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単三電池2本で動くバランス型ヘッドホンアンプの検討(その2)

低電圧で動作するバランス型HPAとして完成したいので、色々と回路構成を検討してました。

私の当初の予定では、LTSpiceを使ってオペアンプ周りの基本回路と抵抗定数を選定するつもりでした。
しかし、【低電圧環境ではシミュレーションが動かない】という問題がありました。 
JRCがリリースしているマクロ・モデル「nju7043_2.lib」を使ってもダメでした。
(SPICEでのオペアンプを使ったマクロは、私の技量では理解不能です。私の技術力の問題なのかも・・・)

よって、実回路を作ってテストするしかありませんでした。

最初に作った回路はこれです。
Hotは非反転、Coldを反転アンプにしてます。オーソドックスな回路です。
HPA_OPAMP_2.jpg  HPA_OPAMP_6.jpg

しかし、この回路ではパワーが意外に出ない問題がありました(後述)

2番目に作った回路です。
ぺるけさんの回路を参考に、反転アンプだけでの構成です。名称はv1です。
HPA_OPAMP_1.jpg HPA_OPAMP_7.jpg

3番目に作った回路です。
反転アンプだけの構成で、ぺるけさんの回路定数とほぼ同じです。名称はv2です。
音が良いと言われる、手持ちのRO抵抗の関係で初段反転回路の増幅抵抗は56k、120kの組み合わせです(ぺるけさんの回路では47k、100k)。同じく出力保護抵抗は10Ω(同4.7Ω)です。
HPA_OPAMP_9.jpg HPA_OPAMP_8.jpg

これらの回路の実体配線にはPaSSというツールを使ってみました。とてもビジュアルです。
HPA_OPAMP_3.jpg HPA_OPAMP_12.jpg

このツールの特徴の一つは「裏側配線面」が自動で作成されることです。
この機能は、実際に物作りをする我々にはとても嬉しいことです。頭の中で反転図を描かなくとも間違いなく楽に配線ができます。

【歪率と出力の比較】
これらの回路の歪率と出力です。

HPA_OPAMP_4.jpg
オリジナルの非反転+反転回路が、反転+反転回路に対し、低出力域でのノイズ成分が1/10程度と勝ります。

【結果のまとめ】

1.非反転+反転
最初に作った、非反転+反転アンプです。
かなりの低歪なのですが、最大出力が0.85Vrms程度しか出ません。
バランス型アンプになれば、電源電圧×0.7の倍程度=2Vrms を期待していたので満足できません。

2.反転+反転 v1
ぺるけさんと同じ反転+反転アンプではかなりの高結果です。目標の2Vrmsに達します。
やはりオペアンプは反転アンプが好結果を出しそうです。
高インピーダンスを考え、2段目増幅の抵抗にも高い定数を使ってます。

尚、反転出力(Cold)後の信号を次の反転出力(Hot)に入れているので、理論的には位相差が出ます。
しかし、1.のアンプと2.のアンプで位相差を比較しましたが、殆ど差が出ませんでした
(サブμSec以下の差です。人の耳では判別不能と思います)

3.反転+反転 v2
ぺるけさんの回路にかなり近い定数です。
高出力側で更なる低歪になりました。ぺるけさん、流石です。

【周波数特性】

非反転+反転
 HPA_OPAMP_10_fv1.jpg
反転+反転 v2
 HPA_OPAMP_11_fv2.jpg
この仕様では3p程度の位相補償コンデンサが適当なのですが、所持品の関係で7pを使ってます。
その関係で100kHz下からゲインが下がっています。
でも、こんな高域周波数帯でのことなので、位相補償コンデンサはオペアンプが発振しないならば不要です。
低電圧なので多分発振しません(未確認)


【意外な結果】

実はこの回路で種々の低電圧オペアンプを差し換えてテストをしてますが、
±1.5Vの低電圧領域では、「NJU7043以外では正常動作しません」
全く意外なのですが、NJUシリーズなのにNJU7094やNJU7096に付け替えても、ノイズ満載で音楽になりません。

むろん、電圧を上げれば種々のオペアンプは完璧に動作します。


先の記事にも補填しましたが、このオペアンプNJU7043は、消費電流2mA程度で動作します。
これはすごい省エネHPAになります。





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2010/3/17 電子工作をプラスしました。

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