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スレッドNo.80

差動2段ヘッドホンアンプ完成報告と初段の抵抗の値についての質問

これまでCQ版FET差動ヘッドホンアンプを始めとして、トランジスタ式ミニワッターpart5、同19ボルト版、6N6Pシングルミニワッターなど制作させていただき、自作オーディオをマイペースでゆっくり楽しんでいます。今回、続理解しながら作るヘッドホン・アンプを読み、差動2段ヘッドホン・アンプを制作しました。本当にすばらしいアンプを制作でき、このようなアンプの作り方を公開していただいたことに心から感謝します。今までのアンプ以上に音楽の躍動感が生き生きと伝わってくる感じがあります。

さて、質問というのは一応アンプが完成し、通電しても焦げ臭いにおいもしない状態を確認してDCオフセット調整に取り掛かりましたところ、片チャンネルはうまくいったのですが、もう一方が20mV以上ずれた状態で調整できません。各部の電圧を測定したところ、ずれている側の初段3.3Kの両端電圧が1.15V 1.86Vのようにかなり指定された電圧とかけ離れており、2段目の62Ω両端は1.168Vと設計値の0.72Vから50パーセント以上かけ離れた値でした。2SA1015GR、2SC1815GRともに昔に秋月で買ったストックからテスターで簡易選別したものでいずれもその中でhFEが高い方でそろったものを4本づつ選びました。C1815は430前後、A1015は310前後のhFEでした。(C1815の値はGR規格を越えていますが、メモに残っていた数値をそのまま書いています。)LEDはオレンジのものを使っており、テスターでのVFは約1.7Vでした。電源電圧はプラス側マイナス側とも約7.1V(アダプターは秋月の15V1.2Aのもの)。以上より、初段に電流が流れすぎて2段目の調整範囲を越えてしまったのではないかと考えて、初段の電流を決定している6.8Kに300Ωを直列に入れて7.1Kにしたところ安定しました。その後、電圧、電流の指示されているところを両側測定したところ、300Ωを入れていない側の2段目の変動する側の1KΩのコレクタ側電圧、0.8+-0.2Vが(GND基準で)マイナスの値を示していました。反対側6.8Kにも300Ωを追加したところ両側とも極端に異常な値はなくなりました。オフセットもきちんと調整できています。
以上のような考え方でで抵抗の値を変更しましたが、勘違いをしている部分がないかどうか教えていただければ幸いです。

引用して返信編集・削除(編集済: 2022年07月05日 18:30)

 追加報告です。
 一番最初にトラブルを起こした基板ですが、なんとか直すことができました。2枚の基板を作る際に、DCオフセットを起こすトラブルを3通り経験しました。
1.16列の1本線のジャンパ忘れ。これを忘れるとLchのヘッドホン出力がアースに接続されないため、数ボルトの大きなオフセットが生じる。
2.初段の6.8K抵抗の取り付け位置間違い。これによって100Ωの偏りが発生するので50㎷前後のオフセットが生じる。
3.初段のトランジスタE-C間の半田不良によるショート。これによりー5Vのオフセットが発生しました。
 恥ずかしい失敗ばかりですが参考になればと思い報告しました。
 最初の基板はC1815はhFEの高いものは外してhFE250前後のものに変更しましたが、初段はhFE310前後のままです。初段の抵抗は6.8Kで組んでみましたが、2段目のLEDのない方の1Kとコレクタの電圧が約0.35Vとなり、6.65mA流れることになり、多すぎるようなのでバランス調整のために初段の抵抗に120Ωを足しました。LEDのない方の1K-コレクタ電圧は0.65Vとなり、許容範囲に入りました。初段の抵抗の値を増やすことで2段目の1K-コレクタ電圧を調整できることもわかりました。
 音は規定通り作った基板とほぼ同じですが、低音の出方はこちらのほうが好みです。バイアス用LEDも違うのでそちらの影響が大きいのかもしれません。この辺のことも試してみたいと思います。

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作り直したアンプが完成しました。定数はオリジナルのままです。A1015はhFE270近辺のもの、C1815はhFEが240近辺のものを使いました。ぺるけさんの本のP93図6-11を見ると56KΩの電圧は100±20㎷になっているのでそれに相当するhFE値250±50位を考えて設計していると考えました。LEDは赤の低輝度LEDがたまたま見つかったのでそれを使いました。まず、電源回路を作成してテストしたのち、初段の差動回路とその周辺を組んでテストしました。非常に安定していて、DCオフセットは無調整でも1mv以下でした。2段目を組んでテストしましたが、2段目の回路の1KΩのアース基準での電位はLEDのついている方もついていない方も測定値が常に変動してしまい測定は不能でした。回路図から考えてもSEPP回路がついて初めて電位が定まるので当然の結果だと考えました。62Ωの両端電圧は0.84Vで安定していました。出力段のトランジスタを取り付けてみると2段目のLEDなしの側の1KΩの電位は0.76Vと0.79V、LEDありの側は0.87Vと0.88Vで望ましい値が得られました。その他の電圧値も近い値におさまりホッとしました。電源のLEDの両端電圧は1.73V、出力段のバイアス用LEDはそれぞれ1.72V、1.73Vでした。バイアス電流は47.8mA、48.5mAでした。wavegeneの1KHz出力を使いテスターでGAINを測定しました。LPFはオフにして抵抗はショートしてバイパス、2.55倍、2.56倍と設計の通りになりました。出音に関してはたいへん気に入ってしまい他の人に聞かせたくてうずうずしています。とりあえずご報告まで。

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TYさん、こんにちは。

hFEはGRの範囲に収まっていたなら、私の推定は誤りということでしょう。

もし、一から再組立てなさるのであれば、出力段のTTA008BとTTC015Bだけはまだ取り付けていない状態で一度初段及び2段目関係の電圧チェックをするとともに、出力段のバイアス用のLEDのアノードとカソード電位がGNDを挟んでほぼ対称に調整でき、調整しろがあることを合わせてしておいては如何でしょうか。
この段階では出力段の電流による電圧降下が無いために計算上電源電圧は0.3V弱高めに出てしまいますので、その分はズレますが。

引用して返信編集・削除(編集済: 2022年07月10日 10:08)

VTさん
貴重な考察をいただき、ありがとうございました。2段目のトランジスタのhFEにつき、メモに残っている値がありそうもないので外して測定したところ、いずれもマーキングはGRでhFEの値も338,339,323,328とGRランク範囲内のものでした。外しているときに2.2Ωの一方が半田ブリッジでショートしていたのでショートを解除して再組立てしようとしましたが、一部のランドが剥離してしまったため再組立てして正常に動くかどうかの検証ができませんでした。初段の抵抗値を上げて確かにDCオフセットは直せたのですが、2重に間違っていたかもしれません。混乱した投稿をしてしまい反省しています。(組み立て時の記録をきちんとする、もっと回路の動作について理解を深める必要がある、はんだ付けの確認を確実にすること。)再度、基板を組み立てます。完成したらまた報告させてください。

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TYさん、こんにちは。

単純に考えると、初段エミッタに流れる電流を減らすとバランス調整用の100Ω半固定抵抗に生じる電圧は小さくなるにもかかわらず、実際にオフセット調整ができるようになったということで、「実態として」初段電流が大きかったからというのはおそらく正しいものと思われます。

ただ、「ずれている側の初段3.3Kの両端電圧が1.15V 1.86V」から、初段の共通エミッタに流れていた電流は0.91mAで、図面の値から求まる0.87mAに対しては5%程度大きいものの、94頁に記載されている「2SA1015-GRのコレクタ電流は0.455mA]という記述には一致するので、ぺるけさんの設計通りの電流が流れていたということになるかと思います。

であるならば、なぜ初段電流が大きすぎたということになったのかが気になります。

これは単なる思いつきにすぎませんが、気になるには貴殿の投稿の中にある「hFEが高い方でそろったものを4本づつ選びました。C1815は430前後」という部分で、もしホントにhFEが高ければ高いほど良いならBLを使うという設計になっていてもよいのがあえてhFEが200-400のGLを指定していることと、hFEが大きくなるとVBEが小さくなる傾向にあることを考えると、hFEが大きすぎるトランジスタを選んだことでVBEが設計範囲より小さい傾向となったために初段電流を減らす必要が生じたという可能性があるのではないかと。


ちなみに、初段3.3Kの両端電圧が1.15V 1.86Vになっていた時は、1.15Vがわの2SC1815はエミッタ電圧よりベース電圧が低くなっているので完全にカットオフしてしまうので1.86V側のトランジスタのみが働ている状態になり、2段目の62Ω両端は1.168Vは1.86V側のトランジスタがエミッタフォロワとして働いた結果だったと思われます。

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