1000uは少し大きすぎるかもしれない。220uでギリだったため、余裕をみて1000uにしたのだ。

土地がいっぱい余っている

単電源だし、出力バッファが1石だから部品点数が少なくて簡単だ。
ついでに出力遅延回路のレイアウト図も載せておこう。

基板の切れ端でできる簡単回路

抵抗(カーボンや酸化金属皮膜抵抗)、コンデンサは全て一般品。
前回は入力Cに(一応オーディオ用の)「MUSE ES」を使っていたが、今回は日本ケミコンの「SME」シリーズを使ってみた。
単電源だからACアダプタ(15Vで少なくとも1A以上流せること。JJは19Vのアダプタ出力をレギュレータで15Vに落としてある)で動くし、手軽に作れるが、その音は殿堂入り寸前の素晴らしい音であった。。。

ケース入りした勇姿

純A級とはなんであるかの意味が分かったような気がする。


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【リスペクト】改訂版：かんたんヘッドホンアンプ完成（★★★お勧め）

ぺるけさんちの「かんたんヘッドホンアンプ」の実装完了！

入出力も繋げて調整中。

JJの環境では、どうしても100ΩVRじゃ1.5kΩ抵抗の電位差が2.9Vに調整できず、シリアルに68Ωの抵抗を取り付けた。
また、橙色LEDだとバイアスが高すぎる（1.8V超）ため、赤色LEDに変更。赤色LEDだと1.72Vぐらいのバイアスになった。

改訂版の回路図。

レイアウトはムチムチになった。このレイアウトは、日本ケミコンのKZHシリーズの電解コンデンサに依存している。大容量でも径は太くならず長身スリムなやつだ。

ムチムチレイアウト

ゴチャゴチャするので配線は全部描いてない。
右中央上寄りの長方形は、SW付き2連ボリューム（20kΩAカーブ）である。
これまた、この基板サイズや形はタカチのプラケース「SW-75B」に依存したものである。

その音は3石／片Chとは思えない、さすがぺるけさんって感じの音だった。
前回もポタアン、今回もポタアン、毎日とっかえひっかえ使う楽しみが増えた。
ちょっとムチムチで実装がめんどいので★は3つと控えめにしたが、決して音のせいではない。
まだ目が見えるうち(笑)に次もディスクリートでポタアンを作成予定。もっとムチムチになりそうな悪寒…

嗚呼、ケースに穴開けしなきゃ。


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【リスペクト】かんたんヘッドホンアンプ

ぺるけさんちの「かんたんヘッドホンアンプ」の改訂版を実装中。
以前にも作ったことはあったのだが、どこかへ行ってしまった。。。ので再チャレンジ。

ほとんどそのまんま。

オリジナルからは、電解コンデンサの容量を大きくしたぐらい。
あ、手持ちが無かったから出力抵抗を少し小さくしてた。
006P電池でポタアンにするつもりなのだが、たった３石でも小さく作るのは難しい。

入出力以外は全て実装。ムチムチムッチリ。

右側の空き地にSW付き2連ボリュームを実装して、in/outのヘッドホンジャックを繋げて完成予定。
JJにはこの辺が限界かもしれない。抵抗を立ててる時点でかなりヤバい。
残りは明日以降にボチボチ作っていこう。


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アンプ回路はどっちがいいの？両電源＜単電源？

せっかくのオペアンプちょい足し回路を単電源で作ってしまい、その音の良さにビックリしたのですが、シミュレーションを使って両電源仕様の回路と特性を比べてみました。
評価回路を以下に示します。シミュレーターは「LTspice IV」です。

これが今回作った単電源仕様のヘッドホンアンプ回路。
10kΩの抵抗で中点バイアスを作ってます。出力には直流をカットする1000uFのコンデンサが付いてます。

比較対象の両電源仕様のヘッドホンアンプ回路。
中点のバイアスを取っ払い、出力の1000uFコンデンサも取っ払い、負電源を追加して接続しています。それ以外は全く同じです。両電源仕様は、±9Vと電源電圧が倍になって、出力コンも無くなってかなり有利かもしれません。

正入力のバイアス抵抗を24KΩに変更しています。これは、負入力の帰還抵抗とバランスさせるためです（そうしないと出力にオフセットが出てしまう）。
負入力側の抵抗値は、本来なら負帰還抵抗の24KΩと、接地抵抗12kΩの合成値なのですが、接地抵抗にコンデンサを直列に入れてるので、直流的には絶縁されている（12KΩは無いものとして考えて良い）から、24KΩ＋負荷の32Ωとなります。

それぞれの歪率をシミュレーションしてみます。
まずは単電源仕様から。

単電源仕様⇒Total Harmonic Distortion:0.000013%

両電源仕様⇒Total Harmonic Distortion:0.000108%

なんと、単電源仕様の方が歪率が１桁も良い値です！
グラフにはほとんど差は見られないんですけどね。たぶん、このくらい小さな値になると、目視できる差は無いんでしょうね。
ちなみに公平を期して、両電源仕様を±4.5Vでシミュレーションしても結果は変わらず0.000108%でした。

何の根拠も無いのですが、僕が思うにアンプに取って0Vを跨がるのは実は苦手なんじゃないのかと。0Vって無ですからね、アンプからしたら「何したらいいの？」って感じ(笑) バイアスは流してるけど、やっぱり正負の切り替わりは良い影響は無いのでは？と思います。
専門家では無いので、頓珍漢なこと言ってるかもしれませんが…


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オペアンプにちょい足しヘッドホンアンプなぜか単電源その３。パーツ表とレイアウト

パーツ表。秋葉原行ける人はスマホにコピペ、行けない人は通販で。

パーツ	型番等	個数	購入先	備考
2.2Ω	カーボン	4	千石	金被でもオーディオ用でもなんでも良い
10kΩ	カーボン	4	千石	同上
12kΩ	カーボン	2	千石	同上
24kΩ	カーボン	2	千石	同上
100kΩ	カーボン	2	千石	同上
2pF～2.2pF	マイカコン	2	東京ラジオデパートのどこか	ドンシャリのシャリ好きは無くても良い(*1)
0.1uF	フィルムコン	3	千石や秋月	オペアンプ近くのは小さくないとダメ
2.2uF	フィルムコン	4	東京ラジオデパートのどこか	パナソニックECQVか、ニッセイMMTを指定
10uF/6.3V	タンタルコン	2	千石	タンタルが無ければ、低ESRの電解コン
100uF/10V	タンタルコン	2	千石	同上
2200uF/16V	電源用電解コン	2	千石	東信UTESなど、標準品で良い
1000uF/10V	出力用電解コン	2	千石	東信UTWRZなど、低ESR品(*2)
定電流源のFET	2SK246	4	秋月など	2SK30でも良い。2mAのCRDでも良い
バイアス用ダイオード	1N4148	4	秋月など	UF2010との組み合わせで丁度いい感じ
同上	UF2010	2	秋月など	1N4148との組み合わせで丁度いい感じ
オペアンプ	LME49720	1	秋月など	２回路ならなんでも良い。好きなの試して
終段Tr(NPN)	2SC4883	2	秋月	サンケン製。2SA1859とコンプリ
終段Tr(PNP)	2SA1859	2	秋月	サンケン製。2SC4883とコンプリ
ユニバーサル基板	片面秋月Bタイプ	1	秋月	これより大きければなんでも良い

(*1)シミュレーション上は発振してないのでたぶん無くても大丈夫。聞こえるかどうかは別として、高域が100MHz近くまで伸びる
(*2)ドンシャリのドン好きな人は1000uF、落ち着いた低域が好きな人は2200uFを使うといいかもしれない
つまり、ドンシャリ好きは、マイカコンを外して出力コンを1000uFのままで(笑)

あと、2P（１個。電源用）と3P（２個。入出力用）のブロックターミナルが必要だけど、かなりランドを消費するから電線直結でもＯＫ。買うなら秋月か千石に置いてある。小さいタイプで良い。

パーツレイアウト。

※バイアスのダイオードが繋がってなかったので、図を差し替えました

100uFのタンタル（または電解コン）はスペースがギリギリです。自分が使うパーツで現物合わせして、2.2uFのフィルムコンをずらす等してください。
太い線はアースと電源供給用の線です。太めの(0.8mm)スズメッキ銅線でも使ってください。
ジャンパが多くて申し訳ない。。。
左端のFETは、パターン的には無意味なんですが、意地でも左右シンメトリーを目指した結果です(笑)


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オペアンプにちょい足しヘッドホンアンプなぜか単電源その２（★★★★お勧め）

少し回路を見直してみた。

終段Trのバイアスを作ってるダイオード、最初は真ん中に謎なSBDを挟んでたのですが、さすがSBDだけあってVfが低い！終段Trはうんともすんとも熱くならず、涼しい顔をしてました。
なので、SBDに換えてUF2010（メタルのバンド名みたい）を挟みました。
UF2010はごく普通の整流用ダイオードですが、Vfが低いのが特徴なんですよね。もちろんSBDに比べると高いのですが。
その効果は、終段Trが頑張って働いてるのが分かるくらいに熱くなるようになりました。終段Trは熱くなってナンボと思ってるので(笑)
もちろん、指で触れるぐらいの熱さなので、熱結合の結果としてどこかで拮抗してバランスしてるんでしょう。

あと、回路図のコメントを追加してますが、定電流源の2SK246は可能ならば約2mA流せるものを選別してください。

せっかくのオペアンプを単電源で使うという、ネタというか企画モノのつもりで作ったのですが、音の良さにビックリしています。
外部電源の12Vはもちろん、006P型のニッケル水素電池でもめっちゃいい音します。本当に9V（電池）で鳴ってるの！？って感じます。

作ってみようかなぁ…という、奇特な方もいるかもしれないので、後ほどパーツレイアウト図と部品表をアップします。


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オペアンプにちょい足しヘッドホンアンプなぜか単電源（★★★お勧め）

部屋のあちこちに転がってるNJM4580で流行のちょい足しアンプを作ってみよう。オペアンプにバッファ付けただけじゃ面白くないので、なぜか単電源縛りでやってみる(笑)

回路図。最終段は、自分の中でマイブームなサンケンのトランジスタ
※メイン回路にアースが無かった(笑)ので追加しました

両電源なオペアンプは単電源でも使えると習ったことがある。ただし、入力に適切なバイアスは必要。
この回路の肝は、10k抵抗で電源を半分に分圧し、入力のバイアスにしているところである。また、オペアンプの±入力がコンデンサで直流カットされてるので、入力インピーダンスを高くできる（入力抵抗が100k）ところ。

シミュレーションしてみよう。

周波数特性が、めっちゃ綺麗で素直。でも高域が伸びすぎで、耳に刺さるかもしれないから、2p程度の位相補償を入れてみた。

高域が下がって、と言っても1MHzまではほとんどフラットなので無問題。

歪率もシミュレーション。。。さすがオペアンプ、

Total Harmonic Distortion: 0.000081%

※シミュレーションは全て電源電圧は9V、出力は2Vppの条件です。

こーゆー電気的な特性はオペアンプは凄いですね。。。
で、作ってみました。

オペアンプ使うと回路がシンプル。まだ空き地がいっぱいある。

最初、NJM4580で聴いてたのですが、まぁ、イイ感じーぐらいだったのが…

LME49720に変えたらちびりそうになりました。えらいこっちゃ！
いや、まじで、これはお勧め。両電源とか考えなくていいから、その辺に転がってる12VのACアダプタでおｋ！
トランスから整流して安定化した12Vを入れてあげたらぶったまげました。
入出力にコンデンサがあるからダメじゃん…と思ってる人、騙されたと思って試してみてください。
この回路、オペアンプの性格をもんのすごく出してくれます。
ひさびさのヒットかも！


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2SC1815/2SA1015のみ、単電源、低電圧9V（006P電池可）、でも妥協しないヘッドホンアンプ 失敗。。。

できた！

でも、どうしても左側の調子が悪く、パターンを何回も追って、怪しいパーツも交換し、かなり頑張ったのですがダメでした。。。
具体的には、定電流回路を構成している赤色LEDに十分な電流が供給されずに、LEDの電圧降下があまり発生せず、定電流を作るTrがONにならないんです。どうも、２段目以降の回路にミスがあり、電流を横取りしてるみたいなのですが、どうしても特定できず、最終段は熱結合してガチガチに固めてるしで、追求を断念しました。。。期待していた人（いたのかなぁ）ごめんなさい。
今度は、もっとシンプルに1815/1015縛りのアンプを考えたいと思います。
嗚呼、週末がこれで潰れてしまった（涙）

次は指向を変えてUSBオーディオの自作でもしようかな。。。ちょっと今回を忘れたい(笑)


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2SC1815/2SA1015のみ、単電源、低電圧9V（006P電池可）、でも妥協しないヘッドホンアンプその４

半分実装。ふぃ～疲れた。

差動入力部と低電圧と出力段の１部。後は残りの出力段と電源部分のみ！


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2SC1815/2SA1015のみ、単電源、低電圧9V（006P電池可）、でも妥協しないヘッドホンアンプその２（☆☆☆☆お勧め）

パーツレイアウト図ができた…ふ～っ、疲れた。
ひさびさにムチムチムッチリにパーツが詰まっている。

明日はTrの選別、実装は週末丸々かかるかなぁ。
※一部レイアウトに気に入らないところ、一部ミスが見つかり、再アップロードしてます。


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2SC1815/2SA1015のみ、単電源、低電圧9V（006P電池可）、でも妥協しないヘッドホンアンプ（☆☆☆☆お勧め）

電子工作してると、トランスって最初は敷居が高いんですよね。
使い方わかんないし、100Vなんて高圧を扱うし、整流？平滑？それ美味しいの？みたいな。
と言うことで、電池駆動（ただし006P）ができるヘッドホンアンプを考えてみた。しかも単電源。分圧やらレイルスプリットやら考えない、考えたくない。
それだけだとつまらないので、能動素子は2SC1815/2SA1015縛りも加える。
たぶん、一家に100個単位で転がってるはずの2SC1815/2SA1015(笑)

人類の英知と手間と物量作戦というパワープレイで考えたのがコレ。
※まだ作ってないので「お勧め度の星は白抜き☆にしてみた）

部品多くてめんどいです。出力段なんて、INVダーリントンの２パラとか(笑)。
それがこの回路、シミュレーションしてみると驚くほど特性が良い！
※Q1のコレクタ抵抗が10kになってました。正しくは1.6kです。回路図は訂正済みです。
※熱結合の文言を変更しました。回路図は変更済み。

周波数特性。上から下まで素直なカーブ。

シュー出て無くて立ち上がりもまぁあぁ。

FFT解析。2Vpp出力時。Total Harmonic Distortion: 0.000058
マジですか？
まぁ、理論と実践では違うので。それに、音量によっては歪むと思う（その前に難聴になると思うけど）。
でもこれ、006Pだと２時間しか電池保たない気がする(笑)

さて、部品集めるか。。。


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