7.1ch対応バランス型DCパワーアンプの製作
私のアンプを大分以前から使って頂いている方から、7.1ch対応のバランス型DCパワーアンプを作って欲しいとの依頼がある。
ニーズを良くお聞きすると、YAMAHA・CX-A5100という11.2ch・3次元音場創生のAVプリアンプを使い、これに接続する「バランス型入出力パワーアンプが欲しい」とのことである。
参考までにCX-A5100の筐体写真をYAMAHAカタログから引用させていただいた（AAS1704.pdfより転載）。
【フロント】
【リア】
下側に11個のXLR3Pのバランス出力コネクタが見える。ここから3Dサラウンド信号が出力される。
この信号を受け最大11chのバランス型入力パワーアンプが必要になるが、YAMAHAにもこれに対応したMX-A5000という11chパワーアンプが用意されているのだが、先方のこれまでの経験から「バランス出力DCパワーアンプ」を使いたいとのことです。
これまでにも私が作ったバランス型DCパワーアンプをお使い頂いているので、今回作るのは7ch分で良いとのこと。
音質や音感面を考えて、「金田式対称型アンプ改バランス型パワーアンプ」を作ることにしました。
ベースとなる最近の作例、バッテリードライブ式バランス型DCパワーアンプ（AC電源化）です。
さて、7chものアンプとなると相当な物量となるので一つの筐体に収めるのには無理がある。
幸いチャンネル出力が2～3W、センターアンプでも5W程度で良いということなので、サイズの揃った4つのケースに分割させて作らせて頂くことにしました。
電源、3chアンプ、2chアンプ、2chアンプの4ケースです。今回の記事は、電源と3chアンプです。
【外観】
【前面パネル】
下が電源ケース、上が3chアンプで、左のボリュームがCENTER 1ch用2連ボリューム、右が SURROUND HIGH (通常はSURROUNDと言う)のL,R用のバランス型4連ボリュームです。
ケースに使っているのは、タカチ・YM-300アルミケース(300x200x50mm)。お手頃価格で加工も楽です。
【背面パネル】
下が電源ケースですが、2ch用アンプ2台に使う電源コネクタは未取付です。この電源コネクタを選ぶのに苦労しました。トロイダルトランスを2個入れねばならず、コネクタ取り付け可能なエリアは写真の範囲しかありません。よって電源コネクタも小型が必要になるので、＋、GND、＝の3端子を小型6ピンコネクタに2ピンづつ使い、接続電源容量を確保しました。
上が3chアンプで、左が3ch分のバランス型XLR3入力信号コネクタ、隣が電源コネクタ、そしてスピーカー端子(バランス型）です。
それにしてもこのスピーカー端子、使い勝手が良いのですが価格も相当の物です。セット2個でケースが買えます。
後述しますが、DCアンプに保護回路が無いので±両方の電源供給ラインにヒューズを入れてます。
【電源内部】
電源回路は3ch用と2ch+2ch用の2系統になっています。
トロイダル・トランスはHDB-40(L)で±9V・2A仕様で、3chアンプでは定格1.8A、2ch+2chアンプでは定格2Aです。あまり余裕はありませんが、実運用を考えればOKでしょう。
ブリッジ整流器で整流後、4700uF×正負3個ずつの汎用電解コンデンサで平滑後、実DC電圧±13.5Vになりました。
これを安定化電源回路に入れて供給します。
【安定化電源回路】
これは私が愛読しているメルマガの参考回路からいただきました。
供給電圧13.5Vで2A流すシミュレーションしても、必要な最大電流2Aを確保できます。この時の電圧は約10Vです。
2SB1383/2SD2083はダーリントン・トランジスタでレギュレータに用いられるものです。
【安定化電源基板】
【アンプ部】
3chのバランス型アンプ基板を詰め込んでいるので、このような配置になってしまいます。よってボリュームが真ん中付近になってしまいました。デザイン的には右側が良かったのですがね・・・
基板中央がCENTER用、両端がSURROUNDのL、R用です。
各基板の上に瞬発的な電流に備え電解コンデンサを載せたかったのですが別置きになっています。
放熱は小さなヒートシンクとケース放熱です。最大2W、5W程度のアンプで音楽再生時の実用時はケースがほんのり暖かくなる程度でした。
前作では基板上面の配線はジャンパー線で行いましたが、今回は両面基板を使いました。プロが作る両面基板は部品の足が通るスルーホールを使い裏表の配線を繋ぎますが、私の場合はスルーの穴あけを行い、そこに部品足の残材を使って表から裏への接続を行います。
また、基板の右側表面に見える抵抗ですが、これは金田式オリジナル回路で指定している温度補償サーミスタ200D5Aの代わりに200D5を使っているのでそれの補償抵抗です。このアンプのように小パワーしか出さず、トランジスタ温度があまり上がらないものならば大きな影響がないかもしれないが、気になるので付けてみました。詳しくはこちらの記事(屋根裏の電気実験室）を参照願います。
今回のアイドル電流はノミナルで65mAです。各トランジスタ毎には30%程度の差が出るようだが、音楽再生中はほぼ安定していました。
下の写真はそのテスト風景です。
左のテスターで14mV（右は11.1mV)と示しているのが0.22Ω抵抗での電圧差で電流値に換算すると約64mA(50mA)になります。この状態で30分ほど大きな音量で音楽を流しましたが、平均値的には大きく変化が出ませんでした。
但し、金田式の定電流調整は、調整ボリューム回転角に対してかなりピーキーですので、ゆっくりと確認しながらの調整が肝要です。
実はこのアンプにはDCバランスが崩れた時の保護回路が入っていません。
【アンプ回路図】
金田さんのバッテリードライブDCパワーアンプをベースに、2段目とドライバ段、終段増幅を1セット増やし、バランス型回路に変更したのが大きな違いですが、その他変更したところは以下です。（前作でも同じですが）
１．初段差動増幅のFETを2SK117から2SK170に変更（部品入手性）
２．同上の定電流回路を、オリジナルのFET＋抵抗一本からカレントミラー方式＋調整ボリューム式に変更（安定度向上）
３．2段目差動条幅からドライバ段増幅につなげる部分の負荷抵抗を削除（歪率の低減）
例によってバランスアンプの歪率は、私のアンバランス計測機器では計測できないのだが、LTSpiceのシミュレーション結果では、0.9Vp-p入力で各チャンネル4.3W（8Ω負荷）の出力が出ます。
ちなみに以下のグラフは現回路と同等のバッテリードライブDCパワーアンプを作った際に、バランス-アンバランス変換アンプを間に挟んで計測できた歪率である。参考までに掲載します。この時は5W出力を確認しました。
【音感】
低音が締まって良く出てます。中域から高域にかけての抜けも素晴らしく、きらめきを感ずる音感です。
尤も、この音が出ているスピーカーの良さにも助けられていると思います。
私が使っているSPシステムの左側です。
左がZ600、右がZ701modena_BHBSminiです。これを単独またはパラで切り替えて使用してます。
いずれもとても気に入っている、音工房Zさんの組み立てキットです。
キットを組み立てたばかりでMDF板材そのままですので、きれいに仕上げて使っている方の写真も載せます。
この写真は、こちらの音工房ｚさんのHPから転載してます。
【防備録・失敗談】
これだけの物を作ると失敗も発生します。忘れないように「べからず調」で記載します。
・使用するトランジスタ類は必ず単体でチェックしたものを使うこと。ｈFE計やIdss計で測ればOK。
理由：12個使っているドライバ段の2SC1815の1個が不良でした。多分内部断線です。
原因調査でTrを5個も交換しました。
・組み立てた基板は単体で電気的特性調整を行うこと。±電源が無ければ抵抗2本の簡易分圧でも可能
理由：半田付け漏れが2か所、接続不良が3か所もあった。自己過信は禁物
・ボリューム部分のGNDが接触不良を起こすと、負帰還が途絶え終段回路にDCバランス異常が発生する。
初めての経験だったので原因発見に何と2日を費やしました。
さて、次は2chアンプの2台の製作です。
ニーズを良くお聞きすると、YAMAHA・CX-A5100という11.2ch・3次元音場創生のAVプリアンプを使い、これに接続する「バランス型入出力パワーアンプが欲しい」とのことである。
参考までにCX-A5100の筐体写真をYAMAHAカタログから引用させていただいた（AAS1704.pdfより転載）。
【フロント】
【リア】
下側に11個のXLR3Pのバランス出力コネクタが見える。ここから3Dサラウンド信号が出力される。
この信号を受け最大11chのバランス型入力パワーアンプが必要になるが、YAMAHAにもこれに対応したMX-A5000という11chパワーアンプが用意されているのだが、先方のこれまでの経験から「バランス出力DCパワーアンプ」を使いたいとのことです。
これまでにも私が作ったバランス型DCパワーアンプをお使い頂いているので、今回作るのは7ch分で良いとのこと。
音質や音感面を考えて、「金田式対称型アンプ改バランス型パワーアンプ」を作ることにしました。
ベースとなる最近の作例、バッテリードライブ式バランス型DCパワーアンプ（AC電源化）です。
さて、7chものアンプとなると相当な物量となるので一つの筐体に収めるのには無理がある。
幸いチャンネル出力が2～3W、センターアンプでも5W程度で良いということなので、サイズの揃った4つのケースに分割させて作らせて頂くことにしました。
電源、3chアンプ、2chアンプ、2chアンプの4ケースです。今回の記事は、電源と3chアンプです。
【外観】
【前面パネル】
下が電源ケース、上が3chアンプで、左のボリュームがCENTER 1ch用2連ボリューム、右が SURROUND HIGH (通常はSURROUNDと言う)のL,R用のバランス型4連ボリュームです。
ケースに使っているのは、タカチ・YM-300アルミケース(300x200x50mm)。お手頃価格で加工も楽です。
【背面パネル】
下が電源ケースですが、2ch用アンプ2台に使う電源コネクタは未取付です。この電源コネクタを選ぶのに苦労しました。トロイダルトランスを2個入れねばならず、コネクタ取り付け可能なエリアは写真の範囲しかありません。よって電源コネクタも小型が必要になるので、＋、GND、＝の3端子を小型6ピンコネクタに2ピンづつ使い、接続電源容量を確保しました。
上が3chアンプで、左が3ch分のバランス型XLR3入力信号コネクタ、隣が電源コネクタ、そしてスピーカー端子(バランス型）です。
それにしてもこのスピーカー端子、使い勝手が良いのですが価格も相当の物です。セット2個でケースが買えます。
後述しますが、DCアンプに保護回路が無いので±両方の電源供給ラインにヒューズを入れてます。
【電源内部】
電源回路は3ch用と2ch+2ch用の2系統になっています。
トロイダル・トランスはHDB-40(L)で±9V・2A仕様で、3chアンプでは定格1.8A、2ch+2chアンプでは定格2Aです。あまり余裕はありませんが、実運用を考えればOKでしょう。
ブリッジ整流器で整流後、4700uF×正負3個ずつの汎用電解コンデンサで平滑後、実DC電圧±13.5Vになりました。
これを安定化電源回路に入れて供給します。
【安定化電源回路】
これは私が愛読しているメルマガの参考回路からいただきました。
供給電圧13.5Vで2A流すシミュレーションしても、必要な最大電流2Aを確保できます。この時の電圧は約10Vです。
2SB1383/2SD2083はダーリントン・トランジスタでレギュレータに用いられるものです。
【安定化電源基板】
【アンプ部】
3chのバランス型アンプ基板を詰め込んでいるので、このような配置になってしまいます。よってボリュームが真ん中付近になってしまいました。デザイン的には右側が良かったのですがね・・・
基板中央がCENTER用、両端がSURROUNDのL、R用です。
各基板の上に瞬発的な電流に備え電解コンデンサを載せたかったのですが別置きになっています。
放熱は小さなヒートシンクとケース放熱です。最大2W、5W程度のアンプで音楽再生時の実用時はケースがほんのり暖かくなる程度でした。
前作では基板上面の配線はジャンパー線で行いましたが、今回は両面基板を使いました。プロが作る両面基板は部品の足が通るスルーホールを使い裏表の配線を繋ぎますが、私の場合はスルーの穴あけを行い、そこに部品足の残材を使って表から裏への接続を行います。
また、基板の右側表面に見える抵抗ですが、これは金田式オリジナル回路で指定している温度補償サーミスタ200D5Aの代わりに200D5を使っているのでそれの補償抵抗です。このアンプのように小パワーしか出さず、トランジスタ温度があまり上がらないものならば大きな影響がないかもしれないが、気になるので付けてみました。詳しくはこちらの記事(屋根裏の電気実験室）を参照願います。
今回のアイドル電流はノミナルで65mAです。各トランジスタ毎には30%程度の差が出るようだが、音楽再生中はほぼ安定していました。
下の写真はそのテスト風景です。
左のテスターで14mV（右は11.1mV)と示しているのが0.22Ω抵抗での電圧差で電流値に換算すると約64mA(50mA)になります。この状態で30分ほど大きな音量で音楽を流しましたが、平均値的には大きく変化が出ませんでした。
但し、金田式の定電流調整は、調整ボリューム回転角に対してかなりピーキーですので、ゆっくりと確認しながらの調整が肝要です。
実はこのアンプにはDCバランスが崩れた時の保護回路が入っていません。
【アンプ回路図】
金田さんのバッテリードライブDCパワーアンプをベースに、2段目とドライバ段、終段増幅を1セット増やし、バランス型回路に変更したのが大きな違いですが、その他変更したところは以下です。（前作でも同じですが）
１．初段差動増幅のFETを2SK117から2SK170に変更（部品入手性）
２．同上の定電流回路を、オリジナルのFET＋抵抗一本からカレントミラー方式＋調整ボリューム式に変更（安定度向上）
３．2段目差動条幅からドライバ段増幅につなげる部分の負荷抵抗を削除（歪率の低減）
例によってバランスアンプの歪率は、私のアンバランス計測機器では計測できないのだが、LTSpiceのシミュレーション結果では、0.9Vp-p入力で各チャンネル4.3W（8Ω負荷）の出力が出ます。
ちなみに以下のグラフは現回路と同等のバッテリードライブDCパワーアンプを作った際に、バランス-アンバランス変換アンプを間に挟んで計測できた歪率である。参考までに掲載します。この時は5W出力を確認しました。
【音感】
低音が締まって良く出てます。中域から高域にかけての抜けも素晴らしく、きらめきを感ずる音感です。
尤も、この音が出ているスピーカーの良さにも助けられていると思います。
私が使っているSPシステムの左側です。
左がZ600、右がZ701modena_BHBSminiです。これを単独またはパラで切り替えて使用してます。
いずれもとても気に入っている、音工房Zさんの組み立てキットです。
キットを組み立てたばかりでMDF板材そのままですので、きれいに仕上げて使っている方の写真も載せます。
この写真は、こちらの音工房ｚさんのHPから転載してます。
【防備録・失敗談】
これだけの物を作ると失敗も発生します。忘れないように「べからず調」で記載します。
・使用するトランジスタ類は必ず単体でチェックしたものを使うこと。ｈFE計やIdss計で測ればOK。
理由：12個使っているドライバ段の2SC1815の1個が不良でした。多分内部断線です。
原因調査でTrを5個も交換しました。
・組み立てた基板は単体で電気的特性調整を行うこと。±電源が無ければ抵抗2本の簡易分圧でも可能
理由：半田付け漏れが2か所、接続不良が3か所もあった。自己過信は禁物
・ボリューム部分のGNDが接触不良を起こすと、負帰還が途絶え終段回路にDCバランス異常が発生する。
初めての経験だったので原因発見に何と2日を費やしました。
さて、次は2chアンプの2台の製作です。
ミニDCアンプ・その2 が5年ぶりに帰ってきました
5年前に作ったミニDCアンプ（その2）が友人宅から帰って来ました。
（製作記事は上記参照）
その友人は音楽好きで、趣味の手料理を作りながら台所でBGMを流すのに使ってくれていたのです。
片チャンネルの音が出なくなった、ということでドック入りです。
【開腹チェック】
少し凝ってレタリングしましたね。5年経過しても綺麗です。大事に使って頂いてたようです。
アンプ・メイン基板の上に、オペアンプDC補正回路回路付きのトランジスタ式レールスプリッタ電源が載ってます。12VのDCアダプタからの単一電源を±6Vに疑似的に分割します。
チェックしてみるが電源は正常に動作してます。
おお、そうです。このアンプには幻の名器と言われる2SC959トランジスタをドライバ段に使ったのでしたね。
駆動される終段Tr・2N3055。うっすらと埃が付いている程度です。
．．．アイドル電流などもチェックしましたが、通電していると徐々に上がり気味になる金田式アンプの特性がありますが(温度補正に使っているサーミスタの特性が金田さん指定の物と異なることも一因らしい)、大きな問題ありません。
・・・
・・・
異常が見つからないので再組して音出ししてみました。・・・いや、いや、良い音が出て問題ありません。
・・・原因不明ですが、まあ良いでしょう。
しばらく音楽を流してみましたが、中域の温かみに特徴がある音感です。
【このアンプの歪率・2012年製作時データ】
そう言えば、作った時は良く判らなかった上図のように少量音領域でも歪率が下がらない理由は、ドライバ段を駆動する負荷抵抗に原因があったのでした。負荷抵抗を外して改造しようかとも思いましたが、これはこれで良い音なので止めました。金田式回路原型に近いと思います。
（製作記事は上記参照）
その友人は音楽好きで、趣味の手料理を作りながら台所でBGMを流すのに使ってくれていたのです。
片チャンネルの音が出なくなった、ということでドック入りです。
【開腹チェック】
少し凝ってレタリングしましたね。5年経過しても綺麗です。大事に使って頂いてたようです。
アンプ・メイン基板の上に、オペアンプDC補正回路回路付きのトランジスタ式レールスプリッタ電源が載ってます。12VのDCアダプタからの単一電源を±6Vに疑似的に分割します。
チェックしてみるが電源は正常に動作してます。
おお、そうです。このアンプには幻の名器と言われる2SC959トランジスタをドライバ段に使ったのでしたね。
駆動される終段Tr・2N3055。うっすらと埃が付いている程度です。
．．．アイドル電流などもチェックしましたが、通電していると徐々に上がり気味になる金田式アンプの特性がありますが(温度補正に使っているサーミスタの特性が金田さん指定の物と異なることも一因らしい)、大きな問題ありません。
・・・
・・・
異常が見つからないので再組して音出ししてみました。・・・いや、いや、良い音が出て問題ありません。
・・・原因不明ですが、まあ良いでしょう。
しばらく音楽を流してみましたが、中域の温かみに特徴がある音感です。
【このアンプの歪率・2012年製作時データ】
そう言えば、作った時は良く判らなかった上図のように少量音領域でも歪率が下がらない理由は、ドライバ段を駆動する負荷抵抗に原因があったのでした。負荷抵抗を外して改造しようかとも思いましたが、これはこれで良い音なので止めました。金田式回路原型に近いと思います。
TAA4100A T級デジタルICアンプ
TAA4100AというT級（D級デジタルとAB級特性を兼ね合わせたものという意味らしい）ICアンプが秋月電子で売っていた。
4chものBTL出力、しかも100Wもの高出力とあるが、NET情報によればかなり良い音がするらしい。
データシートを見てみると、14.4V電源で4Ωスピーカーで10W出した場合、歪率は0.01%とある。ここらへんで使うのが良いのではないかな？
さて、TA2020で作った時のように、ユニバーサル基板で作っても良いのだが、何とICのピンが32もある。これは大変だ。しかも出力端子にダイオードやコイル、コンデンサを何種も付けなければならないので、この配線も面倒になりそうです。
しばらくNET情報をしらべていたら、何と「お気楽オーディオキット資料館」の藤原さんが基板関連を頒布しているではないですか。しかも詳しい製作記や製作マニュアルも完備してます。何といっても、基板の他に入手し難いインダクタ・コイルやアンプICそのものもオプションで購入できるので願ったり叶ったりです。m(_ _)m
藤原さんは一度 基板頒布を中止されておられたのですが、いつ再開されたのか？ DACを中心に多彩な活動をされているページです。
参考までに、このTAA4100Aを使ったキット基板を他でも売っていますが、何と1万円やそれ以上の価格です。藤原さんの基板ならばオプションを入れても3400円程度で入手できました。
というわけで、早速基板や関連パーツを頒布頂いて作ってみました。
【前から】
4chアンプなのですがとりあえず2chしか使っていません。もったいないですね。（SP端子が1個後家さんです）
【後ろから】
【IC周囲詳細】
タカチ・YM-150ケースに収納するため、ヒートシンクはケースで代用してます。放熱用シリコンを塗ってます。
ICの放熱金属部分はGND回路に繋がっています。
6畳の部屋で8cmスピーカーを使い小音量で使う環境ならば、ほんのりと温かくなる程度です。電源は15V1.6AのACアダプターを使ってます。流れる電流は平均で0.22A程度です。藤原さんの解説記事にも詳しく載ってましたが、私も外部電源を付けて電流を測りました。
藤原さんの基板では、SLEEPとMUTE制御を行うためPICマイコンを使っています。1秒後にSLEEPをONさせ、2秒後にMUTEをONさせ、更には3秒後には外部リレー出力をONさせるといった念が行ったつくりです。このマイコンは基板に添付されていますので楽ちんです。
（SLEEPは電源OFFじのコンデンサ放電のため、ONのままに変更しているかもしれません）
さて、肝心の音はどうでしょうか？
藤原さんも書かれていますが、意外に抜けの良い音という評があります。
私がTA2020やTDA1552Q ICアンプを比べてみると、このアンプの高域に張りがあるような気がします。低音もかなり出ます。
もう一度聴き比べてみると、音のバランス的にはTDA1552Qが最も良さそうですが、高域の張った感じが好きな人はこのアンプを選ぶのかもしれませんね。エージング効果がでるのかどうかわかりませんが、しばらく使ってみることにします。
4ch回路の使い道ですが、8年前に2.1chアンプシステムを作りました。家族に低音が出過ぎて不評だったので、アンプは捨ててしまいましたが、そういえばあのスパイラル・ダクト・ウーファーはテレビの裏で死蔵されていましたね。あれをもう一度再開しても良いかもです。
4chものBTL出力、しかも100Wもの高出力とあるが、NET情報によればかなり良い音がするらしい。
データシートを見てみると、14.4V電源で4Ωスピーカーで10W出した場合、歪率は0.01%とある。ここらへんで使うのが良いのではないかな？
さて、TA2020で作った時のように、ユニバーサル基板で作っても良いのだが、何とICのピンが32もある。これは大変だ。しかも出力端子にダイオードやコイル、コンデンサを何種も付けなければならないので、この配線も面倒になりそうです。
しばらくNET情報をしらべていたら、何と「お気楽オーディオキット資料館」の藤原さんが基板関連を頒布しているではないですか。しかも詳しい製作記や製作マニュアルも完備してます。何といっても、基板の他に入手し難いインダクタ・コイルやアンプICそのものもオプションで購入できるので願ったり叶ったりです。m(_ _)m
藤原さんは一度 基板頒布を中止されておられたのですが、いつ再開されたのか？ DACを中心に多彩な活動をされているページです。
参考までに、このTAA4100Aを使ったキット基板を他でも売っていますが、何と1万円やそれ以上の価格です。藤原さんの基板ならばオプションを入れても3400円程度で入手できました。
というわけで、早速基板や関連パーツを頒布頂いて作ってみました。
【前から】
4chアンプなのですがとりあえず2chしか使っていません。もったいないですね。（SP端子が1個後家さんです）
【後ろから】
【IC周囲詳細】
タカチ・YM-150ケースに収納するため、ヒートシンクはケースで代用してます。放熱用シリコンを塗ってます。
ICの放熱金属部分はGND回路に繋がっています。
6畳の部屋で8cmスピーカーを使い小音量で使う環境ならば、ほんのりと温かくなる程度です。電源は15V1.6AのACアダプターを使ってます。流れる電流は平均で0.22A程度です。藤原さんの解説記事にも詳しく載ってましたが、私も外部電源を付けて電流を測りました。
藤原さんの基板では、SLEEPとMUTE制御を行うためPICマイコンを使っています。1秒後にSLEEPをONさせ、2秒後にMUTEをONさせ、更には3秒後には外部リレー出力をONさせるといった念が行ったつくりです。このマイコンは基板に添付されていますので楽ちんです。
（SLEEPは電源OFFじのコンデンサ放電のため、ONのままに変更しているかもしれません）
さて、肝心の音はどうでしょうか？
藤原さんも書かれていますが、意外に抜けの良い音という評があります。
私がTA2020やTDA1552Q ICアンプを比べてみると、このアンプの高域に張りがあるような気がします。低音もかなり出ます。
もう一度聴き比べてみると、音のバランス的にはTDA1552Qが最も良さそうですが、高域の張った感じが好きな人はこのアンプを選ぶのかもしれませんね。エージング効果がでるのかどうかわかりませんが、しばらく使ってみることにします。
4ch回路の使い道ですが、8年前に2.1chアンプシステムを作りました。家族に低音が出過ぎて不評だったので、アンプは捨ててしまいましたが、そういえばあのスパイラル・ダクト・ウーファーはテレビの裏で死蔵されていましたね。あれをもう一度再開しても良いかもです。
TA2020 & TDA1552Qステレオ・アンプ(原点回帰）
まもなく30万ヒットを迎えようとしている我がブログであるが、更新周期が伸びていることは、正直言って「ネタ切れ」の感が強い。
昨今はHPA製作ばかりに気を取られ、自分が何でこのブログを始めたのだったかな、を反芻してみました。
そこで気付いたことは、自分の部屋でゆっくりと聴ける良い音アンプから初めていたことでした。
さらに気付くと、私の部屋には中華製アンプやら、良く判らないメーカーの既成アンプやらが蔓延ってます。
以前、素晴らしい音に感動したアンプは何だったろうか・・・ 原点回帰です。
【TA2020】
現在のようにディスクリートでアンプ回路が組めるようになった以前、そもそものオーディオ作りの最初は、「カーオーディオIC」を使ってアンプを作り始めたのでした。そして初めて作ったのが、TA2020を使ったこのアンプです。
TA2020 ICです。この写真はICの足が切れてます。私の失敗一号作でショートしてしまい、あの世行きでした。
この時に作ったアンプを今も大事に持ってます。TA2020-20と印字されたICもまだ1個持ってました。TRIPATHというロゴ印字が見えると思います。製作記はこちらです。
今も珠に聴いていますが、とても澄んだ音色がする秀逸なアンプです。
【TDA1552Q】
TA2020が素晴らしい音色のアンプだったのですが、実はそれを上回るアンプICが登場しました（と言うより、見つけました）
TDA1552Qの音は、何と言ってもその煌びやかな音色に他ならないでしょう。それでいながらしっかりとした音色も奏でます。
その当時は12VDCのACアダプタで聴いていたのですが、様々な評価を見ていると、15Vが秀逸な音が出るらしい。
そこで今回15VDCのACアダプタで駆動してみました。
以前、統合アンプに組み込んでいたTDA1552Qアンプ基板（茶色のユニバーサル基板）を持ってきて、コモンモード・トランスに組み合わせました。昨今のACアダプタのノイズ削減対策です。（リレーは使ってません。RCを組み合わせてMUTE ONしてます）
いやいや、やはり素晴らしい音色で鳴ってくれます。見直しましたね。
…気が付いていなかったのですが、2009年5月にこのアンプの完成を記したブログには、何と！31 回もの拍手を頂いておりました。
TDA1552Qは相当以前にディスコンなのですが、唯一、共立エレショップには在庫しているようです。
さて、これらの素晴らしかったアンプを踏まえ、今度は何を作ろうかな・・・ 考え中です。
昨今はHPA製作ばかりに気を取られ、自分が何でこのブログを始めたのだったかな、を反芻してみました。
そこで気付いたことは、自分の部屋でゆっくりと聴ける良い音アンプから初めていたことでした。
さらに気付くと、私の部屋には中華製アンプやら、良く判らないメーカーの既成アンプやらが蔓延ってます。
以前、素晴らしい音に感動したアンプは何だったろうか・・・ 原点回帰です。
【TA2020】
現在のようにディスクリートでアンプ回路が組めるようになった以前、そもそものオーディオ作りの最初は、「カーオーディオIC」を使ってアンプを作り始めたのでした。そして初めて作ったのが、TA2020を使ったこのアンプです。
TA2020 ICです。この写真はICの足が切れてます。私の失敗一号作でショートしてしまい、あの世行きでした。
この時に作ったアンプを今も大事に持ってます。TA2020-20と印字されたICもまだ1個持ってました。TRIPATHというロゴ印字が見えると思います。製作記はこちらです。
今も珠に聴いていますが、とても澄んだ音色がする秀逸なアンプです。
【TDA1552Q】
TA2020が素晴らしい音色のアンプだったのですが、実はそれを上回るアンプICが登場しました（と言うより、見つけました）
TDA1552Qの音は、何と言ってもその煌びやかな音色に他ならないでしょう。それでいながらしっかりとした音色も奏でます。
その当時は12VDCのACアダプタで聴いていたのですが、様々な評価を見ていると、15Vが秀逸な音が出るらしい。
そこで今回15VDCのACアダプタで駆動してみました。
以前、統合アンプに組み込んでいたTDA1552Qアンプ基板（茶色のユニバーサル基板）を持ってきて、コモンモード・トランスに組み合わせました。昨今のACアダプタのノイズ削減対策です。（リレーは使ってません。RCを組み合わせてMUTE ONしてます）
いやいや、やはり素晴らしい音色で鳴ってくれます。見直しましたね。
…気が付いていなかったのですが、2009年5月にこのアンプの完成を記したブログには、何と！31 回もの拍手を頂いておりました。
TDA1552Qは相当以前にディスコンなのですが、唯一、共立エレショップには在庫しているようです。
さて、これらの素晴らしかったアンプを踏まえ、今度は何を作ろうかな・・・ 考え中です。
金田式もどき（改）バランス型ヘッドホンアンプ
・・・久々の記事です。
バランス型Lineアンプに使いたいということで、ヘッドホンアンプを昨年末に作りました。
金田式のヘッドホンアンプやパワーアンプの回路構成は、「対称型」と言うらしいが、この【対称】であるかどうかという諸説が色々あって私には良く判りません。
この回路はNPN-PNP素子組み合わせではなく、NPN-NPNやPNP-PNPの同じトランジスタを組み合わせることができるので、増幅度hFEの選別合わせが容易なので愛用しています。
この金田式の2番目以降の増幅回路をパラに組み合わせて、バランス型アンプを多々作っていますが、一番の難点は私の歪率計測器ではバランス型アンプの計測ができません。よって歪率を計測するのに、オペアンプで組んだバランスtoアンバランス変換回路を使っていたのですが、計測するアンプの出力電圧が上がってくると、この回路も使えない状況です。
バランス型のアンプは私の歪率計測道具では計測ができないという結論になったので、回路シミュレーションが頼りです。
今回のヘッドホンアンプも15VDC電圧（5Vのモバイルバッテリーを3個使う）をレールスプリッタ分圧で±7.5Vで使っているが、低出力域では何とか計測できるが、パワーを上げると計測アンプの波形が変形し歪率が急増してしまいます。バランス型アンプの出力は電圧が2倍出るのでそれがネックです。
【LTSpiceでシミュレーション】
この図では小さくて識別できませんが(拡大して見てください)、電圧や電流を確認するときに使う SPICE directive が左下で、中央下が歪率とパワーを計算するものです。
この回路ではオリジナルの金田式に比較して大きく変更したところが、バランス型改造以外に2か所あります。
１．初段J-FETの差動増幅の定電流が、FET+抵抗1本から、カレントミラーと半固定抵抗になり安定した調整と温度特性になりました。
２．上図の赤楕円部分にあった負荷抵抗1.2kを外し、2段目差動増幅からドライバー段増幅への接続が、「インバーテッド・ダーリントン接続の変形」になってます。これに変更することで大幅な歪率低下と安定した動作になりました。
金田式ヘッドフォン回路では以前から歪率が安定しないケースが散発していました。こちらの記事です。
http://higa284.blog20.fc2.com/blog-entry-272.html
その歪率グラフはこちらです。
金田式オリジナルのTrである、2SC959を使った時に、途中から歪率が持ち上がる現象が出ました。
今また、金田さんのヘッドホンアンプ製作記事を見直してみると、歪率が0.3%程度もあります。この負荷抵抗が問題だったように思われます。
このことは、同じ回路構成をしているパワーアンプでも同様のようです。
【計算結果】
1V入力の時、2.74Vrms=208mW(日本製ヘッドフォンの代表的インピーダンス36Ωで)出力、0.0146%の歪率です。
【基板】
両側に左右2chが並んでいます。中央はオペアンプで電圧中点をしっかり合わせる機能を有するレールスプリッタ電源です。動作テストに使った負荷抵抗が向こう側に見えています。この抵抗値をわざとアンバランスにして電圧中点がずれないかをチェックします。
【アンプケースに配置】
今回使ったケースはタカチ・HIT23－5－18SS、両側に放熱フィンが付いています(今回は使いません)。パワーアンプの終段トランジスタを付けるにはGoodです。
バランス入力型なので4連ボリュームです。ぺるけさんから頒布いただきました。いつもありがとうございます。
入力はXLR3P端子2個から左右別々です。出力端子はXLR5Pが2個並列についていますので、2台のヘッドフォンが付けられます。
白くやや太めの配線は、立井マイクケーブルの芯線です。オーディオ信号ケーブルとして特性が良いと言われています。
【外観】
アンプ上面に文字シールを作って印刷する前のサンプル紙が載っています。本番は透明シールになります。
左に見える箱は、5Vモバイルバッテリー3個を接続し、15VDCにするためのものです。
バランス型Lineアンプに使いたいということで、ヘッドホンアンプを昨年末に作りました。
金田式のヘッドホンアンプやパワーアンプの回路構成は、「対称型」と言うらしいが、この【対称】であるかどうかという諸説が色々あって私には良く判りません。
この回路はNPN-PNP素子組み合わせではなく、NPN-NPNやPNP-PNPの同じトランジスタを組み合わせることができるので、増幅度hFEの選別合わせが容易なので愛用しています。
この金田式の2番目以降の増幅回路をパラに組み合わせて、バランス型アンプを多々作っていますが、一番の難点は私の歪率計測器ではバランス型アンプの計測ができません。よって歪率を計測するのに、オペアンプで組んだバランスtoアンバランス変換回路を使っていたのですが、計測するアンプの出力電圧が上がってくると、この回路も使えない状況です。
バランス型のアンプは私の歪率計測道具では計測ができないという結論になったので、回路シミュレーションが頼りです。
今回のヘッドホンアンプも15VDC電圧（5Vのモバイルバッテリーを3個使う）をレールスプリッタ分圧で±7.5Vで使っているが、低出力域では何とか計測できるが、パワーを上げると計測アンプの波形が変形し歪率が急増してしまいます。バランス型アンプの出力は電圧が2倍出るのでそれがネックです。
【LTSpiceでシミュレーション】
この図では小さくて識別できませんが(拡大して見てください)、電圧や電流を確認するときに使う SPICE directive が左下で、中央下が歪率とパワーを計算するものです。
この回路ではオリジナルの金田式に比較して大きく変更したところが、バランス型改造以外に2か所あります。
１．初段J-FETの差動増幅の定電流が、FET+抵抗1本から、カレントミラーと半固定抵抗になり安定した調整と温度特性になりました。
２．上図の赤楕円部分にあった負荷抵抗1.2kを外し、2段目差動増幅からドライバー段増幅への接続が、「インバーテッド・ダーリントン接続の変形」になってます。これに変更することで大幅な歪率低下と安定した動作になりました。
金田式ヘッドフォン回路では以前から歪率が安定しないケースが散発していました。こちらの記事です。
http://higa284.blog20.fc2.com/blog-entry-272.html
その歪率グラフはこちらです。
金田式オリジナルのTrである、2SC959を使った時に、途中から歪率が持ち上がる現象が出ました。
今また、金田さんのヘッドホンアンプ製作記事を見直してみると、歪率が0.3%程度もあります。この負荷抵抗が問題だったように思われます。
このことは、同じ回路構成をしているパワーアンプでも同様のようです。
【計算結果】
1V入力の時、2.74Vrms=208mW(日本製ヘッドフォンの代表的インピーダンス36Ωで)出力、0.0146%の歪率です。
【基板】
両側に左右2chが並んでいます。中央はオペアンプで電圧中点をしっかり合わせる機能を有するレールスプリッタ電源です。動作テストに使った負荷抵抗が向こう側に見えています。この抵抗値をわざとアンバランスにして電圧中点がずれないかをチェックします。
【アンプケースに配置】
今回使ったケースはタカチ・HIT23－5－18SS、両側に放熱フィンが付いています(今回は使いません)。パワーアンプの終段トランジスタを付けるにはGoodです。
バランス入力型なので4連ボリュームです。ぺるけさんから頒布いただきました。いつもありがとうございます。
入力はXLR3P端子2個から左右別々です。出力端子はXLR5Pが2個並列についていますので、2台のヘッドフォンが付けられます。
白くやや太めの配線は、立井マイクケーブルの芯線です。オーディオ信号ケーブルとして特性が良いと言われています。
【外観】
アンプ上面に文字シールを作って印刷する前のサンプル紙が載っています。本番は透明シールになります。
左に見える箱は、5Vモバイルバッテリー3個を接続し、15VDCにするためのものです。
金田式もどきDCヘッドホンアンプ・アルミケースバージョンの頒布
金田式もどきDCヘッドホンアンプ・アルミケース バージョンを頒布します。
----- 8月6日 午後追記 -----
・製作マニュアルをアップしました。
・歪率と出力グラフと周波数特性グラフを追記しました。
---- 2016/ 8/23 ----
第2次 10台追加を30日から再開します。ご要望あればコメントに記載ください。
---- 2016/ 9/ 5 ----
基板を20枚追加しました。
製作記事は、
http://higa284.blog20.fc2.com/blog-entry-311.html と、
http://higa284.blog20.fc2.com/blog-entry-298.html です。
音が好評で数十台の頒布となりました前作プラスチックバージョン（こちら）に対し、変更点は以下の通りです。
・外部からの飛翔ノイズ対策でアルミケース化しました。
・定電流（アイドル電流）調整のピーキー特性と温度による不安定を改良するため、
定電流回路にDualトランジスタによるカレントミラー回路を追加しました。
・内部スペースが拡大したので、電源コンデンサを2個から4個に増やし、高さ15mmまでのサイズまで装着できます。
【内部及び外観】
【回路図】
【金田式「もどき」としている本器の説明・特徴】
・金田式ヘッドホンアンプの特徴は
2段目にも差動回路を有し、この各々の出力をNPN-NPN構成の終段増幅に接続する、「対称型」と言われる回路です。即ち初段差動増幅から終段増幅まで、±である音楽信号に対し対称になるような回路構成です。
・本器の特徴は
ここでは細かな説明は省きますが、オリジナル回路の2段目差動回路には負荷抵抗があり電圧ロスがありました。本アンプではこの抵抗を取り去り、インバーテッド・ダーリントン接続の変形とも言える回路構成になり、シンプルながらも高性能になってます。
この回路の説明はこちらのブログに掲載してあります。
本来、金田式という呼称を付けるためには、回路構成は元より使う素子も金田さんと同じでなければならないということらしいのですが、殆どのトランジスタ素子類はとっくの昔にディスコンで、初段差動の2SK246BLだけは私の倉庫から出して使ってます。
なので「もどき」です（もう既に「もどき」とも言えないかもしれませんね）
金田式ヘッドホンアンプの電源はネネループ電池を4個+4個使い、公称±4.8V（実質±5.6V）ですが、本アンプでは単三型リチウムイオン電池を使って、同±3.7V(±4.0V)です。よって電圧が低い分だけ、先のインバーテッド・ダーリントン変形回路によって性能が同等になっています。
リチウムイオン電池を使うことで、充電回路を内蔵しスマホ充電器を利用した自己充電ができるようになってます。
【歪率と出力】
【周波数特性】
【パーツリスト】
【オプション部品 及び 作業】
【完成後外観】
(初めてのアルミ加工でout端子回りに加工ミスがあります）
【頒布手順】
・とりあえず10セット限定で頒布します（第1次 10台が完了し、第2次を準備中です）
・頒布は上記の部品表に準じます。
費用でくくっている単位で頒布いたしますが、
この部品は手持ちがあるので不用、というご要望も可能です。
・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。
オプションコンデンサ付きですが、リチウムイオン電池がオプションです。
頒布費用は、17,000円です（送料含む）。
・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/
*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。
【その他】
・製作マニュアルはこちらです。
----- 8月6日 午後追記 -----
・製作マニュアルをアップしました。
・歪率と出力グラフと周波数特性グラフを追記しました。
---- 2016/ 8/23 ----
第2次 10台追加を30日から再開します。ご要望あればコメントに記載ください。
---- 2016/ 9/ 5 ----
基板を20枚追加しました。
製作記事は、
http://higa284.blog20.fc2.com/blog-entry-311.html と、
http://higa284.blog20.fc2.com/blog-entry-298.html です。
音が好評で数十台の頒布となりました前作プラスチックバージョン（こちら）に対し、変更点は以下の通りです。
・外部からの飛翔ノイズ対策でアルミケース化しました。
・定電流（アイドル電流）調整のピーキー特性と温度による不安定を改良するため、
定電流回路にDualトランジスタによるカレントミラー回路を追加しました。
・内部スペースが拡大したので、電源コンデンサを2個から4個に増やし、高さ15mmまでのサイズまで装着できます。
【内部及び外観】
【回路図】
【金田式「もどき」としている本器の説明・特徴】
・金田式ヘッドホンアンプの特徴は
2段目にも差動回路を有し、この各々の出力をNPN-NPN構成の終段増幅に接続する、「対称型」と言われる回路です。即ち初段差動増幅から終段増幅まで、±である音楽信号に対し対称になるような回路構成です。
・本器の特徴は
ここでは細かな説明は省きますが、オリジナル回路の2段目差動回路には負荷抵抗があり電圧ロスがありました。本アンプではこの抵抗を取り去り、インバーテッド・ダーリントン接続の変形とも言える回路構成になり、シンプルながらも高性能になってます。
この回路の説明はこちらのブログに掲載してあります。
本来、金田式という呼称を付けるためには、回路構成は元より使う素子も金田さんと同じでなければならないということらしいのですが、殆どのトランジスタ素子類はとっくの昔にディスコンで、初段差動の2SK246BLだけは私の倉庫から出して使ってます。
なので「もどき」です（もう既に「もどき」とも言えないかもしれませんね）
金田式ヘッドホンアンプの電源はネネループ電池を4個+4個使い、公称±4.8V（実質±5.6V）ですが、本アンプでは単三型リチウムイオン電池を使って、同±3.7V(±4.0V)です。よって電圧が低い分だけ、先のインバーテッド・ダーリントン変形回路によって性能が同等になっています。
リチウムイオン電池を使うことで、充電回路を内蔵しスマホ充電器を利用した自己充電ができるようになってます。
【歪率と出力】
【周波数特性】
【パーツリスト】
| 部品番号 | 部品名 | 型番、値 | 個数 | 費用(円) |
| ・表面実装部品付き基板 | ||||
| 専用基板 | 1 | 5,000 | ||
| ・トランジスタ | ||||
| Q10１,103 | 定電流、終段増幅 NPNﾃﾞｭｱﾙTr | BC846DS | 4 | 基板実装 |
| Q20１,203 | ||||
| Q102 | 2段目差動 PNPﾃﾞｭｱﾙTr | BCM856DS | 2 | |
| Q202 | ||||
| FET101,102 FET201,202 | 初段差動FET | 2SK246BL(金田式指定品) Idss 0.1mA差選別品 | 4 | 400 |
| FET103,203 | 定電流 J-FET | 2SK208-O | 2 | 基板実装 |
| ・初段、中段チップ部品 | ||||
| R108,R109 R208,R209 | ﾁｯﾌﾟ抵抗 2012 | 差動負荷 1.5K | 4 | 基板実装 |
| R110,R210 | ﾁｯﾌﾟ抵抗 2012 | 300Ω | 2 | |
| C113,C213 | ﾁｯﾌﾟｺﾝ 2012 | 1000P | 2 | |
| R111,R211 | ﾁｯﾌﾟ抵抗 2012 | 120Ω | 2 | |
| R106,R107 R206,R207 | ﾁｯﾌﾟ抵抗 2012 | 定電流 110Ω | 4 | |
| C109,C110 C209,C210 | ﾁｯﾌﾟｺﾝ 2012 | 位相補償100P | 4 | |
| ・電源コンデンサ | ||||
| C001,C002 C003,C004 | 表面実装コンデンサ | 1000uF | 4 | 520 |
| C004,C005 | ﾁｯﾌﾟｺﾝ 2012 | 0.1u | 2 | 基板実装 |
| ・LEDﾁｯﾌﾟ抵抗 | ||||
| R001 | ﾁｯﾌﾟ抵抗 2012 | 27k | 1 | 基板実装 |
| ・充電用パーツ | ||||
| IC1,IC2 | Li-ion電池Protecter | 2 | 基板実装 | |
| IC3,IC4 | 充電用IC | XC6802 | 2 | |
| C007,C008 | ﾁｯﾌﾟｺﾝ | 1uF or 10uF | 2 | |
| R002,R004 | ﾁｯﾌﾟ抵抗 2012 | 15k | 2 | |
| R003,R005 | ﾁｯﾌﾟ抵抗 2012 | 2k | 2 | |
| LED2,LED3 | ﾁｯﾌﾟLED | 青、1608 | 2 | |
| ・入出力、負帰還 金属皮膜抵抗 | ||||
| R112,R113 R212,R213 | 終段負荷 金属皮膜抵抗1/4W | 10Ω 利久RO抵抗は終了 | 4 | 400 |
| R102 R202 | 負帰還 金属皮膜抵抗1/4W | 22k（利久RO抵抗） | 2 | |
| R103 R203 | 負帰還 金属皮膜抵抗1/4W | 33k（利久RO抵抗） | 2 | |
| ・機構部品 | ||||
| ST_JACK1 | 入出力 φ3.5ステレオジャック | AJ-1780 | 2 | 180 |
| ST_JACK2 | ||||
| SW | 2系統スイッチ | ON-OFF-ON 動作 ﾌｼﾞｿｸ、CFT2-2PC4-AW | 1 | 350 |
| VOL | 2連ボリューム | A50k(またはA20k),LINKMAN､RD925G | 1 | 300 |
| R102,R202 | 定電流半固定VOL | 500Ω | 2 | 100 |
| R101,R201 | バランス半固定VOL | 100Ω | 2 | 100 |
| ボリュームノブ銀 | φ6 | 1 | 380 | |
| LED1 | LED | 青色φ3 | 1 | 20 |
| 収納ケース (デザイン・ロゴシール付き) | ﾀｶﾁ,MXA2-8-9SS | 1 | 1,500 | |
| 電池端子 | ﾀｶﾁ,IT-3SP,-3SM | 各2 | 100 | |
| U_USB | microUSBジャック | ZX62R | 1 | 基板実装 |
| ・キット合計(オプション含まず) | 9,350 | |||
【オプション部品 及び 作業】
| 内容 | パーツ | 数量 | 費用(円) | |
| 電源コンデンサ差額 | 導電性個体コンデンサ(OSｺﾝ)6.3V/1500uF | 4 | 800 | |
| リチウムイオン電池 | 14500 (900mAh) 保護回路無し (保護回路は基板に実装) | 2 | 1,500 | |
| ケース蓋加工 | アルミ蓋(表・裏)の加工 | 1式 | 1,000 | |
【完成後外観】
(初めてのアルミ加工でout端子回りに加工ミスがあります）
【頒布手順】
・とりあえず10セット限定で頒布します（第1次 10台が完了し、第2次を準備中です）
・頒布は上記の部品表に準じます。
費用でくくっている単位で頒布いたしますが、
この部品は手持ちがあるので不用、というご要望も可能です。
・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。
オプションコンデンサ付きですが、リチウムイオン電池がオプションです。
頒布費用は、17,000円です（送料含む）。
・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/
*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。
【その他】
・製作マニュアルはこちらです。
金田式もどきDCヘッドホンアンプ・アルミケースバージョンの製作
---- 2016/ 8/ 10 初段2SK246BL の選別問題を追記 -----
この3月から準備してきた、金田式もどきDCヘッドホンアンプのアルミケースバージョンを製作しました。
【基板に表面実装部品を装着します】
これまでのプラスチックケースに代わり、アルミケースに収納するため基板サイズがかなり大きくなりました。部品配置もかなり楽々で、電源コンデンサも±に2個ずつ置きました。
リチウムイオン電池も基板上に設けた電池端子に取り付けます。
【完成状態の全容です】
ケース色はアルミ地のシルバーです。
全面と背面プレートもアルミタイプのケースを用いたので、透明のレタリング・シートで装飾できました。
（初めての加工だったのでout端子穴に加工ミスがあります）
全面の端子類配列はプラスチック・バージョンと同じで、左から3方向電源スイッチで、charge-OFF-ON になります。隣が青色LED、入力ジャック、ボリューム、出力ジャックとなります。
microUSB端子を使った充電端子は後面です。チャージの際は両側のLEDが明るく点灯します（但し、チャージが終わっても照度が落ちるだけで消灯しません。LEDの感度が上がったので充電終了時の微量な電流μAでも点灯してしまいます -_-;)
【回路図】
前作のプラスチック・バージョンに対して大きく変わったのは初段差動増幅の定電流回路です。金田式のオリジナル回路ではFETと可変抵抗によるものでしたが、その調整のピーキーさと温度変化、特に温度上昇時に異常な発熱に至る問題がありました。
本作ではFETと調整用可変抵抗回路にDualトランジスタを使ったカレントミラー回路を組み合わせ、調整の容易化と温度安定度を考慮しました。
【基板図】
リチウムイオン電池の充電回路や保護ICは電池を置く上方にまとめました。保護ICは裏面に付けています。
電源コンデンサはSTDには表面実装の物を使いますが、通常の差し込み足タイプの物も使えます。取り付けの高さがぎりぎり15mmありますので、お好きなコンデンサの取り付けを可能にしています。
【アルミケースの加工について】
今回使ったアルミケースMXA2-8-9SSですが、タカチには前後パネルがプラスチックのMXシリーズもあるのですが、今回選定した80mmx90mmというちょうど良いサイズがMXシリーズにはありませんでした。よって加工をアルミ材に行うことになります。しかも3mmの板厚なので、手動ツールや手持ちドリルではしっかりとした加工ができない恐れがありました。
そこで新たにドリルスタンドを購入しました。
REXSON 小型ボール盤 200W の DP2250R というものです。超お買い得の12,900円です。
写真のようにバイス台までセットされており、速度調整も電気的な調整で可能なものですが、3,200rpmが最小回転なので高すぎでした。
そこで速度調整用に電圧調整ができる可変トランスを入れました。
機器の速度調整をするために昔使われていた、スライド式の電圧調整器です。今では周波数変換のインバーターに切り替わり、捨てられる直前の物をストックしていました。300VA容量なので200Wのボール盤にはちょうど良いサイズです。
バイス台回り
傷つきやすいアルミ板をバイスで固定するため、ラバーを介して挟み込み、下側に木を入れます。
寸法出し
CADを使ってアルミケース蓋の裏面側に加工位置を記した等倍図面を作ります。
このシートを透明フィルムに印刷し、中心位置をアルミケース蓋にポンチします。
でも、200Wのボール盤ではφ3.2が加工できる上限でした。それ以上はトルクが足りず止まってしまいます。
それでも、φ1で下穴を開け、φ2、φ3もしくはφ3.2 にサイズアップしていけば綺麗に加工ができます。
φ5.5、φ7 は仕方がないのでハンドリーマでこつことと広げます(笑い泣き)
out 端子穴が加工ミスしたのは、ボール盤加工をトライして失敗したものです。
ロゴ・シール
蓋の表面にはこのようなロゴシールをプロ印刷に依頼して作りました。
CADで穴加工位置やボリューム弧を描き、pdf印刷をしておきます。それをイラストレーターCS2で読み込みます。
ロゴ部分の作成や、ボリューム部分の塗りつぶしをイラストレーターで行い、全体をアウトライン化します。
約A4サイズに8シール並べられ、それを5枚作って約4,000円でした。１台当たりのコストは100円なので安いですよね。
【歪と出力、周波数特性】
・・・・歪率を計測する機器をしまい込んでしまったので、これから引っ張り出し、整備して特性計測をやってみようを思ってます。
ごそごそと引っ張り出した機材に、いつも使っているUSB DACを歪率計測に使う専用ノートPCに繋ぎ、WAVE Spectra で計測します。
その結果をExcelで作図させてます。
低歪のフラット部分が少なく、徐々に持ち上がっていく特性です。
このパターンによって、そのアンプの音色が変わっていくようなのです。
しかし、これがどのような音色であるかは波形から類推できないところにアンプ作りの面白さがあります。
周波数特性はいつもながら立派と言う他ないですね。
いつも、金田式に対して思うのですが、極低域のフラットさは秀逸と言う他ありませんね。
【出音】
・・・・電源を入れて10時間程度はやけに高音がきつい音感でしたが、やっと安定した音色の領域に入って来たようです。そろそろ金田式の妖艶な音色に近づいて来ました。
・・・・いつもの試聴ではHPAにかかる負荷は微小です。特性を計測する時には、そのアンプに最大パワーを出す入力をするので、使っている素子にとても大きいパワーがかかります。
というこで、特性計測後の音を試聴します。
再生している曲は、1978年、サーカスのミスター・サマータイムです(YouTube)。
昨日も同じ曲を聴いたが、痛い高音は消え、浮き上るような高音系のシャウト感があります。
---- 2016/ 8/ 10 初段2SK246BL の選別問題を追記 -----
2SK246BLの選別に問題があったので改良しました
2SK246BLの選別は7年前に自作した選別器で行っていたのですが、ぺるけ式の2SK170BLは問題なかったが、約0.9V以上のVgs計測ができない仕様だったので Idssで選別していました。
ところがこのIdss計測は発熱と共に変化する特性があるので計測誤差問題を抱えていたのです。
結果的にペア選別したものがバラツキがあり、調整トリマー一杯になる懸念が生じました。
そこで急きょ高い電圧のVgs計測ができるマニュアル計測型のツールを作りました。
急いで半日で作ったのでバラックです。デジタルテスターには、Vgs -2.409Vが表示されています。
これのベースはぺるけさんの改良型回路をそのまま頂きました。Vgsを計測するためのId が温度ドリフトしない仕様です。
ツェナーダイオード定数がオリジナルの5.6Vに対して5.1Vしか持っていなかったので、Id 調整抵抗を調整しました。
オリジナルはこの抵抗をロータリーSW切り替えで、Id を 0.75mA,1mA,2mAとするものですが、私は通常の2回路スイッチを使いたかったので、2mA固定とボリュームによる0.05mA～5mA可変が使えるようにしました。
非常に安定したVgs計測ができています。テスターの数値は1mV部分が若干動く程度です。
【2SK246BLのVgsペアとDC調整範囲】
この機器で計測したVgsでペアを数種類組み合わせてDC調整可能な範囲を調査しました
Vgs差が40mV以内であればDC調整ができます。
この結果はぺるけさんが頒布している2SK30A FETでの基準値と略同等かと思います。
Vgs差と無調整時のDC値がほぼ直線なのも、計測したVgsが正確である裏付けと思います。
これで安心して頒布ができます。やれやれです ^_^;
この3月から準備してきた、金田式もどきDCヘッドホンアンプのアルミケースバージョンを製作しました。
【基板に表面実装部品を装着します】
これまでのプラスチックケースに代わり、アルミケースに収納するため基板サイズがかなり大きくなりました。部品配置もかなり楽々で、電源コンデンサも±に2個ずつ置きました。
リチウムイオン電池も基板上に設けた電池端子に取り付けます。
【完成状態の全容です】
ケース色はアルミ地のシルバーです。
全面と背面プレートもアルミタイプのケースを用いたので、透明のレタリング・シートで装飾できました。
（初めての加工だったのでout端子穴に加工ミスがあります）
全面の端子類配列はプラスチック・バージョンと同じで、左から3方向電源スイッチで、charge-OFF-ON になります。隣が青色LED、入力ジャック、ボリューム、出力ジャックとなります。
microUSB端子を使った充電端子は後面です。チャージの際は両側のLEDが明るく点灯します（但し、チャージが終わっても照度が落ちるだけで消灯しません。LEDの感度が上がったので充電終了時の微量な電流μAでも点灯してしまいます -_-;)
【回路図】
前作のプラスチック・バージョンに対して大きく変わったのは初段差動増幅の定電流回路です。金田式のオリジナル回路ではFETと可変抵抗によるものでしたが、その調整のピーキーさと温度変化、特に温度上昇時に異常な発熱に至る問題がありました。
本作ではFETと調整用可変抵抗回路にDualトランジスタを使ったカレントミラー回路を組み合わせ、調整の容易化と温度安定度を考慮しました。
【基板図】
リチウムイオン電池の充電回路や保護ICは電池を置く上方にまとめました。保護ICは裏面に付けています。
電源コンデンサはSTDには表面実装の物を使いますが、通常の差し込み足タイプの物も使えます。取り付けの高さがぎりぎり15mmありますので、お好きなコンデンサの取り付けを可能にしています。
【アルミケースの加工について】
今回使ったアルミケースMXA2-8-9SSですが、タカチには前後パネルがプラスチックのMXシリーズもあるのですが、今回選定した80mmx90mmというちょうど良いサイズがMXシリーズにはありませんでした。よって加工をアルミ材に行うことになります。しかも3mmの板厚なので、手動ツールや手持ちドリルではしっかりとした加工ができない恐れがありました。
そこで新たにドリルスタンドを購入しました。
REXSON 小型ボール盤 200W の DP2250R というものです。超お買い得の12,900円です。
写真のようにバイス台までセットされており、速度調整も電気的な調整で可能なものですが、3,200rpmが最小回転なので高すぎでした。
そこで速度調整用に電圧調整ができる可変トランスを入れました。
機器の速度調整をするために昔使われていた、スライド式の電圧調整器です。今では周波数変換のインバーターに切り替わり、捨てられる直前の物をストックしていました。300VA容量なので200Wのボール盤にはちょうど良いサイズです。
バイス台回り
傷つきやすいアルミ板をバイスで固定するため、ラバーを介して挟み込み、下側に木を入れます。
寸法出し
CADを使ってアルミケース蓋の裏面側に加工位置を記した等倍図面を作ります。
このシートを透明フィルムに印刷し、中心位置をアルミケース蓋にポンチします。
でも、200Wのボール盤ではφ3.2が加工できる上限でした。それ以上はトルクが足りず止まってしまいます。
それでも、φ1で下穴を開け、φ2、φ3もしくはφ3.2 にサイズアップしていけば綺麗に加工ができます。
φ5.5、φ7 は仕方がないのでハンドリーマでこつことと広げます(笑い泣き)
out 端子穴が加工ミスしたのは、ボール盤加工をトライして失敗したものです。
ロゴ・シール
蓋の表面にはこのようなロゴシールをプロ印刷に依頼して作りました。
CADで穴加工位置やボリューム弧を描き、pdf印刷をしておきます。それをイラストレーターCS2で読み込みます。
ロゴ部分の作成や、ボリューム部分の塗りつぶしをイラストレーターで行い、全体をアウトライン化します。
約A4サイズに8シール並べられ、それを5枚作って約4,000円でした。１台当たりのコストは100円なので安いですよね。
【歪と出力、周波数特性】
・・・・歪率を計測する機器をしまい込んでしまったので、これから引っ張り出し、整備して特性計測をやってみようを思ってます。
ごそごそと引っ張り出した機材に、いつも使っているUSB DACを歪率計測に使う専用ノートPCに繋ぎ、WAVE Spectra で計測します。
その結果をExcelで作図させてます。
低歪のフラット部分が少なく、徐々に持ち上がっていく特性です。
このパターンによって、そのアンプの音色が変わっていくようなのです。
しかし、これがどのような音色であるかは波形から類推できないところにアンプ作りの面白さがあります。
周波数特性はいつもながら立派と言う他ないですね。
いつも、金田式に対して思うのですが、極低域のフラットさは秀逸と言う他ありませんね。
【出音】
・・・・電源を入れて10時間程度はやけに高音がきつい音感でしたが、やっと安定した音色の領域に入って来たようです。そろそろ金田式の妖艶な音色に近づいて来ました。
・・・・いつもの試聴ではHPAにかかる負荷は微小です。特性を計測する時には、そのアンプに最大パワーを出す入力をするので、使っている素子にとても大きいパワーがかかります。
というこで、特性計測後の音を試聴します。
再生している曲は、1978年、サーカスのミスター・サマータイムです(YouTube)。
昨日も同じ曲を聴いたが、痛い高音は消え、浮き上るような高音系のシャウト感があります。
---- 2016/ 8/ 10 初段2SK246BL の選別問題を追記 -----
2SK246BLの選別に問題があったので改良しました
2SK246BLの選別は7年前に自作した選別器で行っていたのですが、ぺるけ式の2SK170BLは問題なかったが、約0.9V以上のVgs計測ができない仕様だったので Idssで選別していました。
ところがこのIdss計測は発熱と共に変化する特性があるので計測誤差問題を抱えていたのです。
結果的にペア選別したものがバラツキがあり、調整トリマー一杯になる懸念が生じました。
そこで急きょ高い電圧のVgs計測ができるマニュアル計測型のツールを作りました。
急いで半日で作ったのでバラックです。デジタルテスターには、Vgs -2.409Vが表示されています。
これのベースはぺるけさんの改良型回路をそのまま頂きました。Vgsを計測するためのId が温度ドリフトしない仕様です。
ツェナーダイオード定数がオリジナルの5.6Vに対して5.1Vしか持っていなかったので、Id 調整抵抗を調整しました。
オリジナルはこの抵抗をロータリーSW切り替えで、Id を 0.75mA,1mA,2mAとするものですが、私は通常の2回路スイッチを使いたかったので、2mA固定とボリュームによる0.05mA～5mA可変が使えるようにしました。
非常に安定したVgs計測ができています。テスターの数値は1mV部分が若干動く程度です。
【2SK246BLのVgsペアとDC調整範囲】
この機器で計測したVgsでペアを数種類組み合わせてDC調整可能な範囲を調査しました
Vgs差が40mV以内であればDC調整ができます。
この結果はぺるけさんが頒布している2SK30A FETでの基準値と略同等かと思います。
Vgs差と無調整時のDC値がほぼ直線なのも、計測したVgsが正確である裏付けと思います。
これで安心して頒布ができます。やれやれです ^_^;
2Win 差動式 低電圧バランス型 DC HPA の電源改造
久しぶりにオーディオ記事に戻ります。
私の自作オーディオを気に入って頂けて方から、2Win 差動式 低電圧バランス型 DC HPAを、「長時間使える外部電池電源で駆動できるようにできないか」との打診がありました。
種々考えた末、市販されているUSB接続の 5V 電源を使ったらどうだろうかの結論に達しました。
・市販で簡単に入手できる
・価格が安い
・リチウムイオン電池の物も多く、充電器も添付されている、もしくは市販されているので安心して使える。
【内部】
電池スペースに、microUSB端子から給電できる端子と、この5V電圧を±2.5Vに分圧する回路を設けました。
オペアンプで偏差電圧を補正する回路（サーボ回路）を有します。
【参照した電源回路図】
miniAmpで使った分圧回路です。この回路では電源が15Vですが今回は5Vです。よってopAmpは5V動作するものを使う必要があります。今回は4580を使ってます。電解コンデンサは本体側に付いているので電源からは削除してます。トランジスタは消費電流が少ないので2SC1815/2SA1015で十分です。
【電源回路拡大】
左側はHPA v6-2 までで使っていた microUSB端子を付ける基板をカットしてます。
右側にユニバーサル基板を使ったサーボ機能を有する分圧回路です。各々をエポキシ接着剤で接合してます。
------- 音の感触
電圧が±1.5Vから±2.5Vに変わったことで、かなりのパワーアップを感じます。
特に、ボリュームを上げた際に、しっかりとして追従してくれるような安心感があります。
気のせいか、高音系もしっかり感が増えたように思えます。
やはり、電圧を上げることがアンプにとっては最大の朗報なのですね。
私の自作オーディオを気に入って頂けて方から、2Win 差動式 低電圧バランス型 DC HPAを、「長時間使える外部電池電源で駆動できるようにできないか」との打診がありました。
種々考えた末、市販されているUSB接続の 5V 電源を使ったらどうだろうかの結論に達しました。
・市販で簡単に入手できる
・価格が安い
・リチウムイオン電池の物も多く、充電器も添付されている、もしくは市販されているので安心して使える。
【内部】
電池スペースに、microUSB端子から給電できる端子と、この5V電圧を±2.5Vに分圧する回路を設けました。
オペアンプで偏差電圧を補正する回路（サーボ回路）を有します。
【参照した電源回路図】
miniAmpで使った分圧回路です。この回路では電源が15Vですが今回は5Vです。よってopAmpは5V動作するものを使う必要があります。今回は4580を使ってます。電解コンデンサは本体側に付いているので電源からは削除してます。トランジスタは消費電流が少ないので2SC1815/2SA1015で十分です。
【電源回路拡大】
左側はHPA v6-2 までで使っていた microUSB端子を付ける基板をカットしてます。
右側にユニバーサル基板を使ったサーボ機能を有する分圧回路です。各々をエポキシ接着剤で接合してます。
------- 音の感触
電圧が±1.5Vから±2.5Vに変わったことで、かなりのパワーアップを感じます。
特に、ボリュームを上げた際に、しっかりとして追従してくれるような安心感があります。
気のせいか、高音系もしっかり感が増えたように思えます。
やはり、電圧を上げることがアンプにとっては最大の朗報なのですね。
ArduinoでCAN通信（その10：CCP通信・SD読み込み）
CCP通信を行うには対象となるECUのデータアドレス（ECUの品番毎に異なる）を都度Arduinoに与える必要があるので、これにはSDカードのテキストデータを経由することにしました。
【microSDカードを取り付け】
SDカードは3.3Vで動作しているため、SPIの信号もArduinoの5Vから3.3Vに落とす必要があります。
当初はmicroSDを取り付ける別基板を考えていましたが、省力のためArduinoのSPI端子に差し込めるように、ユニバーサル基板を使って変換させました。
回路的にはこちらで考えていた抵抗分圧でドロップさせます。
左上に見えるのが秋月のmicroSDカードをDIPに変換する基板が差し込まれるピンです。
この図では680Ωと360Ω抵抗を使う予定でしたが、手持ちの都合で1kと680Ωを使いました。
3.3Vのところが計算上は約3Vになりますが動作しました。
microSDカードのテキストデータは以下のようなものです。
//--- microSDカードのCCP_Set.txtの中身 (注：これはダミーデータです。またECU品番によって大きく異なります）
CPP_Set_Data
NE
0xFFFF9C8C
VS
0xFFFFC27C
QFIN
0xFFFFA440
PATM
0xFFFFC10C
THEX1
0xFFFFC044
THEX2
0xFFFFC06C
QP
0xFFFFA4B0
DPFMOD
0xFFFFB08C
先頭にCPP通信用データという意味の文字を書いてます（これは何でもよい）
次に計測名称とECUアドレスをセットにして2行ずつ8セット記載します。
これをArduinoのmicroSDで読み込ませるのですが、SD読み込みにはArduino標準添付のSD.hを使います。
しかし、ここでちょっと面倒なことが、なんとArduinoのSD.hには、「1行読み込み」機能がありません。
１．「1文字読み込み」機能があるので、これを使って行末の 0x0A 文字を使ってデータ区切りをします。
しかし、またここでちょっとハマりました。例の、「ｃ言語が不得意な文字処理」です。私も不得意です。
２．・・・何だかんだと回り道（以前学んだことを忘れてる）で、strcat関数に繋がりました。
そして次にハマったことは、0xFFFF8C9C 等の文字データを、long形式の数値に変換することです。
３．当初、strtol関数がオーバーフローしていることに気が付かず、「何で皆同じ数値？」などと悩んでましたが、
正解は、strtoul関数を使うことでした。
では、備忘録を１～３の順に記載します。
１．SDの読み込み
// ----
#include <SPI.h> // SPIでSDカードを操作する
#include <SD.h> // SDコントロール
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>
File dataFile; // SDカードのファイル
const int chipSelect = 10; // SPI でSDカードをコントロールするCSピンに 10ピン を使う
char cTop[16]; // ファイルの最初行文字列用
char cName[8][16]; // 計測名称の文字列 2次元配列
char cAddress[8][16]; // アドレスの文字列（同上）
char tmp[5]; // SDカードから読み込んだ文字列バッファ
char StrBuf[32]; // シリアル出力用文字列バッファ
char *endptr; // strtoul関数用
// SSピン（Unoは10番、Megaは53番）は使わない場合でも出力にする必要があります。
// そうしないと、SPIがスレーブモードに移行し、SDライブラリが動作しなくなります。
pinMode(SS, OUTPUT);
// SDライブラリを初期化
if (!SD.begin(chipSelect)) {
Serial.println(F("Card failed, or not present"));
// 失敗、何もしない
while(1);
}
Serial.println(F("ok."));
//設定データファイルを開く
dataFile = SD.open("CCP_Set.txt", FILE_READ);
// ----- ここまででSDカード上の、CCP_Set.txt ファイルのオープン処理ができました。
２．1文字毎、読み込んだデータを計測名称文字列、アドレス文字列に結合する
// ----- ここから
//ファイルが開けたら設定値を読み込む
if (dataFile) {
// read from the file until there's nothing else in it:
while (dataFile.available()) { // ファイルにデータだある場合は継続する
tmp[0] = dataFile.read(); // 1文字読み込む
//Serial.write(tmp[0]); // 正常に読み込んだかのデバック
if(tmp[0] == '\n'){ // 読み込んだ文字が 0x0A だった場合
switch(cnt){ // cnt はデータの行番号に対応します
case 0:
strcat(cTop,&tmp[0]); // 結合する先の文字列 cTop に読み込んだ文字 tmp を結合する。
// strcat 関数の結合元 tmp は定数文字が指定なので、& を付与する。
cnt++; // 0x0Aだったのはファイル文字列の最終だったので、行番号 cnt を1つアップする。
break;
case 1:
strcat(cName[0],&tmp[0]);
cnt++;
break;
case 2:
strcat(cAddress[0],&tmp[0]);
cnt++;
break;
case 3:
strcat(cName[1],&tmp[0]);
cnt++;
break;
case 4:
strcat(cAddress[1],&tmp[0]);
cnt++;
break;
case 5:
・・・・・
・・・・・
・・・・・
case 16:
strcat(cAddress[7],&tmp[0]);
cnt++;
break;
} //switch
}else{ // 以降は 0x0A ではない文字の処理
switch(cnt){
case 0:
strcat(cTop,&tmp[0]);
break;
case 1:
strcat(cName[0],&tmp[0]);
break;
case 2:
strcat(cAddress[0],&tmp[0]);
break;
case 3:
strcat(cName[1],&tmp[0]);
break;
case 4:
strcat(cAddress[1],&tmp[0]);
break;
case 5:
・・・・・
・・・・・
・・・・・
case 16:
strcat(cAddress[7],&tmp[0]);
break;
} //switch
} //if(tmp[0]
} //while
// close the file:
dataFile.close();
} else {
// if the file didn't open, print an error:
Serial.println("error opening CCP_Set.txt");
}
// ----- ここまで
３．入力し結合された文字列の表示確認と、アドレス文字をアドレス数値に変換・表示する
//SDから読み込んだ値を表示
//行頭文字
sprintf(StrBuf,"cTop=%s",cTop);
Serial.println(StrBuf);
for(int i=0;i<=7;i++){
//文字データを表示
sprintf(StrBuf,"cName[%d]=%s",i,cName[i]);
Serial.print(StrBuf);
sprintf(StrBuf,"cAddress[%d]=%s",i,cAddress[i]);
Serial.print(StrBuf);
//アドレスの文字データをlong形式のlAddress[]に変換する
lAddress[i] = strtoul(cAddress[i],&endptr,16);
sprintf(StrBuf,"lAddress[%d]=%lu\n",i,lAddress[i]);
Serial.println(StrBuf);
} //for
このソースを動作させたシリアルモニタ表示
cTop=CPP_Set_Data
cName[0]=NE
cAddress[0]=0xFFFF9C8C
lAddress[0]=4294941836
cName[1]=VS
cAddress[1]=0xFFFFC27C
lAddress[1]=4294951548
cName[2]=QFIN
cAddress[2]=0xFFFFA440
lAddress[2]=4294943808
cName[3]=PATM
cAddress[3]=0xFFFFC10C
lAddress[3]=4294951180
cName[4]=THEX1
cAddress[4]=0xFFFFC044
lAddress[4]=4294950980
cName[5]=THEX2
cAddress[5]=0xFFFFC06C
lAddress[5]=4294951020
cName[6]=QP
cAddress[6]=0xFFFFA4B0
lAddress[6]=4294943920
cName[7]=DPFMOD
cAddress[7]=0xFFFFB08C
lAddress[7]=4294946956
【備忘録のまとめ】
・ArduinoのSD.hでのテキストファイル読み込みは、1文字ずつしか読み取れない。
・これを1行ごとの文字列にするには、結合先の文字列 char[ ] に、strcat で結合する。
・数値文字列 0xFFFF9C8C 等のように 16bit 長を超えるものを数値化するには、strtol 関数ではなく、strtoul 関数を使う。
// ----- 6月23日 追記
// ----- SDカードのデータを1文字ずつ読み込み、cName[ ] 、cAddress[ ] に振り分けて収納する部分のコードを少し短くしてみました。
/// ----- 6月28日 修正：0xC,0xA(CR,LF)をデータに付加しないように変更
//設定データファイルを開く
dataFile = SD.open("CCP_Set.txt", FILE_READ);
//ファイルが開けたら設定値を読み込む
if (dataFile) {
Serial.println("CCP_Set.txt open success.\n");
// read from the file until there's nothing else in it:
while (dataFile.available()) {
//データを1文字読み取る
tmp[0] = dataFile.read();
//cntが0ならば0xAが来るまでcTopにstrcatする
/// if((cnt == 0)&&(tmp[0] != '\n')){ /// これは止めて
/// cntが0で、tmp[0]が0xC,0xA以外ならば cTopにstrcatする
if((cnt == 0)&&((tmp[0] != '\n')&&(tmp[0] != '\r'))){
strcat(cTop,&tmp[0]);
/// cntが0で0xAが来たらstrcat後、cnt++する
/// }else if((cnt == 0)&&(tmp[0] == '\n')){ /// ここも修正する
/// cntが0で、tmp[0]が0xAならば cnt++する
}else if((cnt == 0)&&(tmp[0] == '\n')){
/// strcat(cTop,&tmp[0]);
cnt++;
flg = 1; //cntが初めて1になるときのフラグ
}
// cntが1以上ならばcName[],cAddress[]への処理をする
// 2行前でcnt++ としているので、このままではcName処理に入ってしまう
// よって flgがゼロになる場合だけの処理にする（最下段でゼロにしている）
if((cnt > 0)&&(flg == 0)){
// cName[ ] 処理と cAddres[ ] 処理を切り分ける chkを算出
if(cnt % 2){ // cnt が奇数ならば
chk = 0;
}else{
chk = 1;
}
// 変数 cName[ ] または cAddress[ ] の [ ] 内番号 iiを cnt と chk から算出する
ii = (cnt / 2) - chk; // cnt を 2で割った商から cnk を引けば ii となる
//cName[]またはcAddress[]へstrcatする
/// if(chk == 1){ /// ここも修正する
if((chk == 1)&&((tmp[0] != '\r')&&(tmp[0] != '\n'))){ // CR,LF以外をstrcat する
strcat(cAddress[ii],&tmp[0]);
/// }else if(chk == 0){ /// ここも修正する
}else if((chk == 0)&&((tmp[0] != '\r')&&(tmp[0] != '\n'))){ // CR.LF以外をstｒcat する
strcat(cName[ii],&tmp[0]);
} //if(chk
if(tmp[0] == '\n'){
cnt++; // 0xAが来れば cnt を加算する
}
} //if(cnt
flg = 0;
} //while
// close the file:
dataFile.close();
} else {
// if the file didn't open, print an error:
Serial.println("error opening CCP_Set.txt");
}
【microSDカードを取り付け】
SDカードは3.3Vで動作しているため、SPIの信号もArduinoの5Vから3.3Vに落とす必要があります。
当初はmicroSDを取り付ける別基板を考えていましたが、省力のためArduinoのSPI端子に差し込めるように、ユニバーサル基板を使って変換させました。
回路的にはこちらで考えていた抵抗分圧でドロップさせます。
左上に見えるのが秋月のmicroSDカードをDIPに変換する基板が差し込まれるピンです。
この図では680Ωと360Ω抵抗を使う予定でしたが、手持ちの都合で1kと680Ωを使いました。
3.3Vのところが計算上は約3Vになりますが動作しました。
microSDカードのテキストデータは以下のようなものです。
//--- microSDカードのCCP_Set.txtの中身 (注：これはダミーデータです。またECU品番によって大きく異なります）
CPP_Set_Data
NE
0xFFFF9C8C
VS
0xFFFFC27C
QFIN
0xFFFFA440
PATM
0xFFFFC10C
THEX1
0xFFFFC044
THEX2
0xFFFFC06C
QP
0xFFFFA4B0
DPFMOD
0xFFFFB08C
先頭にCPP通信用データという意味の文字を書いてます（これは何でもよい）
次に計測名称とECUアドレスをセットにして2行ずつ8セット記載します。
これをArduinoのmicroSDで読み込ませるのですが、SD読み込みにはArduino標準添付のSD.hを使います。
しかし、ここでちょっと面倒なことが、なんとArduinoのSD.hには、「1行読み込み」機能がありません。
１．「1文字読み込み」機能があるので、これを使って行末の 0x0A 文字を使ってデータ区切りをします。
しかし、またここでちょっとハマりました。例の、「ｃ言語が不得意な文字処理」です。私も不得意です。
２．・・・何だかんだと回り道（以前学んだことを忘れてる）で、strcat関数に繋がりました。
そして次にハマったことは、0xFFFF8C9C 等の文字データを、long形式の数値に変換することです。
３．当初、strtol関数がオーバーフローしていることに気が付かず、「何で皆同じ数値？」などと悩んでましたが、
正解は、strtoul関数を使うことでした。
では、備忘録を１～３の順に記載します。
１．SDの読み込み
// ----
#include <SPI.h> // SPIでSDカードを操作する
#include <SD.h> // SDコントロール
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>
File dataFile; // SDカードのファイル
const int chipSelect = 10; // SPI でSDカードをコントロールするCSピンに 10ピン を使う
char cTop[16]; // ファイルの最初行文字列用
char cName[8][16]; // 計測名称の文字列 2次元配列
char cAddress[8][16]; // アドレスの文字列（同上）
char tmp[5]; // SDカードから読み込んだ文字列バッファ
char StrBuf[32]; // シリアル出力用文字列バッファ
char *endptr; // strtoul関数用
// SSピン（Unoは10番、Megaは53番）は使わない場合でも出力にする必要があります。
// そうしないと、SPIがスレーブモードに移行し、SDライブラリが動作しなくなります。
pinMode(SS, OUTPUT);
// SDライブラリを初期化
if (!SD.begin(chipSelect)) {
Serial.println(F("Card failed, or not present"));
// 失敗、何もしない
while(1);
}
Serial.println(F("ok."));
//設定データファイルを開く
dataFile = SD.open("CCP_Set.txt", FILE_READ);
// ----- ここまででSDカード上の、CCP_Set.txt ファイルのオープン処理ができました。
２．1文字毎、読み込んだデータを計測名称文字列、アドレス文字列に結合する
// ----- ここから
//ファイルが開けたら設定値を読み込む
if (dataFile) {
// read from the file until there's nothing else in it:
while (dataFile.available()) { // ファイルにデータだある場合は継続する
tmp[0] = dataFile.read(); // 1文字読み込む
//Serial.write(tmp[0]); // 正常に読み込んだかのデバック
if(tmp[0] == '\n'){ // 読み込んだ文字が 0x0A だった場合
switch(cnt){ // cnt はデータの行番号に対応します
case 0:
strcat(cTop,&tmp[0]); // 結合する先の文字列 cTop に読み込んだ文字 tmp を結合する。
// strcat 関数の結合元 tmp は定数文字が指定なので、& を付与する。
cnt++; // 0x0Aだったのはファイル文字列の最終だったので、行番号 cnt を1つアップする。
break;
case 1:
strcat(cName[0],&tmp[0]);
cnt++;
break;
case 2:
strcat(cAddress[0],&tmp[0]);
cnt++;
break;
case 3:
strcat(cName[1],&tmp[0]);
cnt++;
break;
case 4:
strcat(cAddress[1],&tmp[0]);
cnt++;
break;
case 5:
・・・・・
・・・・・
・・・・・
case 16:
strcat(cAddress[7],&tmp[0]);
cnt++;
break;
} //switch
}else{ // 以降は 0x0A ではない文字の処理
switch(cnt){
case 0:
strcat(cTop,&tmp[0]);
break;
case 1:
strcat(cName[0],&tmp[0]);
break;
case 2:
strcat(cAddress[0],&tmp[0]);
break;
case 3:
strcat(cName[1],&tmp[0]);
break;
case 4:
strcat(cAddress[1],&tmp[0]);
break;
case 5:
・・・・・
・・・・・
・・・・・
case 16:
strcat(cAddress[7],&tmp[0]);
break;
} //switch
} //if(tmp[0]
} //while
// close the file:
dataFile.close();
} else {
// if the file didn't open, print an error:
Serial.println("error opening CCP_Set.txt");
}
// ----- ここまで
３．入力し結合された文字列の表示確認と、アドレス文字をアドレス数値に変換・表示する
//SDから読み込んだ値を表示
//行頭文字
sprintf(StrBuf,"cTop=%s",cTop);
Serial.println(StrBuf);
for(int i=0;i<=7;i++){
//文字データを表示
sprintf(StrBuf,"cName[%d]=%s",i,cName[i]);
Serial.print(StrBuf);
sprintf(StrBuf,"cAddress[%d]=%s",i,cAddress[i]);
Serial.print(StrBuf);
//アドレスの文字データをlong形式のlAddress[]に変換する
lAddress[i] = strtoul(cAddress[i],&endptr,16);
sprintf(StrBuf,"lAddress[%d]=%lu\n",i,lAddress[i]);
Serial.println(StrBuf);
} //for
このソースを動作させたシリアルモニタ表示
cTop=CPP_Set_Data
cName[0]=NE
cAddress[0]=0xFFFF9C8C
lAddress[0]=4294941836
cName[1]=VS
cAddress[1]=0xFFFFC27C
lAddress[1]=4294951548
cName[2]=QFIN
cAddress[2]=0xFFFFA440
lAddress[2]=4294943808
cName[3]=PATM
cAddress[3]=0xFFFFC10C
lAddress[3]=4294951180
cName[4]=THEX1
cAddress[4]=0xFFFFC044
lAddress[4]=4294950980
cName[5]=THEX2
cAddress[5]=0xFFFFC06C
lAddress[5]=4294951020
cName[6]=QP
cAddress[6]=0xFFFFA4B0
lAddress[6]=4294943920
cName[7]=DPFMOD
cAddress[7]=0xFFFFB08C
lAddress[7]=4294946956
【備忘録のまとめ】
・ArduinoのSD.hでのテキストファイル読み込みは、1文字ずつしか読み取れない。
・これを1行ごとの文字列にするには、結合先の文字列 char[ ] に、strcat で結合する。
・数値文字列 0xFFFF9C8C 等のように 16bit 長を超えるものを数値化するには、strtol 関数ではなく、strtoul 関数を使う。
// ----- 6月23日 追記
// ----- SDカードのデータを1文字ずつ読み込み、cName[ ] 、cAddress[ ] に振り分けて収納する部分のコードを少し短くしてみました。
/// ----- 6月28日 修正：0xC,0xA(CR,LF)をデータに付加しないように変更
//設定データファイルを開く
dataFile = SD.open("CCP_Set.txt", FILE_READ);
//ファイルが開けたら設定値を読み込む
if (dataFile) {
Serial.println("CCP_Set.txt open success.\n");
// read from the file until there's nothing else in it:
while (dataFile.available()) {
//データを1文字読み取る
tmp[0] = dataFile.read();
//cntが0ならば0xAが来るまでcTopにstrcatする
/// if((cnt == 0)&&(tmp[0] != '\n')){ /// これは止めて
/// cntが0で、tmp[0]が0xC,0xA以外ならば cTopにstrcatする
if((cnt == 0)&&((tmp[0] != '\n')&&(tmp[0] != '\r'))){
strcat(cTop,&tmp[0]);
/// cntが0で0xAが来たらstrcat後、cnt++する
/// }else if((cnt == 0)&&(tmp[0] == '\n')){ /// ここも修正する
/// cntが0で、tmp[0]が0xAならば cnt++する
}else if((cnt == 0)&&(tmp[0] == '\n')){
/// strcat(cTop,&tmp[0]);
cnt++;
flg = 1; //cntが初めて1になるときのフラグ
}
// cntが1以上ならばcName[],cAddress[]への処理をする
// 2行前でcnt++ としているので、このままではcName処理に入ってしまう
// よって flgがゼロになる場合だけの処理にする（最下段でゼロにしている）
if((cnt > 0)&&(flg == 0)){
// cName[ ] 処理と cAddres[ ] 処理を切り分ける chkを算出
if(cnt % 2){ // cnt が奇数ならば
chk = 0;
}else{
chk = 1;
}
// 変数 cName[ ] または cAddress[ ] の [ ] 内番号 iiを cnt と chk から算出する
ii = (cnt / 2) - chk; // cnt を 2で割った商から cnk を引けば ii となる
//cName[]またはcAddress[]へstrcatする
/// if(chk == 1){ /// ここも修正する
if((chk == 1)&&((tmp[0] != '\r')&&(tmp[0] != '\n'))){ // CR,LF以外をstrcat する
strcat(cAddress[ii],&tmp[0]);
/// }else if(chk == 0){ /// ここも修正する
}else if((chk == 0)&&((tmp[0] != '\r')&&(tmp[0] != '\n'))){ // CR.LF以外をstｒcat する
strcat(cName[ii],&tmp[0]);
} //if(chk
if(tmp[0] == '\n'){
cnt++; // 0xAが来れば cnt を加算する
}
} //if(cnt
flg = 0;
} //while
// close the file:
dataFile.close();
} else {
// if the file didn't open, print an error:
Serial.println("error opening CCP_Set.txt");
}
ArduinoでCAN通信（その9：CCP通信・再テスト）
前回までのccp通信テストでは、CANツールである07E2アドレスへのECUからの応答があったので、「テストOK」としていたのですが、返ってくるデータを実数変換してみると、変な値になっています。特にATM(大気圧）の値が99hPa程度であるはずが、変な値を示す場合があることに気が付きました。
【前出の記事での値】 （？は実数値の表示変換ミスで解決済み）
NE : 0
VS :?
Q :?
ATM : 32
THEX1: 31
THEX2: 96
QP :?
MOD : 90
色々と考えた末、もしかしたらECU側に問題が無いかをチェックするため、以前プロに作ってもらったツールを引っ張り出して通信テストを試みました。
【プロ仕様のCPP通信器】
ECUと銘打ったDsub9コネクタに電源とCAN信号が入ります。
本論とは関係ありませんが、GPSと書かれた端子が外部GPSアンテナを接続するもので、車がどこを走行したかを記録できます。
計測した結果がこれです（csvファイルの部分）
PATMと書かれた列が大気圧で正常に受信できています。
即ち、うまくCPP通信ができていないのは、私が作ったArduino_CANに問題があります。
・・・何日もその原因を考え、
CCP通信をしているArduino_CANの通信状態を、もう一台のArduino_CANで横から覗いてみました。
すると、プログラム通りにCCP起動の送信しているはずの送信文に欠けが多々生じてます。
これは変です。Arduinoの受信処理スピードに問題は無いので、これは送信に問題がありそうです。
送信手順のプログラムを辿りました。
CAN.sendMsgBuf(0x0000****, 0, 8, stmp);
これはstmpに格納された8Byteデータを0000****というIDで送信する部分です。
本プログラムでは次のコードの中で70回以上連続して送信しています。
//ccp通信設定
transmitDataFirst();
transmitData(0x0C, cID, 0x80, 0, 0, 0, 0, 0, 0xFE, 0x39);
transmitData(0x14, cID, 0, 0, 0, 0, 0x07, 0xE2, 7, 0);
transmitFloat32(0, cID, lAddress[0]);
transmitFloat32(1, cID, lAddress[1]);
transmitFloat32(2, cID, lAddress[2]);
transmitFloat32(3, cID, lAddress[3]);
transmitFloat32(4, cID, lAddress[4]);
transmitFloat32(5, cID, lAddress[5]);
transmitFloat32(6, cID, lAddress[6]);
transmitUbyte(6, cID, lAddress[7]);
transmitData(0x0C, cID, 0x81, 0, 0, 0, 0, 0, 7, 0);
transmitData(0x06, cID, 2, 0, 6, 0, 0, 1, 7, 0);
transmitData(0x08, cID, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 7, 0);
この処理がうまくできていないということは「送信タイムアウト」が考えられます。
mcp_can.cppを見てみると、送信バッファが空くのを50サイクルまで待ち、それでも空かなかったらタイムアウトとしています。即ち、CANコントローラMCP2515の送信処理があるサイクル内で終わらなかったらタイムアウトするようです。
//--- 抜粋
INT8U MCP_CAN::sendMsg()
{
INT8U res, res1, txbuf_n;
uint16_t uiTimeOut = 0;
do {
res = mcp2515_getNextFreeTXBuf(&txbuf_n); /* info = addr. */
uiTimeOut++;
} while (res == MCP_ALLTXBUSY && (uiTimeOut < TIMEOUTVALUE));
if(uiTimeOut == TIMEOUTVALUE)
{
return CAN_GETTXBFTIMEOUT; /* get tx buff time out */
}
//--- 抜粋終わり
そこで少々手荒なのですが、送信する部分の間に delay(10) を挿入してみました。
・・・はい、やっとうまく動作しました。
NE : 0
VS : 0.0
Q :3276754.3
ATM :99.0
THEX1:1310702
THEX2:1310702
QP : 0.0
MOD: 90
ATMがECU内蔵センサで計測している気圧です。
その他はセンサ類を付けていないので正常な値ではありません。
やれやれ、やっとのことで正常動作したようです。
実はテストに使ったECUは大分古いバージョンなので、最近のECUでも通信が可能かをテストするようです。
【前出の記事での値】 （？は実数値の表示変換ミスで解決済み）
NE : 0
VS :?
Q :?
ATM : 32
THEX1: 31
THEX2: 96
QP :?
MOD : 90
色々と考えた末、もしかしたらECU側に問題が無いかをチェックするため、以前プロに作ってもらったツールを引っ張り出して通信テストを試みました。
【プロ仕様のCPP通信器】
ECUと銘打ったDsub9コネクタに電源とCAN信号が入ります。
本論とは関係ありませんが、GPSと書かれた端子が外部GPSアンテナを接続するもので、車がどこを走行したかを記録できます。
計測した結果がこれです（csvファイルの部分）
| 日時 | 時刻 | NE | VS | PATM | THAEX1 | THAEX2 | QFIN |
| 2016/6/13 | 20:46:56 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2016/6/13 | 20:46:56 | 0 | 0 | 98.47772 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:46:56 | 0 | 0 | 98.47772 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:46:57 | 0 | 0 | 98.47772 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:46:57 | 0 | 0 | 98.47772 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:46:58 | 0 | 0 | 98.5184 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:46:58 | 0 | 0 | 98.52095 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:46:58 | 0 | 0 | 98.48788 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:46:59 | 0 | 0 | 98.47958 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:46:59 | 0 | 0 | 98.47802 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:47:00 | 0 | 0 | 98.47774 | -20 | -20 | -50 |
| 2016/6/13 | 20:47:00 | 0 | 0 | 98.47772 | -20 | -20 | -50 |
PATMと書かれた列が大気圧で正常に受信できています。
即ち、うまくCPP通信ができていないのは、私が作ったArduino_CANに問題があります。
・・・何日もその原因を考え、
CCP通信をしているArduino_CANの通信状態を、もう一台のArduino_CANで横から覗いてみました。
すると、プログラム通りにCCP起動の送信しているはずの送信文に欠けが多々生じてます。
これは変です。Arduinoの受信処理スピードに問題は無いので、これは送信に問題がありそうです。
送信手順のプログラムを辿りました。
CAN.sendMsgBuf(0x0000****, 0, 8, stmp);
これはstmpに格納された8Byteデータを0000****というIDで送信する部分です。
本プログラムでは次のコードの中で70回以上連続して送信しています。
//ccp通信設定
transmitDataFirst();
transmitData(0x0C, cID, 0x80, 0, 0, 0, 0, 0, 0xFE, 0x39);
transmitData(0x14, cID, 0, 0, 0, 0, 0x07, 0xE2, 7, 0);
transmitFloat32(0, cID, lAddress[0]);
transmitFloat32(1, cID, lAddress[1]);
transmitFloat32(2, cID, lAddress[2]);
transmitFloat32(3, cID, lAddress[3]);
transmitFloat32(4, cID, lAddress[4]);
transmitFloat32(5, cID, lAddress[5]);
transmitFloat32(6, cID, lAddress[6]);
transmitUbyte(6, cID, lAddress[7]);
transmitData(0x0C, cID, 0x81, 0, 0, 0, 0, 0, 7, 0);
transmitData(0x06, cID, 2, 0, 6, 0, 0, 1, 7, 0);
transmitData(0x08, cID, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 7, 0);
この処理がうまくできていないということは「送信タイムアウト」が考えられます。
mcp_can.cppを見てみると、送信バッファが空くのを50サイクルまで待ち、それでも空かなかったらタイムアウトとしています。即ち、CANコントローラMCP2515の送信処理があるサイクル内で終わらなかったらタイムアウトするようです。
//--- 抜粋
INT8U MCP_CAN::sendMsg()
{
INT8U res, res1, txbuf_n;
uint16_t uiTimeOut = 0;
do {
res = mcp2515_getNextFreeTXBuf(&txbuf_n); /* info = addr. */
uiTimeOut++;
} while (res == MCP_ALLTXBUSY && (uiTimeOut < TIMEOUTVALUE));
if(uiTimeOut == TIMEOUTVALUE)
{
return CAN_GETTXBFTIMEOUT; /* get tx buff time out */
}
//--- 抜粋終わり
そこで少々手荒なのですが、送信する部分の間に delay(10) を挿入してみました。
・・・はい、やっとうまく動作しました。
NE : 0
VS : 0.0
Q :3276754.3
ATM :99.0
THEX1:1310702
THEX2:1310702
QP : 0.0
MOD: 90
ATMがECU内蔵センサで計測している気圧です。
その他はセンサ類を付けていないので正常な値ではありません。
やれやれ、やっとのことで正常動作したようです。
実はテストに使ったECUは大分古いバージョンなので、最近のECUでも通信が可能かをテストするようです。
