Discrete DC AMP

LTspice で回路設計・シミュレートした回路 の 実証版です。  ( シミュレートはこちら
この道には 諸先輩の知恵と贅を凝らした回路が 沢山ありますので
何をいまさらという感もありますので、 真っ向勝負は 避けましょう。
料理番組で言う、「冷蔵庫に残っている 物で作る、簡単レシピ」 ならぬ、 
だれの部品箱にも 「ありそうな部品で作る ディスクリートDCアンプ」 です


基板改版しました。 
改版内容は こちら

テレビで 「冷蔵庫に残っている食材で作る、簡単レシピ」 的 な料理番組を見ていて思うのだが 「そんなに 都合良く、食べかけのヨーグルト や 豚バラ肉が 余っているか!」 と、文句が出そうになるのですが ・ ・ ・ ・ ・ まぁ 肩肘張らずに 考えましょう。  「そうそう、うちの冷蔵庫にも たまにはあるわ〜」 と。  いつもの食材・どこでも手に入る食材 ということで。

・ ・ ・ と、予防線を張ったところで
本題の、誰の部品箱にも 「ありそうな部品で作る ディスクリートDCアンプ」です。



                                    こんな基板です
      

< 1ch分の材料 >
  トランジスタ 2SC1815 5本  ランクGRを使いましたが、Yでも OKかも。
  トランジスタ 2SA1015 3本  ランクGRを使いましたが、Yでも OKかも。
  LED 3Φ 赤      2本   Vf = 1.8V
  1/6W カーボン抵抗  16本  各種
  半固定ボリューム   1本   DCバランス調整用
  セラミックコンデンサ  3本   位相補正用
  電解コンデンサ     2本   背の低いものが良いかも
  端子用 ヘッダーピン 少々  お好みで半田付け好きの向きは不要

今回用意したお皿(基板)には、二人前(2ch分)のりますので 上記材料の2倍用意すればOK.

                                       盛りつけ例
                  

  

LTspice設計時の回路
                                                

                                                               ダブルクリックで拡大


上記が、LTspiceで高域性能を重視して設定した位相補正回路付きの全体回路です。  (検討後の最終回路ではありません)

組み立て早々 電源を入れてみます。  16MHz近辺で、思いっきり発振していましたので、位相補正用コンデンサを 全て 470PFに変更しました。

発振が落ち着いたところで、DCバランスを調整します。 半固定VRに100Ωを使ったので シミュレーション時には 調整が荒すぎる、ということで パラレルに22Ωを入れていたのですが、実際には 調整範囲が狭く、パラレルの 22Ωは とりあえず外しました。


  10KΩ負荷時の最大出力確認

      

THD1%時で、 13Vpp / 9.12Vrms 得られていますので ほぼ目標通りといえます。


さて次は、 8Ω負荷時の出力確認です。

      

0.8Vrmsの波形です。 クリップ前に上側の波形がなまってきて 10kΩ負荷時とは、波形の様子が変わっています。 THD 1% 出力は、0.45V程度得られました。 8Ωは重すぎです。





仕上がり Gain = R1/R2 + 1 = 2/1 + 1 =  3 倍    ( 9.54dB )

と、ヘッドフォンアンプに都合の良いGain に設定してありますので、早速いつものようにトランスを介して スピーカーにつなぎ試聴。  
1次60Ω 2次8Ω相当です。 ( トランス接続の参考資料は こちら )



  と、 音が異常に歪みっぽい。 

調べて見ると、DCオフセットがズレ込んで DCがトランスに流れて、Final の トランジスタがかなり 発熱しています。 

負荷open時の出力端には、DCが 0.8V位出ていました。
(このような事態が発生しますので、実験中は直接スピーカをつないではいけません)



原因は、駆動インピーダンスにありました。 DCオフセット調整時、入力はジャンパで シャントしていたのですが、 音出しの為につないだ 回路は、コンデンサ出力のライン出力端子ですから 、DC的に抵抗値は無限大です。

つまり、今回のDCアンプの回路は入力バイアスが流れますので、接続相手が特定できない場合は、入力端子は 「DC結合してはいけない」 というのが結論です。 つまりコンデンサ結合して前段の影響を受けないようにします。


さて、入力がオープン時(コンデンサ結合時)には、今度は DCバランスが取れません。
これは差動トランジスタのベース接地抵抗の差が大きいからです。

      

Raの設計値は、入力インピーダンスを意識して 100kΩ、 Rbは、S/Nを意識して 1kΩとなっていますので、差がありすぎるのです。 DCバランス調整のためのVR値もあまり大きくしたくないので、 今回は Ra=10kとしました。 これで、バランス調整は出来る範囲になります。

入力インピーダンスが ちょっと 低目ですが HP.amp等に使う分には問題ありません。



再度、トランス接続で 出力を確認します。

          1次 60Ω:2次 8Ω相当の波形

       

8Ω両端で 1.24Vですから 192mWの出力が得られています。 波形も、直接8Ω負荷時とは違い、 10kΩ負荷時と相似形となりました。 

ファイナルトランジスタのエミッタ抵抗(Re) に 75Ωを使っていますが、上記の様にトランス負荷などの 低インピーダンスの負荷を 駆動したい場合は、5Ω〜10Ω位 の小さな抵抗値の方が 電力を取り出せます。  トランジスタのバラツキ吸収用ですので あまり小さくしない方が良いでしょう。




色々いじっていると、負荷条件によっては寄生発振する場合もあるようですから、出力端にも、抵抗+コンセンサ の サプレッサを入れた方が良いかもしれません。基板上には、パターンを用意していないので、基板外で附加します。

                                         出力部 回路
                     
      R1は、10Ω〜22Ω、 C1は、0.1uF〜0.22uF 位を 入れます。
                             ( 男は、黙って 10Ω + 0.1uF 





修正版 回路図






< バラック組みで試聴 >

  おやっと思うような柔らかな音です。 
  LME49600は 「ビシッと」 ダンピングの効いた安心できる音ですが、
  たまには 「ハンナリした」 このアンプのような音も、また 佳いのです。

 さて、 回路図を眺めていた方は、入力部にあるコネクタにお気づきでしょうか。

                       この部分です
             

コネクタピンに割り振られた信号名をみて、 「あぁ、そっか」 と気づいた方も 多いかもしれませんが、 そうなんです 8pinオペアンプ のピン配置になっています。

ここからケーブルで、既にあるオペアンプを使った基板のオペアンプ部を この MyデスクリートDCアンプ に置き換えよう  なんちゃって ことも 目論んでいるのです。  このコネクタ配線で 他の基板の オペアンプを 乗っ取れば、こちらの基板にある 電源コネクタや 入出力コネクタは 不要になります。 



                       基板配置図


                          この基板は、 system72 に準拠しています。









基板改版しました ( Feb, 2012 )





LME49600ヘッドフォンアンプの前置オペアンプを
ディスクリート基板に 置き換えてみました






材料の写真(1)
コネクタとヘッダーピン、そしてオリジナル変換基板を
組み合わせれば、OPAの簡単置換セットができます。
 

材料の写真(2)
これで、OPAと差し換え可能です。



LME49600基板の前置オペアンプと差し換えます





サーボアンプが、LME49600基板側に付いているので
DCオフセットズレは、気にしなくてOKです。



ふ〜む、 オリジナルOPAも 面白い。 








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