adminギチギチ高密度実装のヘッドホンアンプを作りました。これまで、呆れるほど沢山のヘッドホンアンプをつくりました。やることもなくなってきた。そこで、キワモノのヘッドホンアンプを作りました。キワモノと言っても、回路構成は差動二段増幅です。目新しさはありません。今回は、部品の実装方法を変えただけです。実際に聴いてみた感想ギチギチ高密度実装が好き電子工作で回路を組む場合、部品をギチギチに詰めた高密度実装が好きです。ユニバーサル基板での制作では、一つの穴に二つの部品を通し、実装密度を上げました。やって、実装密度を上げた基板は、ずっしりと重くて好きです。高密度実装と言っても、スルーホール基板では限界もあります。製作が難しくなることも少なくありません。今回は、使用部品の適用範囲を広げる工夫も行いました。トランジスタには三種類のピン配列があります。一つはBCxxx系のトランジスタが採用している、C-B-Eの順の並びです。二つ目はSxxxxや2Nxxxxで採られているE-B-Cの配列です。三つめが2SC1815等で採られているE-C-B配列、通称エクボ配列です。今回は基板は、基本BCxxxx用に設計しています。トランジスタを180°反転して実装することで、E-B-C並列のものも使用できます。E-C-B配列のトランジスタの使用は、不可能ではありません。ピンを交差させての実装になりますので、絶縁処理も必要となり、面倒です。今回は、基板上にトランジスタの極性(NPNまたはPNP)とピン種別(B,C,E)をシルク印刷しました。することで、私が好んで使う、BCxxx以外の使用も想定しました。ユニバーサル化のため新規に起こしたフットプリントギチギチ高密度実装のため実装の容易さは犠牲に密度を高めるため、幅を取るプッシュプル回路とバッファは千鳥配置にしました。これで、回路の幅を200mil(約5mm)縮小しました。美しくない部品配置で基板サイズを縮小また、トランジスタ周囲にできる隙間に、抵抗器を設置し、スペースを有効利用しました。高密度実装ヘッドホンアンプの組み立て毎度のように、ガーバーデータを作成しました。今回も、配線パターンに関してはEasyEDAのオートルート機能を使用しました。今回のギチギチ実装では、オートルートだけでは難しかったようです。左右チャンネルのパターンが対象とはならず、またVIA(基板表裏間のジャンパー)も多くなりました。手動でパターンを引き直し、VIAはゼロになりました。信号経路に関しては左右チャンネルでシンメトリーにしました。JLCPCBから送られてきたPCBがこれ↓です。出来上がったPCB基板サイズは、42mm×34mmです。この基板に部品を植えるとこうなります。部品実装後この密度感がたまりません。手に取ると、ずっしりとした重さを感じます。前回作った、差動一段のヘッドホンアンプと比べてみました。差動増幅が二段に増えているにも関わらず、基板サイズは小さくなっています。一目で実装密度の違いが解ります。この密度感がたまりません。今回作成したヘッドホンアンプの回路図は以下のとおりです。設計コンセプト今回の設計にあたって、電源部分とダイアモンドバッファの見直しをしました。電源部分に関しては、レギュレーション向上のため、ツェナーダイオードとトランジスタを使って精密に分圧する回路も検討しました。実際に試してみると、ラッチアップが起きなければ、抵抗分圧でも十分な性能が得られることが解りました。分圧抵抗は、これまでは2kΩとしていました。実験を重ねて、更に大きくしても十分な性能が得られることが解りました。したがって、今回は分圧抵抗を4.7kΩとし、消費電力を削減しました。併せて、ダイアモンドバッファのエミッタ抵抗も変更しました。この抵抗は、後段のプッシュプル回路の動作に影響を与えます。抵抗値を小さくすれば、プッシュプル段の出力は大きくなります。ボルテージシフト量が大きくなりますので、クロスオーバー歪みは小さくなります。今回は敢えてバッファのエミッタ抵抗を大きくしました。これにより、最大出力を小さくしました。ボルテージシフト量が減少するため、クロスオーバー歪みが出やすくなりました。実験を行い、クロスオーバー歪みが、一段目の差動増幅回路で消されることを確認しました。以上の変更で消費電力を小さくし、長時間の電池駆動を目指しました。組み立てが完了したヘッドホンアンプの性能試験を行いました。性能試験は、ケースへの組み込み前に行いました。性能試験の様子:消費電流の測定いつものように試験信号を入力し、出力側の波形をします。1Hz矩形波DCアンプですから当たり前ですが、低い周波数は得意です。波形に乱れはありません。次に、1kHz矩形波です。僅かにオーバーシュートが見られます。この程度であれば対策は必要ありません。対策を行うのであれば、負帰還抵抗と並行に、5~10pF程度のコンデンサを入れると良いでしょう。次に20kHz矩形波です。20kHz矩形波ここまで周波数を上げると、リンギングが発生していることが解ります。進相コンデンサによる対策はしたいところです。位相を乱すコンデンサを信号経路には入れたくありません。リンギング部分の山の数から、この部分の周波数はおおよそ320kHzと解ります。この周波数成分は、可聴域を大きく上回っています。したがって、聴感への影響は無いはずです。量的にも接続機器に悪影響を及ぼすことは無いと判断しました。正弦波を使っての性能試験を行います。次に1kHz正弦波を見てみましょう。続いて20kHz正弦波です。20kHz正弦波1Hz~20kHzまでの正弦波に歪みはなく、ノイズも見られません。いずれも綺麗な波形です。振幅の変動も僅かです。したがって、このヘッドホンアンプは、概ねフラットな特性であると言えます。高い周波数の信号を入力し、振幅が最大となる周波数と、カットオフ周波数(-3dBポイント)を探してみます。330kHz最大利得となる周波数は190kHzで、-3dBポイントは330kHzでした。何れも可聴域を大きく超えた周波数です。したがって、フィルターなどの設置は不要と判断しました。性能試験:スルーレートスルーレートの測定を行いました。スルーレートとは、信号の立ち上がりの速さを表す数値です。一般的なオーディオ用のアンプであれば、1ミリ秒あたりの電圧変化で表されます。オペアンプなどの電子部品の場合には1マイクロ秒あたりの電圧変化で表します。この数値が大きいほど、追従性が高く、入力信号の波形を変えることなく増幅できます。測定結果は1.16μsあたり1.57Vでした。これを、1μsあたりの数値に換算すると、1.35V/μsとなります。オーディオ用として十分な性能です。次にリニアリティーの確認を行います。三角波と階段波を入力し、その増幅後の波形を確認します。直線で構成され、歪みは見られません。したがって、このアンプは電圧による増幅率の変化が無いと言えます。リニアリティーは確保できています。残念ですが、階段波の方には比較的大きなオーバーシュートが見られます。これは、正弦波の波形確認で確認したように、190kHz近辺の増幅率上昇が原因です。20kHz矩形波で見られたリンギングでも触れましたが、このオーバーシュートの周波数成分は可聴域外です。したがって、オーバーシュートによる聴感上の影響はありません。したがって、対策は行いません。対策をするなら、5~10pF程度のコンデンサを、負帰還抵抗と並列に設置すると良いでしょう。今回は、反転入力と非反転入力のグランド抵抗を33kΩに統一しました。これまでは、反転入力端子のグランド抵抗を、場合によっては1kΩ程度まで小さくしていました。グランド抵抗を不均一にすると、音に違和感を感じることがあります。この違和感は、オシロを当てても原因が分かりません。具体的にどのような音の変化があるのか、言葉で表すのも難しいです。今回はグランド抵抗を均一にしたため、音に違和感はありません。高域側の増幅率が10kHzあたりからわずかに上昇を始め、190kHzでピークを迎えます。これが、良い影響を与えるようです。弦楽器の音に艶が乗ります。これがアクセントとなって、非常に心地よい音が出ます。この独特の艶は聴き疲れするほどの量も強さもありません。本当に心地よい艶です。よいヘッドホンアンプがまた一つ出来上がりました。無信号時の電流値は6~7mA程です。9Vの006P乾電池で三日程度は動作できる計算です。高密度実装基板を使ったヘッドホンアンプ:ケース内には余裕があります。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。Nilambar.ページのトップへ。