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)	4	10	40	秋月	Hfe:300以上が望ましい
2SC1015(GR)	2	10	20	秋月	Hfe:300以上が望ましい
2SC1815(Y)	6	8	48	秋月	Hfe:100～200。適当
2SC1015(Y)	2	10	20	秋月	Hfe:100～200。適当
2SC2120(Y)	2	10	20	秋月	Hfe:100～200。適当
2SA950(Y)	2	10	20	秋月	Hfe:100～200。適当
1N4148	4	2	8	秋月
赤色LED 3mm	2	5	10	秋月	Vf:1.85V(5mA)前後が望ましい
0.1u積セラ	4	10	40	秋月
100Ω多回転半固定ボリューム	2	80	160	秋月
1/4Wカーボン抵抗	24	1	24	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	1	145	145	マルツ
3.3pマイカ	2	200	400	ラジオデパート
100pポリプロピレンフィルム	2	16	32	千石
100u/6.3Vニッケミ無極性電解	4	4	16	千石
4700u/10V東信UTES電解	4	74	296	千石
		小計	1299
電源部
パーツ	個数	単価	価格	購入先	備考
NJM386BD	1	50	50	秋月	LM386でも可
1/4Wカーボン抵抗	1	1	1	秋月
赤色LED 3mm	1	5	5	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	1	80	80	秋月
100u/16V OS-CON	2	50	100	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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【定数変更あり】Tr差動入力、終段ダーリントントランジスタの10W級パワーアンプ（その後）

聴き込んでいるうちに、高域に不満が出てきた。とても綺麗な高域なんだけど、なんかこう伸びが無いというか。。。
実は設計時に位相補償をどのくらいするか悩んだのであった。
以下、シミュレーションでの検討結果。

位相補償のスチコンが220pの場合：

200KHzまで高域は伸びている。人間の可聴域は、20Hz～20KHzとのことで、200KHzまで伸びていれば十分過ぎるぐらいだ。

位相補償のスチコンが120pの場合：

高域が700KHzまで伸びる。
でも、この赤丸のピークが気になって、安全を見て220pとしたのだ。

120pと220pの間の容量のスチコンがあればいいのだが、あいにく在庫が無い。高域にモヤモヤしてるより試しに120pにしてしまえ！とやってみた。

結果は、低域と中域はそのままに、そして高域の綺麗さもそのままに伸びというか明るさが加わった。
心配していた耳への刺さり、女性ボーカルの「さしすせそ」も問題無い。
終段Trも変な発熱は無しで、発振もしてないようだ。
うん、120pが正解のようだ。

理論的に聞こえないはずの領域の音が実際に影響してるとか、この辺がアナログの面白さなのかもしれない。

修正版の回路図を上げておく。

黄色いマーカー部分が変更点。


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Tr差動入力、終段ダーリントントランジスタの10W級パワーアンプ完成（★★★★★お勧め）

※こちらに改善版の記事を投稿してます。

ケースへインストールして最終調整。
いざ、スイッチＯＮ！

『火花がバチッ！』

破裂したタンタルコンという、ある意味とても貴重な写真。

嗚呼、タンタルコンデンサの極性を逆に付けてた。。。
どうやらショートモードで壊れなかったようで、ヒューズは飛ばず、周りのパーツも無事で良かった。-15V側レギュレータのCinだったのもあり、被害は最小限だった。実は、タンタルコンの極性、全部逆でした(笑)
やっぱり、ビール飲みながら作ったのがいけなかった。反省。

今回の失敗。

• タンタルコンの極性が全て逆だった（タンタルコンの破裂で気付く）
• 定電流Trの付け方を全く間違っていた（オフセットが8V出てて気付く）

全部直して調整し直し。

今回アイドルは60mA流そうと思っていたが、そうすると26.4mVという中途半端な電圧になるため、切りのいいところで30mVに合わせた。
とゆーことで出力抵抗が0.22×2の0.44Ωだから、アイドルは約68mAとなる。

何か色々あったけど、全てが報われる音が出た。
迫力の低域、安定な中域、刺さらない綺麗な高域。
しばらく浸っていよう。


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Tr差動入力、終段ダーリントントランジスタの10W級パワーアンプ製作（★★★★★お勧め）

※こちらに改善版の記事を投稿してます。

設計から実装まで、どのような過程で作って行くのか書いてみる。

①まずは設計。トラ本とか過去の作品を参考に大まかな回路を決め、シミュレーションで詰めていく。
ここでは、Linear Technology社のLTspice IVを使ってシミュレーションを行いながら各種の定数を決めていく。ライブラリは自社パーツが主だけど、ネットにSpice Modelと呼ばれる他社パーツの定義ファイルが転がってたりするから、東芝製のトランジスタなんかはそれを使う。

LTspiceでのシミュレーション風景。

ここで自分の中の仕様に合うように、主要なポイントの電圧・電流をチェックして、周波数特性、オフセットの調整可能性、歪率なんかをシミュレーションして各種定数を決めていく。ライブラリに無いパーツは、ネットから拾ったり、似たような仕様のLinear Technology社のパーツを代用して使う。

この工程で、作るアンプの性能や味付けが決まるから、一番重要な工程かもしれない。


②清書する。水魚堂さんのBSch3Vという素晴らしい回路図CADを使って見栄えが良い回路図として清書する。これは、このブログへの公開用と、自分のノウハウの備蓄のためである。

本当に素晴らしいSWである。とても使いやすいし、出来映えがとても美しい。水魚堂さんに感謝。

③仕様がFIXしたら、次はEAGLEという、CadSoft社の回路レイアウトSWを使って、パーツレイアウトを検討する。

こんな具合に普通に回路を引いていき全体が完成したら、次は同SWのレイアウトモードでの作業となる。

※レイアウト図にもんのすごい間違いがあったので差し替え
この工程はパズルみたいでとても好きな作業だ。一番こだわるのはシンメトリーかもしれない。あとは、なるべく配線しやすいようにとか。
この工程には、なるべく現物があった方がよい。だいたいの目安でパーツ選んで置いちゃうと、後で近くのパーツに干渉してそこに置けなかったり（したことがこれまで何回あったことか）するのだ。
ちなみに上図は、サンハヤトのICB-288を前提としている。
最終段Trを取り付ける側はヤスリでランド穴ギリギリまで削ること。そうしないと、Trの背面をケースに取り付ける時浮いてしまう。


④話が前後するが、なるべく①か②の後にパーツをそろえた方が良い。③にも書いているが、どうしても混み入った部分は、現物合わせをしたくなるのだ。
で、ここではパーツの調達とその整理である。差動入力の場合、TrでもFETでも特性を合わせる必要がある。そして、作業中に抵抗のカラーコード読んでると効率が悪いので、ここで整理しておく。

トランジスタのペア取り。
何十個かのトランジスタをテスターのhFE測定モードで測って、両面テープが貼ってある大きな紙へ値と一緒に貼り付けていく。
ある程度、値がそろったのが出てきたら選別して、別の小さなメモ用紙に同じく整理して両面テープで貼り付ける。地味だが心落ち着く作業である。

抵抗は、抵抗値毎にまとめて別のメモ用紙に貼り付ける。
この作業をしてるかしてないかで、その後の実装の効率がえらく変わるのだ。


⑤ここまできて初めて実装を始める。
先ずは実装前の腹ごしらえ。やっぱり餃子は自家製に限る。餃子は、ビールに合う食べ物No.1である。『餃子』の由来は「食べて交合えば子ができる」というぐらいにスタミナ食なのである。皮が炭水化物、具に肉と野菜が入ってるから完全食品と言える。
実装前なので、ビールは控えめに。。。

半分食べ終わったところで撮影。次は皮も自分で作ろう。

作業机の液晶ディスプレイに、印刷したレイアウト図を貼り付けて実装開始！

先ず最初に太めのスズメッキ線でアースラインを実装して、後でやると面倒なジャンパ線も実装。ついでに入出力も実装しておく。入出力端子に直接繋げるパーツも、これもついでに実装しておく。

※以下、定電流用トランジスタのレイアウトが間違ってます！上のレイアウト図は訂正済みです。

恥ずかしい。。。なんであんな変な間違いしたんだろう(汗)

差動入力と定電流回路、±15Vのレギュレーターまで実装。ふぅ。。。

 ２段目と終段Trのバイアス部分を実装。

おっと、位相補償用のスチロールコンデンサを忘れていた。中央の銀色のやつ。220p也。

終段Trへ電力を供給するコンデンサの実装まで完了。
そそり建つ黒い電源用コンデンサに萌える。

最後にご本尊（ダーリントントランジスタ）を実装。既に穴開け済みの放熱兼用ケースと穴位置があうように、ユニバーサル基板のジャンクを使って固定後に実装。

全パーツの実装完了！

ステレオ分完成！
尻尾みたいに出てる線はアース線。２本をケースへ共締めする。

これからアルミケースへインストールして調整が待っている！

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これから作る次回作の準備

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シミュレーションがFIXし、部品も一部を除きそろった。
ボチボチ取りかかろう。

とても普通なTr差動入力＆終段をダーリントントランジスタ（サンケン）な10W級のパワーアンプ。普通が良い、普通が。
三端子レギュレータのNJM7815とNJM7915で、CinとCoutの容量が違うのはデータシート通りに従った結果である。シンメトリーにならないが、ここはデータシートに従うことにする。そして、オリジナル？のLM7915のデータシートがタンタルコンデンサをやたらと推奨してるので、その通りにしてみる。

Trの選別完了。今回はお気に入りの2SC2240/2SA970のペアで全てそろえる。
hFE測定機能付きのテスターで１つ１つ地味に測定して数字が合うのを選別する。心安まる一時であった。

作業中にカラーコード読むなんて苦行なので、抵抗も予め整理しておく。
ここで11kΩの抵抗を買い忘れていることに気がついた(涙)
ジャンクにも無いし、明日千石へ行くか。。。カーボン抵抗２本（10円）だけ買うのも気が引けるが。

Tr選別時もそうだけど、こういう時に百均の両面テープが大活躍する。
明日の夜は飲み会。酒酔いレベルにより、着手が遅れる悪寒。。。


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サンケンのトランジスタ製作編（★★★お勧め）

1個70円で売ってるサンケンのトランジスタ2SC4382/2SA1668を最終段として、ヘッドホンアンプを作ってみた。

予告の通り、FET差動入力＋カスコード・ブートストラップ＋最終段をサンケンTrでプッシュプル。
ブートストラップ部分は赤色LED２つで実装。0.1mA流すとちょうど3Vくらい電圧が発生する。
定電流は緑色LEDを使っているが、これは気分的な問題である。
どちらも最近の高輝度タイプはVfが高すぎるから使ってはいけない。

パーツレイアウト図。一部にワイヤリングが入ってしまったのが悔やまれる。。。

差動入力のFETとカスコードの2SC2240は熱結合してみた。そのせいで、トランジスタのフェイスを合わせる必要があり、レイアウトの自由度が減ってしまう。結合も超めんどい。

調整中。。。

ファーストインプレッションは良い。その時は最終段に約4mAしか流して無かった。

現在、50mAを流しながら調整中。歪みが減るはずである。

もしかすると、こいつを超えるポテンシャルを持っているかもしれない！

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新ディスクリート10Wパワーアンプ（その２）（★★★お勧め）

前回の記事で設計したアンプを作ってみた。

パーツレイアウト。あっ！2SA1015は2SA970、2SC1815は2SC2240に読み替えてください…レイアウト図を使い回したせいだ。同じECBだからいいかぁ…と(笑)
サンケンのMN15N/MP15Pは、温度補償のダイオードが内蔵されてるから割と作るのが楽である。
MN15N/MP15Pは、リードピッチが変則的であるが、なんとかユニバーサル基板にも刺さる。あと、この間隔で取り付けないと、トランジスタ付属の絶縁用の雲母版が使えなくなるので注意。

 入力の2SK170とカレントミラーの2SA970は銅箔テープで熱結合してみた。

調整中。。。
先ずは出力段のバイアス調整と、その後に出力オフセットの調整を。
３０分ほど放置して発熱が安定したとこで、再度同じ調整をする。

最終的に最終段のアイドルは150mAとした。放熱器としてケースに固定しているが、トランジスタ近辺をギリギリ触っていられる程度。熱暴走の心配はなさそうである。

その音はとても良いものである。プラシーボ効果無し、掛け値無しに。

最終段のトランジスタ(サンケン)以外のパーツは全て一般品である。

オーディオグレードなんて必要ないんや！

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新ディスクリート10Wパワーアンプ（★★★お勧め）

以前作ったのがイマイチなことが分かったので、設計からやり直す。
信号ラインをコンデンサレスにするため、FETの差動入力でやってみよう。

回路図。
FETの差動入力＋カレントミラー＋ダーリントンTrのプッシュプルで出力。

適当なパーツで代用してシミュレーションしてみる。

周波数特性。入力Ｃが無いから、低域の減衰なし。
高域まで良く伸びてるけど、ちょっとキツめな音になるかなぁ。

応答性。2Vppのパルス波を入力した出力結果。ちょっとリンギングが出てるが発振まではいたらず。

歪率がやたらと良い。
負荷8Ω時、出力10V(Em)=20Vppでも0.001%を下回っている。

週末までにFETとトランジスタを選別して、週末に作ってみよう！


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