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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。





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7.1ch対応バランス型DCパワーアンプの製作(その2:2chアンプ)

先に記載した7.1ch対応バランス型DCパワーアンプの2chバージョンを作りました。これで5ch作ったことになります。

アンプ基板の基本回路はこちらの記事と同じですので割愛します。

【内部配置】

AMP_kane_DC_BAL_11.jpg

先の3ch内蔵アンプに比較すれば収納余裕度は十分です。

右上がXLR3コネクタによるバランス入力で、手前の4連ボリュームに接続され、そこから左右アンプ基板のHot,Cold端子に接続されています。
前作と同じで、アンプ側にも電解コンデンサ 9900uF x ±2セットを備えています。
トランジスタの放熱は小さなヒートシンクとアンプケース下面で行っています。チャンネル当たり最大6Wですが、ハーフボリューム(それ以上は音が大きすぎて6畳部屋では限界)でケースがほんのりと温かくなる程度です。

【電圧とアイドル電流】

AMP_kane_DC_BAL_10.jpg

テスト動作させながら電源電圧(左)とアイドル電流(右:表示の4.5倍)を表示しています。
電源電圧は±両端で21.7V程度なので想定通りです。
アイドル電流は 64mA相当を示しています(中心で65mAセット、負荷によって若干変わるが50~75mA程度にある)

【3筐体セットの状態】

AMP_kane_DC_BAL_12.jpg

下から電源ユニット、3chアンプ(HIGH:2ch、CENTER:1ch)、2chアンプ(SURROUND)が重なっています。

AMP_kane_DC_BAL_13.jpg

更にこの上に2chアンプ(SURROUND BACK)が載る予定です。(電源出力コネクタ2個は未設置)




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】
CX-A5100_1.jpg

【リア】
CX-A5100_2.jpg

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】

PowerFor3chAmp6.jpg

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】

PowerFor3chAmp7.jpg

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】

PowerFor3chAmp11.jpg

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。

PowerFor7chAmp2.jpg

【安定化電源回路】
PowerSup_11V_11V_sch.jpg
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】
PowerSup_11V_11V_brd.jpg

【アンプ部】
PowerFor3chAmp14.jpg

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。

PowerFor3chAmp15.jpg

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。

PowerFor3chAmp5.jpg

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】
PowerFor3chAmp8.jpg
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。
AMP_kane_DC_BAL2_1.jpg

【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。

mySPsystem_2.jpg

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。

Z701modena-BHBSmini.jpg

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】
miniDC_AmpNo2_1.jpg

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。

miniDC_AmpNo2_2.jpg

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。

miniDC_AmpNo2_3.jpg

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。

miniDC_AmpNo2_4.jpg

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】
miniDC_AmpNo2_5.jpg

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】
PowerTAA4100A_1.jpg

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】
PowerTAA4100A_2.jpg

【IC周囲詳細】
PowerTAA4100A_3.jpg

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。







プロフィール

haiga

Author:haiga
私のブログへようこそ!
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。

自作オーディオの楽しみ共有のため、私が作ったパーツ提供をしてます。質問や要望を遠慮なくコメント欄に書き込んでください。

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