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ArduinoでMP3再生(DFPlayer mini もどき)

DFPlayer mini という、SDカード収録のMP3楽曲を再生する小さな基板が売られている。
いろんなところで売っているようだが、日本国内販売の並行輸入品だとこちらで400円、秋月でも売られているようだが、1050円でちょっとお高いようです。私は1個目を中国系バイヤーから直接買いましたが300円しなかったです。

そしてArduinoに組み合わせて作ったのがこちらです。
Arduino_DFPlayer1.jpg

Arduino_DFPlayer2.jpg

でも、よく見てみると、向こう側に単体であるのがDFPlayer mini なのですが、組付けてあるものには、MP3-TF-16Pと印字されています。そうなんです、DFPlayer miniの互換品です。

最初に使ったDFPlayer mini は、どうも不動品だったらしく(OH! 中国品質?)、Arduinoと組み合わせてもウンともスントも動作しませんでした。シリアル信号をアナライザでチェック中に、シリアルラインをショートさせ通信用ICを飛ばしてしまいました。

そこで、このAmazon出品店で購入したのですが、掲載写真はDFPlayer mini とありましたが、届いたのは互換品でした。
使っているチップはDFPlayer miniが、YX5200-24SS、MP3-TF-16Pが、MH2024K-24SSです。これらは皆KT403Aの互換チップなのでしょうかね?

このDFPlayer mini もどきも単体でも動くのですが(念のため、単体でも動作チェックしました)、Arduino NANO互換品が余っていたので、ユニバーサル基板でボリュームスイッチ等も付けて組み合わせてみました。

楽曲演奏順を送ったり戻したりする外部スイッチ端子も付けましたが、まだ組み込んでありません。
今のところは、BUSY端子がHIGHになったらArduinoから、mp3_Next()コマンドを送ってSDカードに収録している全ての楽曲を順に演奏させてみました。
ArduinoからDFPlayer mini にシリアル接続でコントロールする方法は、かなり多くの方々が記事にしているので割愛します。

DFPlayer mini 内蔵のアンプで直接スピーカーを駆動する場合は、ArduinoのUSB経由からの5Vでは音が割れるなどの問題が出るらしいのですが、ライン系統からのオーディオ出力の場合はUSB電源だけでもしっかり再生できました。

このアンプからのオーディオ出力を組み合わせたのが、ぺるけさんのミニワッター真空管アンプです。
これは私が作った最初の真空管アンプになりますが、真空管を除く他の全ての部品をぺるけさんから頒布頂き、楽しみながらつくったもので、一発完動でした。
ぺるけさんのHPから写真をお借りしました。
Arduino_DFPlayer3.jpg

このミニワッター・アンプは真空管ながら、もやっとした音ではなく、かなりすっきりした明瞭感のある音なのですが、このDFPlayer miniもどきアンプの出力で聴くとかなりまろやかな感じの音がします。悪く言えば明瞭感が足りない、そんな感じです。
BGM的な使い方には向いているかもしれません。

追記:
最近はラジコを聴くのにもっぱらこのぺるけさんのミニワッターアンプを使うのですが、6畳の部屋で使うのにちょうど良いパワーなのと、とんがり感の無い適度な明瞭感と、低域もかなり良く出る感じがします。

また、低域が良く出るのはこのスピーカ・特に右の、音工房・Z701modena_BHBSminiも寄与してますね。
8cmシングルコーンSPながら素晴らしい音がします。
mySPsystem_2.jpg

音工房さんが仕上げるとこんな品質です。左・正面、右・裏面、ここにバスレフがあります。
Z701modena-BHBSmini.jpg




今回は DFPlayer mini で遊んでみた でした。




据置き型バランスDCヘッドホン(ライン)アンプの再製作

この5月に作った同じタイトルのバランス型DCヘッドホンアンプなのですが、性能というか音の素晴らしさで、是非ラインアンプとして2台増設したいというご要望が出ました。

【2台を前後向きに並べた外観・レタリング前】
HPA_kane_DC_BAL_No2_1.jpg

2台を同時に製作したので加工の作業量が凄かったです。
アンプ基板には1枚当たり約140個の穴加工が必要です。0.8mmドリルでの加工なのと、穴位置が少しでもズレると基板パターンから外れるので気を使います。
集中して作業をしないと位置合わせの感覚が狂うので、一気に加工を行いましたが半日かかりました。

【外観・前側】
HPA_kane_DC_BAL_No2_5.jpg

前作から変わったのはバランス出力のXLR5メス端子が2個から1個になりました。
前作はバランス型ヘッドホンアンプ用途だったので端子を2個並列に設置しましたが、今回はラインアンプ用途なので1個です。
大型のプラスチック製ボリュームノブは、4連ボリュームと同じ三栄電波ドットコムから入手できます。

【外観・後側】
HPA_kane_DC_BAL_No2_6.jpg

左からバランス入力のXLR3コネクタ、バランス/アンバランス入力切換スイッチ、アンバランス入力のRCAコネクタ、2Aヒューズホルダ、DC入力コネクタの順に並びます。
前作ではアンバランス出力も設けましたが今回は廃止です。

【内部の配置】
HPA_kane_DC_BAL_No2_2.jpg

ケース内部への基板配置は、左下にOPアンプでセンター電圧を合わせる機能を持ったトランジスタを使ったレールスプリッタ電源回路です。左右にバランス型DCアンプ基板を配置してます。LRを間違えないように後ろ側から見てLRを配置してます。
尚、やや太く見えるネジった白い線は入力信号線です。マイク用コードとして定評の高い立井マイクコードの芯線を使って配線しています。

【ケースへの端子配置】
HPA_kane_DC_BAL_No2_12.jpg

コネクタ配置はケース図面をダウンロードし、JW-CADで原寸図を印刷して加工位置をマーキングします。
こうすれば手早く正確に加工位置が決められます。

使用したアルミケースは、タカチOD49-20-23(高さ49mm、幅230mm、奥行き200mm)です。
このケースの使い方はタカチの製品ページ写真(下図)のように、幅方向と奥行き方向が私とは逆に使うような想定なのだが、フラット面が前後にある方が見栄えが良いので、あえて板厚が厚い部分にコネクタ加工をしています。
HPA_kane_DC_BAL_No2_15.jpg

【加工ツール】
HPA_kane_DC_BAL_No2_14.jpg

私が使っている加工ツールを使ったケース加工方法を紹介します。

一番右にあるφ1mmドリルで先に示した加工位置にマーキングします。その後、このφ1mmドリルを電動ドリルに付け替えて穴開けを行います。面倒でも必ず1mm穴を開けてから大きな穴加工に移ります。こうすれば穴位置がずれることはほぼありません。

次にφ4、φ6、φ8、φ10、φ12のステップドリル(右から2個目)で加工をします。
私が使っている部品では、スイッチ穴はφ6、RCA穴はφ10、DCジャックやヒューズホルダはφ12です。
(固定ネジ穴はφ3.5、LED穴はφ3.0のドリルを使います)

XLR端子の穴は大きいので右から3個目のホルソーを使います。加工には少々時間がかかりますが、電動ドリル(高トルク型)で4mm板厚のアルミでも加工が可能です。

穴あけ後のバリ取りや少々のサイズアップには左端の工具を使います。これはHOZAN製のK-35というバリ取りツールなのですが、切れ味が素晴らしいのと、斜め部分でコーナーのバリ取り、先端のストレート部分で穴のサイズアップ加工ができます。
XLRコネクタ加工のホルソーがφ22で、XLRコネクタがφ23だったのですが、このツールでサイズアップ加工ができました。

【回路図】
HPA_kane_DC_BAL_No2_13.jpg

前作と基本的に変更ありません。
細かいことですが、2段目差動増幅からドライバー段に繋がる負荷抵抗が手持ち部品の関係で620Ωから680Ωになったのと、カレントミラー定電流回路に使っているFET、2SK30AのIdssが2mAから1.8mAになるので、差動増幅2SK170BL直下のカレントミラー抵抗を110Ωから100Ωに変更しました。
シミュレーションでは2SK30A直下の抵抗(実回路では0-500Ωの可変抵抗)値が180Ωでアイドル電流が15mAになるのですが、実際作ってみると、可変抵抗値は200~220Ω程度でアイドル電流が15mA程度になりました。

【バランス/アンバランス入力の切換回路】
HPA_kane_BAL_DC_4_18.jpg

前作と全く同じですが掲載しておきます。

【アンプ基板図】
HPA_kane_DC_BAL_No2_16.jpg

部品を実装した基板図です。
青の線が基板パターン線です。片面基板なので赤が部品面のジャンパー線です。
pdfの実パターン基板図も掲載しておきます。HPA_kane_BAL_DC_4_2_brd.pdf です。

【製作に当たる留意事項】
・基板図には終段トランジスタが2SA1428になっていますが、私が実際に使ったのは2SA1358Yでした。
 ここにはコレクタ損失が1000mW以上程度のものを使ってください。上下のhFE差は20以内をメドにしてください。
・初段差動増幅の2SK170BLはVgsで選別しています。Vgs -0.130 ~ -0.300V内から偏差±0.004Vのものをペアとします。
・定電流用2SK30AのIdssが1.8 ~ 2.0mAのものを選びます。
・第2差動増幅の2SA1015、及びドライバー段上下の2SC1815はhFE偏差が7以内のものをペアとして使います。
・500Ωの可変抵抗はボリューム位置を右一杯にしておいてください。
 電源が正常に入ってから10Ω抵抗両端電圧を測りながら徐々に左に回していくと、0mVから急に上がります。
 適正値はアイドル電流15mAの両端電圧150mVです。±50mV程度が調整範囲です。
・100Ωの可変抵抗はボリュームを中央にしておいてください。
 ボリュームをゼロにした状態で、バランス出力端子間DC電圧が 0±5mVになるように調整します。

【製作後記】
5月の前作以来、3か月ぶりに本器の音を堪能しました。
前作では様々なトラブル(と言っても私の失敗)のために試聴時間が十分取れなかったのですが、
今回は調整を兼ねてかなりの時間、音楽を楽しまさせてもらいました。
バランス型特有の音の分解能と定位性の優れた音ですが、かなり締まった低域の音感がハッとさせます。
十分なパワーがあるので、音量を上げて行っても音割れ等の破綻がありません。




据置き型バランスDC/アンバランス・ヘッドホンアンプの製作

久々に記事を書きます。1月頃にバランス型DCパワーアンプを作ったのですが、予定と違った仕様になってしまい記事にできませんでした。

今回はそれのリベンジとも言える、バランス型DCヘッドホンアンプの製作です。
私のバランス型アンプを多数使って頂いている方からの依頼品です。

【外観・前】
HPA_kane_BAL_DC_4_17.jpg

左からパワースイッチとLED青、XLR5のバランス型ヘッドホン出力端子2個並列、4連ボリュームのノブです。
使用したアルミケースは、タカチOS49-20-23(高さ49mm、幅230mm、奥行き200mm)です。

【外観・後】
HPA_kane_BAL_DC_4_2.jpg

同じく左から、バランス入力端子XLR3、バランス/アンバランス入力切換スイッチ、アンバランス入力RCA端子、ヒューズ及びDC15入力ジャック、アンバランス出力RCA端子

即ち、入力/出力共にアンバランス/バランスが使えるヘッドホンアンプになります。

【内部の配置】
HPA_kane_BAL_DC_4_4.jpg

手前左がオペアンプで中点電圧ゼロを修正するレールスプリッタ電源基板です。35V/4700μFの電解コンデンサをプラス側、マイナス側、そして±両極を跨いだ部分に入れています。

奥側左右に若干オフセットしてアンプ基板がL,R分並んでいます。

外寸高さが49mmのケースなのですが、内寸高さは37mmしかありませんでした。よって電解コンデンサが寝ています。

【ケースへ端子配置の設計図】
HPA_kane_BAL_DC_4_20.jpg

外寸の割に内寸がかなり狭くなるケースです。高さ49mmの上サイズが70mmと21mmも大きくなるので、プロポーションから考えてこれを選択しました。結果、内部のコンデンサは横置きになりましたが、アンプケースとしてはバランスの取れたプロポーションになっていると思います。


【回路図】
HPA_kane_BAL_DC_4_15.jpg

LTSpiceの回路図です。
この回路の基本は金田さんのインバーテッド・ダーリントン接続のヘッドホンアンプをベースにバランス化したものです。

金田さんの基本回路と大きく異なるのは、初段差動増幅に使っている定電流回路です。
金田式の場合、ここにはJ-FET1個と抵抗1個を組み合わせたもので、FETのIDSSに依存(選別?)します。

HPA_kane_BAL_DC_4_16.jpg

上図回路は定電流用FETに調整抵抗を付け、それをカレントミラー回路で分流しています。
そうすることで、持っている定電流用FETに合わせたカレントミラー抵抗選択でかなり楽に終段のアイドル電流調整が可能になります。上図の例では定電流用2SK30のIDSSが約2mAなので、カレントミラー抵抗を110Ω、100Ωを組み合わせて、R26の500Ω半固定抵抗を180Ωに調整すれば、アイドル電流が10~15mA程度になりました。

【入力のバランス/アンバランスの切換え】
通常はバランス入力で使っていても、アンバランス出力機器からの入力で使いたい時が生じます。
そのためRCA端子からアンバランス入力もできるような切換を付けました。

HPA_kane_BAL_DC_4_18.jpg

XLR3端子のCOLDである3ピンを切換スイッチに配線し、RCAのGND側と切り替えた出力をCOLD側の4連ボリュームに繋ぎます。

完成したヘッドホンアンプを、アンバランス入力、バランス出力で出音の確認をしました。
とても明るい音です。
高橋真梨子さんが若い時のfor youを聴きましたが、鳥肌が立つくらいの雰囲気感です。
JAZZライブの臨場感も素晴らしいと思います。ベースの迫力、ボーカルの粒々が生々しく響きます。
ピアノの弾け具合も逸品です。

・失敗談1

バランス型アンプの歪率計測は私のアンバランス型入出力機器では計測できません。
今回のヘッドホン(ライン)アンプは出力電圧が低いので、入力をアンバランス型発振器出力をバランスに変更するアンプ、アンプからの出力をバランスからアンバランスに変換するアンプを用意してみました。

HPA_kane_BAL_DC_4_19.jpg

オペアンプを使い自作するのも良いのですが時間がかかるので、共立エレショップが販売しているキット基板2種を使ってみました。
アンバランスtoバランス変換はこちらのものでTI社のラインドライバIC「DRV134PA」を使ったものです。
バランスtoアンバランス変換はこちらのもので同様にTI社 INA2134PAを使ったものです。

さて計測を・・・ と始めましたが、歪率がが10~20倍も高い値を示します。色々調べてみると電源(ACアダプタからのDC12Vを分圧して±電源としている)から何かが回り込んでいるような低周波系のノイズがあります。
電源に電池を使ってみるのも一考ですが、今回の計測には間に合いませんでした。

そんな訳で歪率データはLTSpiceでの計算結果です。
.step vin=1(1V入力)
Fourier components of V(out1,out2)
DC component:0.000208369

Harmonic    Frequency     Fourier     Normalized     Phase      Normalized
 Number       [Hz]       Component     Component    [degree]    Phase [deg]
    1       1.000e+03    3.882e+00    1.000e+00      179.94ー        0.00ー
    2       2.000e+03    2.425e-04    6.246e-05      -96.33ー     -276.27ー
    3       3.000e+03    9.837e-04    2.534e-04      178.18ー       -1.76ー
    4       4.000e+03    1.661e-05    4.280e-06      -37.69ー     -217.63ー
    5       5.000e+03    1.004e-04    2.586e-05     -124.17ー     -304.11ー
    6       6.000e+03    3.157e-05    8.132e-06       68.02ー     -111.93ー
    7       7.000e+03    7.451e-05    1.919e-05       -7.74ー     -187.68ー
Total Harmonic Distortion: 0.026314% (歪率THD-Nは0.0263%)

Measurement: result
  step    RMS(v(out1,out2))    FROM    TO
    11    2.7449    0    0.1  (出力は2.74Vrms = 100mW at 75Ω)

・失敗談2
このアンプは当初、ダーリントン接続方式で好成績だった、2段目差動出力の負荷抵抗を廃止する回路でシミュレーションしていました。シミュレーションでは何ともなかったのですが、実機を作ってみるとアイドル電流の再現性が乏しい、過大電流が流れる等のトラブルが出ました。
よって急遽、負荷抵抗を取り付けました。

HPA_kane_BAL_DC_4_13.jpg

薄赤く塗ったところが追加した負荷抵抗620Ωです。これに対応して初段差動増幅の電流も約2倍に増やしてます(と言うよりも、負荷抵抗を外したことで初段差動増幅の電流値が少なくなっていた。作動ラインがかなり寝ていて不安定だった?)

冒頭の回路図は修正後のものです。

・・・色々ありましたが、本器は本日嫁入りです。


代替FET・2SK2145 でぺるけ式もどきヘッドホンアンプの製作(基板完成)

FET 2SK170-BLの代わりに使えそうな 2SK2145-BL で、ぺるけ式もどきHPA回路を 7.4V定格電圧の Li-ion電池用に定数を変更したHPAを設計しました

このモックアップしたユニバーサル基板でもそこそこの性能だったので専用基板を作ってみました。

【回路図】 再掲載

HPA_pe_2sk2145_1.jpg


【基板図】 定数部分の拡大図です

HPA_pe_2sk2145_14.jpg


【できてきた基板】 表面実装部品を搭載済み、頒布予定の状態です。

HPA_pe_2sk2145_11.jpg

お遊びで青いレジストにしてみました。元々、少しくすんだような青色でしたが、リフローの熱で更に深い青になったように思えます。

回路図ではダイヤモンド・バッファでNPN、PNPトランジスタを2個ずつ、計4個使いますが、基板ではDualトランジスタを使うので、かなりシンプルな構成に見えます。

【部品を実装した基板】

HPA_pe_2sk2145_12.jpg

入・出力:各2本、負帰還:2本の抵抗はチップ抵抗ではなく、1/4W金属皮膜抵抗を使います。
見えてるコンデンサは電源用では無く出力のDCカット用です。表面実装型ですが、普通の差し込み式も使えます。
電池から直接給電しますので電源コンデンサは割愛します。
入力・出力ジャック、2連ボリューム、2回路2動作スイッチ、電源パイロット用LEDを付ければ完成です。
尚、使用したLi-ion電池は850mAh品が欠品しているので、500mAh品を載せています。

【回路動作のチェック】

このHPAは調整するところが全くありません。
チェックするとすれば、出力抵抗10Ω両端の電圧差=アイドル電流を計測することです。
LI-ion電池の標準電圧7.4Vで10.6mA程度になるよう設計してあります。満充電の8.4Vでは14mA程度流れるでしょう。
(差分電圧は、*mAx10倍(mV)です)


【完成品の歪率、出力】

HPA_pe_2sk2145_13.jpg 

凡例の上から
・青 実線:ぺるけ式オリジナル回路の 2SK170-BL を使い、規定の12V電圧で試作した機器
・橙 破線:このオリジナル回路の 2SK170-BLを、2SK2145-BL に換装したもの(電源12V)
・赤 実線:本器= 2SK2145-BL を使い、電源を Li-ion電池(7.4V)にしたもの
・水 実線:私の計測器の歪率を計測したもの (これが計測機器のゼロレベルに相当します)

本器(赤)を他のデータに比較することで説明します。
1.出力電圧 0.13Vrmsまでは ぺるけ式オリジナルと同等の歪率です。
2.それ以上は出力アップと共に暫時増加しますが、1%歪率で 0.95Vrmsの出力がありシミュレーション通りです。
  この出力電圧をパワーに換算すると12mWあり、ヘッドホンアンプとして十分な出力です。
3.ぺるけ式の歪率カーブは、0.1~0.2Vrms近辺で 0.015% 程度まで下がるのですが、
  本器は0.03%が下限です。
  この原因は私の計測器の最低計測値が水色線のような特性になっていることに起因しているようです。

【出音】

いつも思うのですが、ぺるけ式は全体のバランスが良く心地よい音ですね。

決してどこかを誇張することは無く、繊細なところまでしっかりと鳴ってくれます。
これがスタジオマスター機器に採用されている所以なのでしょうね。

聴き込めば聴き込むほどに、音楽の楽しさ、嬉しさ、陶酔感が感じられるます。やはり逸品です。
素晴らしいです。








代替FET・2SK2145 でぺるけ式もどきヘッドホンアンプの製作

前回の記事で、ディスコンとなったJ-FET・2K170BLの代替として、Dual FETの2SK2145がまずまずの特性を示してくれることを述べました。また、久しぶりに聴いたぺるけ式ヘッドホンアンプver2の音色に再感動しました。

そこで今回はこの2SK2145と、いつも愛用している Dual トランジスタ BC846DSとBCM856DS、そしてリチウムイオン電池を組み合わせた、「ぺるけ式もどきHPA」の製作です。
前作ではリチウムイオン電池換装への引き合いが多々あったのですが、充電や電池本体の信頼性への心配があったので踏み切れませんでした。

最初はLTSpiceで電源電圧が下がってもまずまずの特性になる、回路各部の最適な抵抗定数を求めます。

【LTSpiceの回路図】 2SK2145のLTSpiceモデルが無いので2SK170BLで代用してます

HPA_pe_2sk2145_1.jpg

何度も歪率を見ながら回路定数を変えていきます。

・定電流回路の抵抗:10k→6.8k、220→195 (この抵抗値は微妙に歪率に影響します)
・差動増幅FETの負荷抵抗:2.2k→1.5k
・ダイヤモンド・バッファ段:1.5k→1k、82→75 (これは手持ちの関係で変更)
・負帰還部:51→75 (3倍増幅から2倍に下げました)
・入力部4.7k、出力部10Ω、電源分圧抵抗は不変です。

これでシミュレーションすると、歪率1%点で出力が約0.95Vrmsです。まずまずでしょう。

【回路図】 片チャンネル分です

HPA_pe_2sk2145_2.jpg

【基板の製作】

HPA_pe_2sk2145_3.jpg

今回もユニバーサル基板を使うので、EAGLEで0.1 inch ピッチのマス目に部品を置いて実態配線図を作ります。
FETやトランジスタも表面実装品から変換基板を使って 0.1 inch ピッチ基板に合わせます。

【製作したHPA基板】

HPA_pe_2sk2145_5.jpg

95mm x 72mm のユニバーサル基板に楽々収まります。リチウムイオン電池から直接供給します。電源用コンデンサは付けません。

シミュレーション通り、アイドル電流は12mA きっちり流れます。10Ω抵抗が左右チャンネルで4個ありますが、いずれもきっちり12mA流れています。再現性もばっちりで、これがぺるけ式HPA回路の素晴らしいところです。

【歪率】
HPA_pe_2sk2145_6.jpg

橙色の線が本品「ぺるけ式もどき」の歪率です。
シミュレーションでは約0.95Vrms at 1%THDだったのですが、実機は0.9Vで若干目減りしています。

12V電源のぺるけ式に比較すると見劣りしますが、なかなか立派なものです(自画自賛、笑)
0.9Vという値だけ見れば小さいですが、11mWの出力でありヘッドホン駆動用として十分な出力です。

【周波数特性】

HPA_pe_2sk2145_7.jpg

本家ぺるけ式は5Hzまでフラットなのですが、10Hzから5Hzにかけて-3dB程度下がります。
高域は全く同特性です。

------ 2017/10/8 記事を修正
ぺるけ式は再現性が良い筈なのに、20Hz 以下が 3dB程度 も下がるのが不可解でした。周波数に影響ある出力コンデンサは同値です。
そこで、HPAを通さず周波数発生器(KIKUSUI ORC11)から、計測器(KIKUSUI AVM23) に直接入れて、低周波域をチェックしてみました。その結果、20Hz で -0.18dB、10Hz で -0.72dB、5Hz で -2.38dB 程のAC電圧の出力低下が認められました。

これを修正して再作図した周波数特性が以下です。

HPA_pe_2sk2145_10.jpg

このように低域までフラットであることが確認できました。
------- 追記はここまで



肝心の音ですが、もう少しエージングしてから評価したいと思います。


・・・10時間以上通電していましたので少しは初期の粗さが取れたと思います。

ぺるけ式のバランスが良い心地よい音ですね。
決してどこかを誇張することは無く、全体的にバランスが取れながら繊細なところまでしっかりと鳴ってくれます。
やはり素晴らしいです。

------ 2017/10/7 追記

基板を起こしてしまいました。

HPA_pe_2sk2145_8.jpg


・・・その後、発注前に細かなところを修正した基板図です。

・電源配線の取り回し位置、線幅、出力配線の幅や接続ドリル径を最適化しました。
・調整はしませんが10Ω抵抗でのアイドル電流を計測するための計測ホール(四角)を追加しました。
・6個のDualトランジスタの輪郭線が何故かガーバーデータに反映されないので上書きしました。

・この基板は配置エリアに余裕があるので、いつもは付けない名称を印字しました。

HPA_pe_2sk2145_9.jpg


2週間程すれば届くでしょう。






差動増幅用J-FETを探す

HPAやパワーアンプの初段差動増幅に愛用している 2SK170BL がとうとう残り150個になってしまいました。
このままではアンプ製作に支障が生じそうです。

そこで2SK170BLに変わって使えそうなJ-FETを身近な(安価な)秋月電子で探してみました。

候補は以下の3種です。

1.2SK369-V : 順方向伝達アドミタンス |Yfs| が標準で 40mS もあります (2SK170BL は25ms)、40円/個(秋月)

FET_change_2.jpg

2.2SK2145-BL : 同上 |Yfs| が 15mS です。使える可能性あります。表面実装品ですが、1パッケージに2個入っている DualタイプなのでVgsのペア特性に期待が持てます。もしかすると選別も不必要になるかもしれません。100円/2個=25円/素子(秋月)

FET_change_1.jpg

3.PF5102 : Fairchild 社製のアナログ・スイッチング用とデータシートにあります。ソースとゲートのピン配置も違うので代替期待は持てませんが念のため特性だけ計測することにしました。20円/個(秋月)

FET_change_3.jpg

【Step1:Vgs計測で特性バラツキを計測しペア選別性をチェック】

1.2SK369-V
  ランク V の Idss 分類は 14~30mA に対して 50個計測した範囲で、15.8~27.5mA内でした。
  Vgsを6mV範囲のペアを選ぶと、40個(80%) もゲットできました。

2.2SK2145-BL
  データシートに見れるように、ソースを共通端子にした Dual素子です。ペア性のチェックが重要です。
FET_change_8.jpg

端子間ピッチ 0.95mmの SOT23 なので、1 inchへの変換基板を改造して計測用基板を作りました。計測するときはこの上から押し付けて接触させます。上の写真の左右3ピン毎に、D1-G1-S、S-G2-D2を配置し計測器に差し替えて計測します。

FET_change_10.jpg

使用した計測器は、こちらで作ったぺるけ式FET選別器と同じ回路のユニバーサル基板バージョンです。安定してVgs計測ができます。

取り敢えず5個計測した Vgsのペア性を示します
・-0.587、-0.594 (差7mV)
・-0.547、-0.541 (6mV)
・-0.547、-0.552 (5mV)
・-0.593、-0.594 (1mV)
・-0.528、-0.526 (2mV)

最大の差でも7mV しかありませんのでペアとして申し分ありません。

3.PF5102
  余り期待できませんが50個も買ったので、IdssとVgsを足位置変換具を使って計測してみました。
  Idss:4.4~10.2 mA (データシート4~20mA)
  Vgs:-0.225 ~ -0.668 V(同上 -0.7 ~ -1.6 V 、計測電圧が指定と異なるので参考値です)

【Step 2 :実機に付けて歪率の計測】

本来ならば、素子の Vds-Id 特性図からロードラインを描き、使用する電圧に最適な電流を求めた回路定数を決めるのが正しいアプローチなのですが、いつもながら無手勝流の小生としては、既に2SK170BLで動作している実機に対象品を取り付け、その歪率を比較計測するという手法を採ってみました。

・その1 : ぺるけ式FET差動ヘッドホンアンプ、バージョン2

FET_change_7.jpg

大分以前にユニバーサル基板で作った、ぺるけ式FET差動ヘッドホンアンプ・バージョン2に換装して歪率を比較計測しました。手前の左チャンネル(計測するチャンネル)に 2SK2145-BLを乾燥した写真です。コネクタでFETを差し替えて計測します。

FET_change_5.jpg

太い青線がオリジナルの2SK170-BLで計測した歪率カーブ、赤線が換装した 2SK2145-BL の歪率カーブです。
ぺるけ式では釣り針状のカーブになる筈なので、ぺるけさんの記事からデータを読み取ってプロットしたのが青破線です。

やはり私の計測環境では、ベースノイズのために0.03%以下には下がらないようです。それ以外の範囲では2SK170-BLの歪率カーブはぺるけ式を再現しています。

換装した2SK2145-BLですが、2SK170-BLには及ばないまでも、かなり近いレベルの特性を示しています。
これならば回路定数を最適化すれば、もっと良くできるのかもしれません。(これでもかなりGoodです)

試しに音楽を聴いてみると、いやいや流石にぺるけ式の音は素晴らしいです。左右チャンネルの音の差は認知できません。


・その2 : 金田式もどきDCヘッドホンアンプ

FET_change_9.jpg   

これもまた以前試作に使った金田式もどきDCヘッドホンアンプを引っ張り出してきました。改造が楽なので左右共に2SK2145-BLに換装してある写真です。これもまた2SK170-BLと比較して歪率を計測します。

FET_change_4.jpg

ここで3種のFETを比較しています。
青線がベースとなる、2SK170-BLでの歪率です。この時は差動するFET間のバランスを取る100Ωの可変抵抗が入っていました。

赤線が2SK2145-BLでの歪率です。ソース共通なので100Ω可変抵抗を取り去ったためか、ベースとなる2SK170-BLよりもやや低い歪率を示していますが、私の計測機器の最低計測能力の0.03%に近いレベルでのことなので、本当に意味のある差なのか、計測時のノイズ環境の差なのか判然としない要素も含んでいます。

期待していた2SK369-Vですが、高 |Yfs| に対して回路定数が合わないのか、または発振しやすい金田式回路の影響なのかあまり良い結果ではありません。


これまでの結果では2SK2145-BLがかなり良い結果を示してくれました。回路定数を見直せばもっと良くなる可能性もありますが、・・・問題は東芝製なので何時まで入手可能かですね。取りあえずたくさん買っておきましょうかね(泣笑)


・・・
それにしても、しばらくぶりに聴いたぺるけ式FET差動ヘッドホンアンプの音には再感動しました。

2013年に昇圧型DC-DCコンバータを電源にしてぺるけ式FET差動ヘッドホンアンプの小型版を作りましたが、リチウムイオン電池2個の7.4Vでの最適定数に替えれば、最近使っている表面実装トランジスタと組み合わせてみたらどうだろうかと思ってみたりします。

シミュレーションやってみましょう。





暗くなったら点灯する人感センサーライトの製作

暗くなったら明るさを検知し、人が近づいた時に点灯するライトが壊れた。
今、会社経営で新聞を賑やかにしている東芝製の大分昔の製品だったのだが、暫くの間放置されていたので内部電池の漏液が回路接点をダメにしたようだ。最近、朝早く暗いうちにトイレに起きるようになったので、あれがあると足元が明るく助かる。

これくらいの物ならば今どき安いのが売っているだろうと、以下の条件で探してみた。

1.省エネ型(LED)であること
2.当然ながら人感センサーで点灯すること
3.暗い時に自動で動作すること
4.電池や充電型ではなくACDCアダプターで動作すること(コンセント型や電球型では設置場所的にダメ)

・・・いろいろググってみましたが、1.2.の条件ならばたくさんあるのですが、更に3.4.が加わるとあまりありません。そして高額のものになるようです。

それならば作りましょうという結論です。

【完成写真】
話が長くなりそうなので最初に完成写真を載せます。

MotionSensorLight_2.jpg

右上がLEDライト、その左が人感センサー、左下に欠けているのが照度センサー、中央下が自作したコントローラです。

【製作説明】

材料は容易に入手できる安いものが良いですね。以下の画像は秋月さんからのNETからお借りしました

・LEDライト:9~12VDC、3.8W、昼光色(秋月・900円)
MotionSensorLight_12.jpg

・人感センサー:焦電型赤外線センサモジュール、5~12VDC、2m検知(秋月・850円)
MotionSensorLight_13.jpg

・光センサー:リニア光センサー、VCC=5V、1~200Lux(秋月・150円)
MotionSensorLight_15.jpg

早速物を入手して作ってみることにしました。基本的な考え方は
1)光センサーで暗くなったらONリレーが動作すること
2)AND 人感センサーがONしたら、LEDライトをONさせる
3)2)ではデレイ・リレーを起動させ20秒後程度にOFFさせる。タイマーIC、555を使います。

順に単品で機能を確認して行きます。

1)光センサーでリレーをONさせる : 簡単に考えていましたがここが一番時間がかかりました。

問題点その1:簡単な回路でOKなのだが出力がかなり低い

MotionSensorLight_16.jpg

5Vを印加し、光強度に比例した電流が流れるので負荷抵抗で電圧を取り出すのですが、

MotionSensorLight_17.jpg

暗い、明るいの境目となる10Lux 付近では、8 uA程度しか流れません。10kΩの負荷抵抗で算定すると、80mV程度になります。これではトランジスタ動作のVbe 0.7V まで昇圧するにはオペアンプで10倍程度増幅が必要になります。

そこで、【増幅オペアンプ回路】が必要になります。

MotionSensorLight_6.jpg

LM358という廉価オペアンプなのですが、電源電圧の10%~90%範囲はリニアに増幅します。このような回路に好んで使用するオペアンプです。
10Kの負荷抵抗で発生した電圧をオペアンプで増幅しますが、120k/12kΩなので、約10倍に増幅します。

尚、マイコンの電源は当初単電源を試みましたが、特に今回必要な低レベル電圧ではリニアで無くなるため、LTC1144という負電圧コンバータを使い±12Vの電源を供給しています。

問題点その2:リレーが動作時に唸ります

このオペアンプ出力は10Lux 付近では10倍の0.8Vになるので、リレーを駆動するためのスイッチとなるトランジスタをONさせることができます。しかし、そうやって作ってみた単動作回路では、「リレーが発振するように動く」というトラブルが出ました。
即ち、光の強弱や、リレーON-OFF時の電圧減増によりON-OFFを繰り返すのです。これではリレーが壊れます。

・・・色々調べてみると、このような比例制御によってON-OFFする場合は、「ヒステリシスを付ける」必要があるということです。
即ち、ONする時の電圧よりもOFFする時の電圧をある程度低く設定すれば、その範囲にある場合はON-OFFしないという不感帯が設けられるということです。

更に調べてみると、これを実現するには、「シュミット・トリガー」という回路が良いらしいですが、「ディスクリート」で勉強して作ってみたい小生としてはトランジスタで構成する回路を選びました。

・・・勉強し、シミュレーションして達成したのが以下の回路と、LTSpiceシミュレーション結果です。

MotionSensorLight_9.jpg

一番左が入力電圧で、光センサーの負荷抵抗から、10 Lux + α 時点で約100mVが入力される前提です。0~500mVまで変化するように設定しています。
これがOPAMPで10倍に増幅されます。
これ以降にある、Q1、Q2トランジスタと周辺の抵抗で構成された回路が、「シュミット・トリガー」です。その後にあるQ3トランジスタはR6というリレーコイルを駆動するものです。

詳しい回路の動作は「シュミット・トリガー」を参照願いたいのですが、結果的に上側のシミュレーション図に示すように、光センサーからの出力V(in)が110mV になるとリレーがONします。その状態から、光センサーからの出力が下がり、65mV程度になった時点でリレーがOFFします。即ち、光センサー出力が 65~110mV範囲の時には、リレーはON-OFFどちらかの状態から動かないということになります。

このような検討から、【シュミットリガー回路+光センサーONでリレーOFF(暗くなるとON)】 回路を設けました。
光センサーが受光して、OPOUT電圧が0.7V以上に上がると、K1リレーが切れます(=明るいと動作しない)

まとめを書いてみると簡単ですが、シュミットトリガー回路の抵抗定数設定はトライ&エラーなので時間がかかりました。

MotionSensorLight_7.jpg

2)人感センサーで動作させる

使ったセンサーは、「動体センサー」なので人体が近くにあっても動かなければONしません。
即ちこれは、「動いた時にだけONする」仕様なので、後述するオフディレイ・タイマーのパルス起動要件には合っています。

MotionSensorLight_14.jpg

モーション・センサー(人感センサー)は、電源、GND、内部TTL回路(ONでLOW)のコネクタで接合されます。
このLOW信号をPNPトランジスタで受け、K2リレーをONします。
当初5Vで動作させようとしていましたが、内部に5VのDC-DCコンバータがあり動作が安定しないようなので、電源を12Vに変更しました。
リレーは5V用しか無かったので、動作コイルに直列に230Ω(実際は220Ω)を入れました。

3)点灯時間を遅延させるオフディレイ・タイマー

MotionSensorLight_8.jpg

点灯させたLEDをある時間以降に消灯を遅延させるOFF Delay Timer です。
定番の555タイマーICを使っていますので、特段の説明は省きます。10uFコンデンサと1M+1M=2MΩ抵抗を使っていますので、計算動作時間は 22sec ですが、作ったものは 29sec 動作でした。抵抗値が大きいか、コンデンサが大きいかですが、31%もの偏差ですので、多分コンデンサの容量が実際に大きいのではないかと推測されます。


4)番外編:ユニバーサル基板製作を容易にするためには

一品料理である今回の基板を製作するに当たり、どうやって確実に正確にユニバーサル基板で作るか という課題です。

簡単な回路であれば、PasSという基板回路エディタを使って来たが、これは回路を最初から実体配線図で描く必要があるので、特殊な部品も登録しそのリソーセスが使え、回路図ベースで設計し、そこから基板図が作成できるEAGLEのようなツールが良い。

ここで一計を案じました。

1.EAGLEの回路図で設計する
2.基板図の設定を以下のようにする
  1)グリッドは0.1inchに設定する(ディフォルト)
  2)グリッドを線で表示させる。グリッドの交差点がユニバーサル基板の穴位置になる
  3)使用するユニバーサル基板サイズや、目印となる番号・記号などを記載する
3.部品配置はグリッド交差ポイントに合わせるようにする。
4.配線もグリッド線、グリッド好転をベースに配置する。

このようにすると、EAGLEで作った回路図をベースにしてユニバーサル基板図が容易に作成できます。

【今回作成したユニバーサル基板図】

MotionSensorLight_10.jpg

周囲にある数値やアルファベットは、使用したユニバーサル基板に銘打たれたものです。
これを記載し、EAGLEの表、裏印刷機能を使って印刷して置けば、部品配置が容易、裏面の配線も容易になります。

最後に参考までにEAGLEの回路図全体を載せておきます。

MotionSensorLight_18.jpg

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一晩使ってみての結果です。

良かったこと
・人感センサーの感度は問題ありません。ちょうど良い距離でセンシングしてくれます。
・昼光色LEDライトの質感もOK、もうちょっと暗くても良いかもとの意見もあり
・OFFディレイ時間29秒もちょうど良い長さです

不満なこと
・周囲が明るくなって、廊下もほんのりと明るいのに点灯する。OFF感度をもう少し暗めにしたい
 ⇒光センサーの負荷抵抗を低くすれば簡単に調整ができそうだ。いっそ可変抵抗にするか?
・意外に人感センサー・リレーの音が大きい。特に深夜になると周囲騒音が下がるので気になる
 ⇒機械式リレーを止めて電子リレーにしようか。
 秋月に安いリレーがあるようだが、制御信号ONでリレー接点ON回路しかないので、信号側で反転回路が必要かも

MotionSensorLight_20.jpg

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調べてみると、この電子リレーはAC電圧専用のようです。

・・・考えてみると、ここにはリレーではなくフォトカプラを入れても良いことに気が付きました。
明るさでON-OFFしているリレーコイルに直列に入れてあげればOKでしょう。

MotionSensorLight_21.jpg

リレーが入っていた赤丸部分をTLP521-1フォトカプラに交換しました。
注意すべきはこのフォトカプラは5V用なので、感度の問題で12V で使っている人感センサー回路では、一次側に1.2k の抵抗を入れLED電流を抑えています。2次側回路はタイマー・トリガーが5Vなのでそのまま接続します。

ついでに光センサー負荷抵抗を可変抵抗に交換しました。

MotionSensorLight_22.jpg

人感センサーのリレーが無くなり、豆粒大のフォトカプラになりました。カチカチ音がしないのでGoodです。

廊下がほんのり明るい時には点灯しないように半固定抵抗で調整を試みましたがダメのようです。
人間の目の感度が相当良いのでしょうね。




金田式もどきDCヘッドホンアンプ・リニューアル版(その4:頒布)

リチウム・イオン電池回りをリニューアルしたバージョンの頒布を致します。手待ち部品の関係で現有限定6台ですが、ご要望が多ければ追加も検討します。

【完成品外観】
HPA_kane_DC_New_Bat_23.jpg

HPA_kane_DC_New_Bat_24.jpg

前作とほぼ同じ外観です。充電用 microUSB コネクタが左面前寄りから後寄りになりました。

【内部】
HPA_kane_DC_New_Bat_25.jpg

角型で薄いリチウムイオン電池を2個重ねて使用します。これで約19時間動作します。充電時間は2~3時間程度です。

【基本回路図】
HPA_kane_DC_New_Bat_11.jpg

構成を簡単に説明します。
・J-FET2個(J1,J2)の差動増幅回路が初段です。オリジナルでは2SK246BLが使われていますが、部品ストックの都合で2SK170BLに替えています。
・J4,R17,Q8,Q7,R18,R1 で構成されるのがこの差動増幅回路に電流を供給する定電流回路です。金田式オリジナルでは、ここにJ-FETと抵抗1個だけで構成されていますが、熱安定度等の観点でカレントミラー方式に変えています。
・Q1,Q2,R19,R20が2段目増幅回路です。
・Q3,R10,Q4,R11がドライバー段です。
・Q5,R12,Q6,R13が終段増幅回路です。

この金田式の回路は対称型と言われ、ドライバー段、終段が上下に同じNPNトランジスタを組み合わせた回路構成をしており、即ち特性の揃った同じトランジスタが使えるので、汎用トランジスタの入手が難しく、NPN,PNPの組み合わせが難しい昨今、私が好んで使っている回路構成です。
「金田式」と言うと、金田さんオリジナル部品を組み合わせるのが正道らしく、回路だけが似ているので「金田式もどき」と称しています。

【放電試験データ】
HPA_kane_DC_New_Bat_3.jpg

これは実機と同じ程度の50mAを放電させて試験した結果です。約20時間、900mAhの実容量を持っています。

【充電試験データ】
HPA_kane_DC_New_Bat_12.jpg

充電電流800mAとなっていますが、実際は500mA程度のはずです。1.8時間程度で充電が終わりました。実機では2個のリチウムイオン電池を同時に充電しますので、供給側の電流制限なども加味すれば、2~3時間程度の充電時間になるものと推測します。

【歪率と周波数特性実測値】
HPA_kane_DC_New_Bat_15.jpg

最低歪率は0.029% THD+N at 0.28Vrms(0.4Vp-p)、最大出力 1.6Vrms(2.2Vp-p、71mW at 36Ω)です。

HPA_kane_DC_New_Bat_16.jpg

低域は5Hzで2.5dB程度下がる傾向にあります。高域は問題ありません。100KHzまでフラットです。

【基板】
HPA_kane_DC_New_Bat_17.jpg

この基板には数多くの表面実装部品が使われておりますが、これらは全て当方で実装します。手ハンダで付けられる範囲の部品だけをキットで提供します。

【基板:部品番号】
HPA_kane_DC_New_Bat_27.jpg

【基板:部品定数】
HPA_kane_DC_New_Bat_26.jpg

【出音】
金田式もどきDCヘッドホンアンプをあんなに沢山作って頒布したのに手元に一台も残ってなく、久しぶりに音を聴きました。
なるほど、なるほど、この音色です。バランス型ヘッドホンアンプに迫るものがあります。そして、「妖艶」なのです。

低域の膨らみのある響き、高域の澄んだ中にもふくよかさが残っているような、そんな感じがする音です。

【部品リスト】
部品番号 部品名 型番、値 個数 備考
・表面実装部品付き基板 
  専用基板   1  
・トランジスタ 
Q102,103 中段、終段増幅
NPNデュアルTr
BC846DS 4 基板実装
Q202,203
Q101 2段目差動
PNPデュアルTr
BCM856DS 2
Q201
FET101,102
FET201,202
初段差動FET 2SK170BL(246代替) 4  
FET103,203 定電流FET 2SK208-O(117代替) 2  基板実装
・初段、中段チップ部品    
R103,R104
R203,R204
チップ抵抗 2012 差動負荷 1.5K 4 基板実装
R105,R205 チップ抵抗 2012 300Ω 2
C101,C201 チップコン 2012 1000P 2
R106,R206 チップ抵抗 2012 120Ω 2
R107,R108
R207,R208
チップ抵抗 2012 2段目負荷 1.5K 4
R109,R110
R209,R210
チップ抵抗 2012 中段増幅負荷 150 4
C102,C203 チップコン 2012 位相補償100P 2
・電源コンデンサ 
C1,C2 表面実装コンデンサ 1000u 2  
C4,C5 チップコン 2012 0.1u 2 基板実装
・LEDチップ抵抗    
R001 チップ抵抗 2012 27k 1 基板実装
・充電用パーツ   
IC1,IC2 Li-ion電池過放電防止IC   2 基板実装
IC3,IC4 充電用IC XC6802 2
C6,C10 チップコン 1u 2
R003,R005 チップ抵抗 2012 2k (充電電流500mAセット) 2
LED2,LED3 チップLED 赤、1608 2
・入出力、負帰還 金属皮膜抵抗  
R111,R112
R211,R212
金属皮膜抵抗1/4W 10 4  
R101
R201
金属皮膜抵抗1/4W 22k(利久RO抵抗) 2  
R102
R202
金属皮膜抵抗1/4W 33k(利久RO抵抗) 2  
・機構部品    
ST_JACK1 φ3.5ステレオジャック AJ-1780 2  
ST_JACK2
SW 2系統スイッチ  (ON-OFF-ON) 1  
VOL 2連ボリューム A50k(またはA20k),LINKMAN、RD925G 1  
R102,R202 定電流半固定VOL 500Ω 2  
R101,R201 バランス半固定VOL 100Ω 2  
  ボリュームノブ黒 φ6 1  
LED1 LED 高輝度青色φ3 1  
  収納ケース タカチ,GHA7-2-9DB(黒) 1  
U_USB microUSBジャック ZX62R 1 基板実装

【頒布について】
今のところ、限定6セットで頒布します。

・キット合計:7,850円
・角型リチウムイオン電池2個:2,400円
・オプション電源コンデンサ1500uF,2個:差額400円

※リチウムイオン電池はこちらから購入していますので、皆さんでも好きなサイズ(コスト)が選択できます。
 私が使っているサイズは、51x34x4mmですが、これ以下の寸法ならば使えます。

・自作が不得手だが聴いてみたいという方には完成品を頒布します。
 頒布費用は、本体15,000円+リチウムイオン電池2,400円=17,400円(送料込み)です。

・ご希望の方は、このブログのコメント欄に匿名で記載願います(匿名でなくともOKですが)
 メルアドの記載漏れ、ミスコピーにお気をつけください。
 当方からメールで連絡いたします。

・送付は私の都合で、ヤマト宅配便コンパクトになります。
 セットでの送料は下記URLの金額-35円(持ち込み-100円、箱+65円)になります。
 http://www.kuronekoyamato.co.jp/compact/

・製作マニュアルは本品に対してまだ作っておりません
 オリジナルのこちらと、半田付けが参考になるこちらを参照ください。
・今更ですが、簡単なマニュアルを作成しました。
 http://higa284.cyokopa.com/HPA_kane_DC_NewLiion_MAN.pdf


*ご注意:頒布部品が欠品する場合もあります。既にオーダー頂いている方はお待ちいただくことになります。オーダー前の方は頒布が中止になる場合もあります。よろしくお願いいたします。

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2018/9/25 追記

FETのペア計測に関しての一考・・・FET選別はVgsを推奨します

金田式HPAやバッテリー駆動Ampの初段差動増幅のFETは、2SK117BLが指定だったのですが、早くもディスコンでの市場供給が無くなり、ぺるけ式指定の2SK170BLを使っていました。
この2SK170BLはgmが高いので増幅率が素晴らしく良いので使いやすいFETですが、これも同じくディスコンで、小生の手持ちも150個を切りました。

このJ-FETを初段差動増幅に使うに当たり、ぺるけさんはVgsを±6mV以下に指定し、同じFETではないですが金田さんはIdssを0.1mA以内にして使うように指定しています。
以前よりVgsでもIdssでも選別する基準は良かろうと思っておりましたが、このVgsが12mV以内と、Idssが0.1mA以内の違い(厳しさ)はどうなんだろうという関心がありました。

そこで、残り少ない2SK170BLのIdssとVgsを同時に計測し、その相関を求めてみました。

【計測した2SK170BL、約50個】
HPA_kane_DC_New_Bat_30.jpg

【IdssとVgsの相関】
HPA_kane_DC_New_Bat_31.jpg

2SK170BLのIdss規格値は7~12mVですが、50個のサンプルは6~11mV内にあり良好です。

今回注目の、Idssに対するVgsの係数は-0.0279でした。
これはIdssが1mA変化すると、Vgsは0.0279V=27.9mV 変化するという相関です。

この相関から言うと、金田さんが指定のIdss 0.1mA範囲を相関式に見立てると、Vgs 2.79mV範囲 となるので、ぺるけさん指定の12mV範囲からはかなり厳しい指定となります。

いずれのアンプ回路も差動増幅のFET特性が偏った場合のオフセット調整VOLを備えているので問題は発生しないのですが、金田さんの基準は少し厳しすぎるというか、実用的ではないと思います。(計測回路は簡単ですが)

実は、Idssを計測時の熱的ドリフトで数値が大きく変わって推移することも考える0.1mVはあっという間に変わります。安定するまでには熱的安定時間を考慮すると長時間を要します。よってこの0.1mA以内を計測し、選別を実践するには厳しすぎる値です。

一方、Vgs計測は計測回路の安定を考慮したぺるけ式計測器ではかなり安定して計測が可能です。

尚、このグラフに掲載したIdssの値は、Vgs計測からIdss計測に替えた時の瞬時の数値を使ってます。

よって、頒布する2SK170BLの選別はVgsで行っています。実際は12mV以内ではなく、数mV以内です。






7.1ch対応バランス型DCパワーアンプの製作(その3:完成)

6月から、いや着手は4月から製作中の 7.1ch対応 SURROUND システム用のパワーアンプ製作が完了しました。

7chものバランス型アンプを作るにはその物量と製作時間が必要でしたが、やっとのことで完成です。

【前面】
PowerFor3chAmp17.jpg

下から、7chを駆動する電源ユニットです。
2段目はセンター・ウーファ駆動とHIGH用の2chステレオアンプが入った、3chアンプです。
3段目、4段目は SURROUND用とSURROUND BACK用 2chステレオアンプです。

【背面】
PowerFor3chAmp18.jpg

一番下の電源ユニットから、専用電源ケーブルで接続します。
信号入力は各アンプ共に左に並べた XLR3端子からのバランス入力です。

小生は7.1chの、しかもバランス型信号出力ができる機器を所有していません。
然るにアンプの差動テストは、ステレオのアンバランス入力で2chずつしか行えませんでした。

このアンプをお使いになる方は、この機器 YAMAHA・CX-A5100 3次元音場創生AVプリアンプを音源にするとのことです。

CX-A5100_1.jpg

機器背面

CX-A5100_2.jpg

ずらりと11chものバランス出力が準備されています。

参考までに電源や各アンプの内面画像を列挙します。

【電源】
PowerFor3chAmp12.jpg

【1chウーファ+2chアンプ】 配線前
PowerFor3chAmp3.jpg  

【2chアンプ】
AMP_kane_DC_BAL_11.jpg

3~5W程度の出力なので、放熱はアンプケースの下面で行います。実使用時にはやや暖かくなる程度で収まります。

フルバランス入力なので4連ボリュームを使います。



手塩にかけたこれらのアンプ群は明後日にお嫁に行きます。





金田式もどきDCヘッドホンアンプ・リニューアル(その3:製作)

角型のリチウム・イオン電池に換装する、金田式もどきDCヘッドホンアンプ基板ができてきました。
今回もseeedで作り、Fedexで送ってもらったので、8月1週には到着していたのですが、トラ技HPAで遊んでいたので製作するのが遅れておりました。

【基板表】
HPA_kane_DC_New_Bat_17.jpg

基板上部を延長させ、そこに角型Li-ion電池2個を貼り付けるエリアを設けています。
その左側にバッテリ端子接合穴と充電用microUSB端子が付きます。

【基板裏】
HPA_kane_DC_New_Bat_18.jpg

Li-ion電池の裏側に、その過放電保護ICと充電IC回路が付きます。高さが1.5mm程度なので裏でもOKです。

【完成して充電中です】
HPA_kane_DC_New_Bat_21.jpg

今回最も確認したかったのが、充電LEDを高輝度品から通常品に替えたことによって、充電ON-OFFの点灯状態が明瞭に変わるかどうかです。上の写真が充電中です。電池電圧3.8Vの50%程度放電した状態から充電しています。赤いチップLEDが明るく点灯しています。

【片方の充電が終わりました】
HPA_kane_DC_New_Bat_22.jpg

1時間半程度経過して片側(上側)の充電が終わった状態です。うっすらと点灯していますが、明度はしっかり下がっています。高輝度LEDを使うとこれほど明度に差が付きませんでした。これでOKでしょう。

【歪率計測結果】
HPA_kane_DC_New_Bat_15.jpg

金田式はアンバランス型出力なので、WaveSpectraで計測できます。
最低歪率 0.029% THD+N at 0.25Vrms(1.7mW)、最大出力 1.6Vrms(=2.2Vp-p、71mW at 36Ω) です。

私の歪率計測機器の限界は0.03% THD のようなので、上のグラフの0.04% 以下に下がらないのは、この金田式もどきアンプの特徴のような気がします。0.3Vrms 近辺からじわじわと上がって行く傾向は、この金田式もどきだけではなく、本家の金田式でも同じような特性だったのを思い出しました。

【周波数特性】
HPA_kane_DC_New_Bat_16.jpg

低域は5Hzで2.5dB程度下がる傾向にあります。高域は問題ありません。100KHzまでフラットです。

【出音】
金田式もどきDCヘッドホンアンプをあんなに沢山作って頒布したのに手元に一台も残ってなく、久しぶりに音を聴きました。Li-ion電池の充電試験をしたかったので、昨夜10時間程度放電動作させておきました。よって、初期エージングは終了しています。

なるほど、なるほど、この音色です。バランス型ヘッドホンアンプに迫るものがあります。そして、「妖艶」なのです。

低域の膨らみのある響き、高域の澄んだ中にもふくよかさが残っているような、そんな感じがする音です。



【久しぶりの失敗談】

左側のアイドル電流が出ません。 ・・・いや、対称型の出力段で片方が流れると片方が流れなくなります。不安定です。加熱します。
・・・小さなDualトランジスタを全部交換しても治りません。・・・丸一日経過しました。

・・・あろうことか、パターンミスでした。

HPA_kane_DC_New_Bat_19.jpg

実体顕微鏡で覗いたパターンです。黒丸印点で 横に走る太い出力ラインに、上から来たGND結線がショートしてます。乗り越えなければならない部分のホール位置を間違えてショートさせてしまったようです。

HPA_kane_DC_New_Bat_20.jpg

パターンカットしジャンパー線を飛ばしました。0.6mmのリード線が異様に太く見えます(笑)


基板は10枚作りました。おまけが1枚付いてました。

在庫部品を当たってみたら、充電ICが6台分あります。ケースも6個あります。他は沢山あります。
リチウムイオン電池は国内通販で購入可能です。

欲しい方がおられましたらコメント欄に書込みください。こちらと同等費用で頒布を検討します。





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電気オンチが始めた自作オーディオです
2010/3/17 電子工作をプラスしました。

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