ヘッドホンアンプ備忘録: 2SC2240

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2016年5月5日木曜日

【改。最終形】ようやくたどり着いた（かもしれない）

低域に少し違和感を感じ、RMAAで測定してみた。

改善前

位相補償の接地抵抗に直列に入ってる2.2uをジャンクから拾ったのがいけないのか容量が少ないのか、電源コンデンサの容量が少ないのか、低域が安定してない。そこで改善。

*付きが変更点

位相補償のDCカットコンデンサを2.2uから3.3uへ増量、電源コンデンサを1000uから3300uへ増量。さらに、ダーリントン接続の1段目にバイアス用のダイオードを追加。
また、このヘッドホンアンプの入力へ接続するプリ側で出力調整ができる場合は、アッテネーターは不要である。RMAAで測定した結果、アッテネーターはクロストークを極端に悪くするし、ノイズレベルその他が若干悪化する。

魔改造後

改善後

直った。良かった。低域の違和感が無くなり、塊で聴こえるようになった。

まぁ、たぶん電源コンデンサの増量が効いたのかな。たかだかヘッドホンアンプだから1000uもあれば十分と考えたのが甘かったのか。。。
よく電源コンデンサのお化けみたいな自作の事例があって微妙な気持ちになっていたのだが（よく突入電流で飛ばないなぁ…と）、あまり少ないのも良くないのね。

これで最終形とする。

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2016年5月3日火曜日

ようやくたどり着いた（かもしれない）

どこまでも清らかで美しい。
音の粒度が細かく、全ての楽器が分離して聴こえる。

回路図

中央の空き地はDACを入れる予定（かもしれない）。

2SC2240/2SA970も高価になってしまった。大昔からのストックがあって良かった。TTC004B/TTA004Bは良い石だった。これは良い発見である。
ハイエンドはもうこれで打ち止めかもしれない。次はローコストを追求してみよう。

※ご要望があったため、パーツレイアウトを公開します。
※あくまでも参考であり、必ずご自分が使うパーツと現物合わせしてください。
※電線使うのがメンドイので、ジャンパが多いです(笑)

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2016年4月12日火曜日

CDプレイヤー向けのヘッドホンアンプ（★★★★★★お勧め）

据え置き型のCDプレイヤー（CDデッキ）のライン出力は、かなり高い電圧が出力されている。
だいたいのCDプレイヤーは、判で押したような下記の仕様になっている。

どうやら、どのメーカーもCDプレイヤーのライン出力は、10kΩ以上の負荷で2Vrms前後の出力になっているらしい。
2VrmsをVp-p表記すると、5.6V以上の±振幅があることになる。
一見ヘッドホンを鳴らすには十分な電圧であるが、負荷が10kΩ以上の条件があるため、電流が取れない。そのまま非常に低い（30Ω～60Ω）インピーダンスのヘッドホンを繋ぐと、過電流でCDプレイヤーが壊れるかもしれない。

したがって、ヘッドホンアンプが必要となるのだが、上記の通り電圧は高いため、少しでも利得があるとボリュームが時計の針の９時ぐらいで爆音になるし、バッファのみだと歪みが出るしで、いつも頭を悩ませる。。。

で考えたのが、アッテネーターを噛ませてライン出力を減衰させることだ。

アッテネーターを噛ませてみた

このアッテネーターの抵抗値で、振幅が半分になる計算だ。
このヘッドホンアンプ自体の利得は３倍であるが、ボリュームが時計の針で１２時の位置で一番良い音量になる。それでも少々音量が大きいが、デジタルオーディオプレーヤーのライン出力は低いため、あまりアッテネーターで減衰すると色んなオーディオ機器に対応できなくなる。この辺りが丁度良いのではないだろうか。

以下、もし作る際のパーツ指定。

アッテネーターに使う抵抗は、なるべく高品質なものを
3.3pはディップマイカコンデンサ
100pはスチロールコンデンサ
2.2uのフィルムコンは、ニッセイMMTか、パナソニックECQV
小容量の電解コンはタンタルコンデンサ、大容量のは普通の電解コン
0.1uは積セラでＯＫ
抵抗は普通のカーボンでＯＫ

パーツレイアウト

以下、実装後の写真集。

コンパクトに収まり、綺麗に出来た。

RMAA測定結果

左がこのアンプ、右が測定に使ったUSBオーディオのループバック結果。
ノイズ、ダイナミックレンジ、全高調波歪みは、USBオーディオのループバック結果を上回っているｗ
アッテネーターで心配したステレオクロストークも良い値だ。
このUSBオーディオはかなり残念なスペックなため、実際にはもっと良い結果であることが推測できる。

いつもハイレゾ音源を聴いている、会社をめでたく隠居した大先輩へお祝いの品として進呈したところ、ハイレゾ音源よりCDプレイヤー＋このアンプの方がとても音が良いとのことで、ローレゾに戻ってしまった。

作った本人も、このヘッドホンアンプは大成功であった。
アッテネーターによる音質の低下は全く感じられない。
手放すのが惜しかったｗ

そのうち自分向けにもう１台作るか。。。

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2015年12月29日火曜日

非コンプリメンタリなMOS-FETでヘッドホンアンプを作る２（★★★★お勧め）

以前に作った非コンプリMOS-FET出力段のヘッドホンアンプが、初段にオペアンプを使っていたためディスクリートで作ってみた。差動入力はJJお気に入りの2SC2240である。基本に忠実を心がけ、再現性が高い回路を組んだつもり。「定本」を読めば直ぐに理解できる回路であろう。

基本に忠実

※VR2は、調整前に抵抗値が1kΩぐらいにセットしておくこと。

やっぱり2SC2240は良い音である。
全体的に非常にクリアかつクリーンな音、解像度が高い。そして、低域～高域までのバランスも良い。

完成形

ディスクリートは作るのが楽しい。シムシティをやってるような(笑)

音出し＆調整中

定電流回路にLEDを使うと可愛く光って楽しい。
入力Cは、奮発してニッセイMMTの3.3u。基板上で一番高価なパーツだ(笑)

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2015年1月8日木曜日

LT1115を使った10W級パワーアンプの作成（★★★★★このままお勧めはしない）

下記一連のシリーズの延長でパワーアンプも作ってみた。

LT1115の扱いや、FET入力化が上手くいったのもあり、次のような回路となった。

最近のスキルを総導入
※アンプ電源部の4.7Ω抵抗を削除
※トランス二次側の12Vタップから給電へ変更

最終段はサンケンTrを使ったインバーテッドダーリントン構成。

バイアスの作成が楽だから、インバーテッドダーリントンは好きだ。

当初、クロストーク（チャネルセパレーション？）対策として、4.7Ωの抵抗を直列に入れていたが、ヘッドホンアンプじゃないし、定格2Wじゃ不安だし、2200uの電解コンが青息吐息になってるし、外すことにした。
所詮パワーアンプはスピーカーと耳の間に空間があるから、クロストーク（チャネルセパレーション？）は重視しないと割り切り(笑)
あと、LT1115の定格ギリギリだったので、トランスの12Vタップから給電することに変更。

後ろのビールのせいで。。。

飲みながらいい気分で作っていたら、バイアス作成のダイオードのハンダ付けが中途半端でバイアス∞大！終段Trが２つ逝ってしまった。。。煙出ましたよっと(笑)

かなりトリッキーなレイアウト

小さい基板で作ってしまい、かなり窮屈でトリッキーなレイアウトになった。

もし作るならもっと大きな基板で放熱器をもっと大きくした方が良い。または、Trをアルミケースへ取り付けるか。

今のところ、バイアスを小さめにして、かつ、バイアス用のダイオードと熱結合した状態で均衡を保っている。大音量で聞いてる時、放熱器が触れる程度にアチチになるぐらい。ずっと触ってはいられないが。

こんな熱結合でも効果が！

無入力時のバイアス電流は、35mAぐらい流している。無入力時は発熱しない。

また、無流力時のバイアス電圧は1.1Vぐらいで、大音量時は0.9Vまで下がっているから温度補償が効いているようだ。Trの表面との結合なのでちょっと心配していたが、結果オーライ(笑)

----------その後
どうも位相温度補償が効きすぎて、音がイマイチな感じ。上手く表現できないが。
さすがにバイアスが0.9Vまで下がったらTrのON/OFFの切り替えが激しそうだし、その辺りが原因だろう。

と、いうことで、

そびえ立つ巨大放熱器(笑)

1Trにつき、小さい放熱器4つをエポキシ接着剤と銅箔テープで合体。巨大放熱器として、温度補償のダイオードとの結合を止めてみた。
良い、非常に良い。6Ωのダミーロードで20Vppを出力しても放熱器は触れるぐらいの熱さ。これは成功したようだ。

今までで一番良いアンプとなった。当分パワーアンプは作らなくて済みそうだ。

2014年11月12日水曜日

【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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2014年11月10日月曜日

【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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2014年10月8日水曜日

【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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2014年10月5日日曜日

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。。。