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「手作りアンプの会」用半導体無帰還アンプの設計（2006年1月）

　2006年２月11日（土）に和泉橋区民会館（秋葉原）で、ここに示している25W級アンプの基板を作る会を開催 します。時間の関係で、当日作ることができるのは４人分くらいまでです。人数が多い場合は、パターンを印 刷した透明シートを配布するなどで対処したいと考えています。また、希望者には可能な範囲で半導体部品を 配ろうかと考えています。準備に時間がかかるものがあるので、希望者は早めに手作りアンプの会事務局まで メールにて連絡下さい。（tezukuri-project@yahoogroups.jp）

1.回路図
2.プリント基板の設計
　(1)パターン面と部品面
　(2)25W級とする場合の部品面
3.25W級アンプを作る場合のパーツリスト
4.アース配線など
5.２段目を温度補償したい場合の回路図とパターン面
6.組立、調整
7.Q&A

エッチングパターンのpdfファイル
１の回路図のエッチングパターン
２段目温度補償型タイプのエッチングパターン

　「手作りアンプの会」の事務局長から、半導体無帰還アンプを作って音を聞いてみたいという要望がありま した。「手作りアンプの会」のメンバーですから、私がプリント基板のパターンを設計すれば、あとは自分で やってみるということなので、上野さんの力を借りて感光基板を使った基板を作ってみることにしました。
　なにせ、昔は感光基板なんて高くて買えなかったし、最近はエッチングが面倒だったりして、一度も感光 基板を使ったことがなかったのです。
　半導体無帰還アンプを私以外の人が作っても再現することを確認する意味もあった（人柱バージョンと呼ん でいました）のですが、プリント基板は2005年８月にエッチングを終了しました。あとは事務局長が自分でプ リント基板の穴あけ、部品の取付け、アンプの組立てを行い１２月に無事完成しました。音出しをしてみる と、特性、音質ともに再現性のあることを確認できました。　また、作成したパターンの問題点を洗い出すことができました。
　この結果を受けて、希望者に基板を作る手助けをしようということになり、この企画がスタートしました。
　今回のパターンは、ユニバーサル基板でも作れるように、なるべくピッチを2.54mm間隔にしてありますの で、その気になればユニバーサル基板を使って作ることができます。

1.回路図
 　さて、他の人に作ってもらうとなると、出てくる音がある程度見当がつく回路にする必要がありま す。無帰還アンプだと、「新しい回路で作ったら音がまるで違った」なんてことはまずないのですが、それで も実績のある回路の方が安心です。このため、事務局長に作ってもらった回路を使っています。
　ついでに、ある程度拡張性を持たすことができるような回路に組み上げてみました。




　実際に作るのは15～25W級のアンプなので、パターン上でジャンパーを使い、下の回路のようにします。
(2006.2.8追加)荒木さんの実験によると、DCサーボの調整範囲が狭いとのことなので、R59、R60を100kΩにした方が良い ようです。また、DCサーボの効きを良くしたい場合は、R6を4.7kΩにして下さい。



　個人用のアンプでも、スピーカー保護のための保護回路は必要だと思われますので、保護回路を付けます。24Vのリレーを使いますので、15～25W級 のアンプだと下側の回路のように出力段の電源トランスと結線し整流するだけで駆動できます。


また、ドリフトで直流電圧が出ると音が変わったりするので、DCサーボも組み込みます。
（(2006.2.8追加)上にも書きましたが、荒木さんの実験によると、DCサーボの調整範囲が狭いとのことなので、R59、R60を 100kΩにした方が良いようです。）



　電源ですが、電圧増幅段は無帰還型の定電圧電源を使います。電圧調整は、ツェナーダイオードの選別で行います。出力段の電源ですが、以前定電圧電源を試 してみた結果では若干音が詰まった感じになったので、安定化せずに供給します。




2．プリント基板の設計
　ユニバーサル基板のUP-201でも作れるように100×150mmのサイズに納めてみました。外部との接続は、ピンヘッダなどを使うと、部品面から配 線ができます。また、電圧増幅段の電源は、コネクタを使うとメンテが楽になります。
(1)パターン面と部品面
　回路図の部品を全て使う場合のパターンと部品面の配置図です。



こちらは、部品面側の配置と、基板周りの配線です。


エッチングパターンをpdfファイルにしてあります。これは、次の25W級のアンプと共通で使えます。

 エッチングパターン（pdf ファイ ル）

(2)25W級とする場合の部品面
　15～25W級のアンプとする場合は、ジャンパを利用して部品のいくつかを省略することができます。




使用する主なFET、トランジスタの外形です。2SK389（2SA1349,2SC3381を使う場合も）は、Nピンを根本から切ってしまった方が処理 が楽になります。



事務局長作基板　右側が入力、下側がＤＣサーボ
（新しいパターンとは若干違っています）


事務局長作基板　左側が保護回路
（新しいパターンとは若干違っています）


事務局長作アンプ


3．25W級アンプ（左右別電源）を作る場合のパーツリスト
　パーツリストを以下に示します。金額は、安価な汎用品を使う場合を考えています。また、値段は店によって違いますので目安と考えて下さい。この他に、送 料、予備品などが加わると合計金額が上がっていきます。 　左右共通電源とする場合はトランス、大容量コンデンサなどの部品が半分になり、その分合計金額が下がります。　概略として、ケースを別にすれば４万円弱 で製作できると思われます。

　 品名 規格 数 単価 金額 代替品など
トランス 豊澄HT1822 18V2A×２ 2 2,800 5,600 他社の同等品でOK
豊澄HTW18005 36V0.05A×4 4 600 2,400 他社の同等品でOK
リレー OMRON G4W-2212P-US-TV5　 24V 2 500 1,000 松下JC2aF-DC24V　プリント基板型など
感光基板 サンハヤト12K 100×150 2 375 750 サンハヤト33Kガラエポ\790
トランジスタ類
入力FET 2SK389 IDSSが4mA以上 2 250 500 2SK58
定電流用FET 2SK246 BLランクIDSSが8mA以上 2 30 60 　
２段目トランジスタ 2SA1285A/2SC3245A
 できればF,Gランク 4 80 320 2SB716／2SD756
2SA916/2SC1941或いは2SA915/2SC1940のLランク以上
ドライブ段トランジスタ 2SA1285A/2SC3245A
 できればF,Gランク 4 80 320 2SB716／2SD756
2SA916/2SC1941或いは2SA915/2SC1940のLランク以上
バイアス電圧調整用トランジスタ 2SC1815 GR or BLランク 2 30 60 他の同等品でもOK
出力段 2SJ554/2SK2955 　 4 500 2,000 2SJ555/2SK2586
2SJ555/2SK3419
2SJ217/2SK1297
2SJ217/2SK1303
2SJ221/2SK2314等
保護回路用 2SA1015 　 2 30 60 他の同等品でもOK
2SC1815 　 12 30 360 他の同等品でもOK
2SD1818 　 2 100 200 50V1A10W程度のトランジスタならどれでもOK
定電圧電源 2SA1837/2SC4793 　 4 80 320 2SA1358/2SC3421等
100V程度の汎用品でOK
ダイオード類
出力段用ブリッジ整流ダイオード 200V15A 　 2 500 1000 汎用品でOK
電圧増幅段用ブリッジ整流ダイオード 200V1A ＡＭ１５１０（秋月で5個／100円） 1 100 100 汎用品でOK
保護回路用ブリッジ整流ダイオード 200V1A ＤＦ０６Ｍ（秋月で７個／100円） 1 100 100 汎用品でOK
整流用ダイオード 200V1A 　 14 10 140 汎用品でOK
小信号用ダイオード 1N4148,1S1588等 　 10 10 100 汎用品でOK
ツェナーダイオード 組み合わせて39Vにする 　 ６
 10 60 　
ツェナーダイオード 9V 　 4 10 40 　
定電流ダイオード E562 5.6mA 4 50 200 　
IC
三端子レギュレータ +15V1A、-15V1A 　 4 80 320 　
OPアンプ LF411 　 2 150 300
コンデンサ類
フィルム
 100V0.1μ 　 8
 20
 160
 　
フィルム
 50V0.01μ
4
 10
 40
フィルム
 50V0.1μ
34
 20
 680
フィルム
 50V2μ
4
 150
 600
フィルム、温度補償セラミック等
 100～150p
2
 10
 20
フィルム、温度補償セラミック等
 470p
2
 10
 20
大容量セラミックコンデンサ 25V10μ 　 4 50 200 　
大容量セラミックコンデンサ 25V47μ
5
 20
 100
電解コンデンサ 25V100μF 　 6
 15 90
 　
電解コンデンサ 25V47μF 　 8
 10 80
 　
電解コンデンサ 50V100μF 　 4 20 80 　
電解コンデンサ 50V47μ 　 12
 20 240
 　
電解コンデンサ 80V22μ 63V品でも可 4
 50 200 　
電解コンデンサ 80V1000μ 63V品でも可 4
 100
 400
電解コンデンサ 50V15000μ 　 4 500 2000 　
抵抗類
カーボン抵抗1/4W 各種 　 100 1 100 　
出力段用 0.1Ω3W 　 4 40 160 　
酸化金属皮膜 1W 　 22 20 440 　
酸化金属皮膜 12Ω　3W 　 2 50 100 　
　 　 　 　 　 　 　
定電流用半固定VR 500ΩB 　 2 50 100 　
バイアス電流調整用VR 多回転型1kB 　 2 80 160 　
ゼロバランス調整用VR 多回転型1kB 　 2 80
 160 　
DCサーボ調整用VR 10kB 　 2 50 100 　
その他
放熱器(TF1312A-2) 1℃/W程度のもの 　 2 2000 4000 　
ケース 　 　 1 5000 5000 　
ヒューズホルダ 　 　 1 150 150 　
電源コード 　 　 1 150 150 　
出力端子 　 　 4 150 600 　
入力端子 　 　 2 120 240 　
電源スイッチ 　 　 1 150 150 　
パイロットLED 　 　 2 150 300 　
配線材料 　 　 　 　 　 　
　 　 　 　 　 　 　


合計

33,182


抵抗、コンデンサ一覧
抵抗一覧
コンデンサ
No.
 値
 種類など
No.
 値
 種類など
R1
 100

C1
 100～150p
 フィルム、温度補償セラミック等
R2
 47k

C2
 －
R3,R4
 5.6k

C3,C4
 50V 0.1μ
 フィルム
R5
 1.5k

C5,C6
 －
R6,R7,R8
 1k

C7
 50V 0.1μ フィルム
R9,R10
 －

C8
 50V 47μ
 電解
R11,R12
 2.7k
 ペアを選別
C9,C10
 50V 0.01μ
 フィルム
R13,14
 －

C11
 50V 100μ 電解
R15
 820
 R25とペアを選別
C12
 50V 0.1μ フィルム
R16-R18
 －

C13
 50V 100μ 電解
R19,R20
 15k

C14
 50V 0.1μ フィルム
R21
 4.7k

C51,C52
 25V 10μ
 積層セラミック
R22,R23
 1k

C53,55
 25V 47μ
 積層セラミック
R24
 －

C54
 470p
 フィルム、温度補償セラミック等
R25
 820
 R15とペアを選別
C56,C58
 50V 0.1μ フィルム
R26
 －

C57,C59
 25V 47μ 電解
R27
 1k
 1W酸化金属
C61,C62
 50V 47μ 電解
R28
 1k

C63～C66
 50V 0.1μ フィルム
R29
 680
 1W酸化金属
C67,C68
 25V 47μ 電解
R30,R31
 270
 1W酸化金属
C71,C72､C73
 25V 100μ
 電解
R32,R33
 10k

C74
 －
R34,R35
 0.1
 3Wセメント抵抗
C75,C76
 －
R36
 1k

C77
 50V 47μ 電解
R37
 680
 1W酸化金属
C81,C83
 80V 1000μ
 電解　63V品でもよい
R38
 1k
 1W酸化金属
C82,C84
 100V 0.1μ
 フィルム
R39
 12
 3W酸化金属
C85,C87
 100V 22μ
 電解　63V品でもよい
R51
 1k

C86,C88
 100V 0.1μ フィルム
R52
 10k

C89,C90,C92,C94
 50V 0.1μ フィルム
R53
 180k

C91,C93
 50V 47μ 電解
R54
 100k

C95,C96
 50V 0.1μ フィルム
R55
 1k

C97,C99
 50V 15000μ
 電解
R56
 470k

C98,C100
 50V 2μ
 フィルム
R57,R58
 2.7k




R59,R60
 330k




R71
 47k




R72
 4.7k




R73
 15k




R74
 470k




R75
 100k




R76
 1k




R77
 4.7k
 1W酸化金属



R81,R82
 47k
 1W酸化金属



R83,R84
 1k




R85,R86
 470




R87,R88
 10k
 1W酸化金属





抵抗値別一覧
No.
 抵抗番号
 抵抗値
 数
 種類
1 R1 100 2 　
2 R85,R86 470 4 　
3 R15,R25 820 4 　
4 R5 1.5k 2 　
5 R54,R75 100k 4 　
6 R32,R33,R52 10k 6 　
7 R19,R20,R73 15k 6 　
8 R53 180k 2 　
9 R6,R7,R8,R22,R23,R28,R36,
R51,R55,R76,R83,R84		 1k 24 　
10 R11,R12,R57,R58 2.7k 8 　
11 R59,R60 330k 4 　
12 R21,R72 4.7k 4 　
13 R56,R74 470k 4 　
14 R2,R71 47k 4 　
15 R3,R4 5.6k 4 　
16 R30,R31 270 4 1W酸化金属
17 R29,R37 680 4 1W酸化金属
18 R87,R88 10k 4 1W酸化金属
19 R27,R38 1k 4 1W酸化金属
20 R77 4.7k 2 1W酸化金属
21 R81,R82 47k 4 1W酸化金属
22 R34,R35 0.1 4 3Wセメント抵抗
23 R39 12 2 3W酸化金属


コンデンサ種類別一覧
No.
 コンデンサ番号
 規格
 数
 種類
1 C82,C84,C86,C88 100V 0.1μ 8 フィルム
2 C9,C10 50V 0.01μ 4 フィルム
3 C3,C4,C7,C12,C14,
C56,C58,C63,64,65,C66,
C89,C90,C92,C94,C95,C96		 50V 0.1μ 34 フィルム
4 C98,C100 50V 2μ 4 フィルム
5 C1 100～150p 2 フィルム、温度補償セラミック等
6 C54 470p 2 フィルム、温度補償セラミック等
7 C51,C52 25V 10μ 4 積層セラミック
8 C53,55 25V 47μ 4 積層セラミック
9 C71,C72､C73 25V 100μ 6 電解
10 C57,C59,C67,C68 25V 47μ 8 電解
11 C11,C13 50V 100μ 4 電解
12 C8,C61,C62,C77,C91,C93 50V 47μ 12 電解
13 C85,C87 100V 22μ 4 電解　63V品でもよい
14 C81,C83 80V 1000μ 4 電解　63V品でもよい
15 C97,C99 50V 15000μ 4 電解

その他エッチング必要品など
品名
 型番
 代替品
粉末の現像剤￥340 DP-50
エッチング液１リットル￥1500 H-1000A H-200A　￥400
無洗浄タイプフラックス￥260 HB-20F
金タワシ

バット

蛍光灯（観賞魚用20W×２本）

ガラス板


4.アース配線など
　電源・アース配線の例を示します。この例が絶対ということではなく、電流の流れをよく考えて納得できる配線にしてもらえればいいと思います。要は、電流 を流すアースと電位を決めるアースをしっかり分けることです。



　アンプ単独ではノイズが出なくても、前に繋がるアンプによっては微弱なハムが出ることがあります（アー スのループができていないことを確認する必要はありますが）。高能率のスピーカーの近くにいると気になる 程度のハムです。これは、アンプ間で　電源ラインと電源トランスを通した干渉が起こり、アースに電源の交 流が流れているためと考えられます。このような場合は、信号がアンプに入ってきた早い段階でアースの電位 を安定化する必要があります。ケースバイケースになるとは思いますが、下記のような配線方法も効果があっ たりします。






5．２段目を温度補償したい場合の回路図とパターン面
　電圧増幅段の２段目をカレントミラータイプにして温度補償と非線形歪みの低減を図りたい場合の回路図は以下のようになります。




　パターン面を以下に示しますが、デュアルトランジスタを使うパターンにしています。シングルを２個でも使用できますが、若干熱安定性が低下すると思われ ます。

　エッチング用のパターンをpdfファイルにしてあります。
　２段目温度補償型タイプのエッチングパターン（pdf ファイル）

6.組立、調整
6.1　部品
6.2　組み立て
6.3　調整
(1)安定化電源
(2)アンプ部単独
(3) 出力段、DCサーボの動作確認
(4)保護回路
6.4　2SK58を使う場合のパターン修正

6.1　部品
基板を小さめに作っている関係で、部品は小型のものを使う必要があります。特にコンデンサ類は、同じ規格でも大きさがかなり違いますので、小型のものを選 んで下さい。さもないと、基板に納まらなくなります。

6.2　組み立て
・電源部分を先に組み立て、電源部分だけで動作することを確認します。
・次にアンプ部分を組み立て、出力段、DCサーボを接続しない（R52を付けない）状態で動作確認をします。
・バイアス調整回路のC7,C8は、重ならないようにずらして取り付けて下さい。リード線の片側を長くして取り付けるとよいかと思います。
・DCサーボのC55とパスコンの0.1μFはぶつからないように適当にずらして取り付けて下さい。
・ZD5,6,7、ZD3,4,5は、適当な電圧になるように組み合わせて取り付けて下さい。
・外部への接続部分は基板にピンヘッダを立て、表面からハンダ付けすると組み立てが楽になります。
・整流回路からの配線は、コネクタを使うとメンテナンスが楽になります。

6.3　調整
(1)安定化電源
　スライダックで徐々に電圧を上げていき、各部の電圧に異常がないか確認します。整流回路からの電圧が±40Vを超える辺りからほぼ一定の電圧（だいたい ±37～39V）になることを確認します。
　DCサーボの三端子レギュレータは、所定の電圧が出ていることを確認します。
(2)アンプ部分単独
　バイアス調整回路は適当に配線し、出力段、DCサーボを接続しないで（R52を付けない）電圧を上げていき、各部の電圧が問題ないか確認します。電源が 安定化領域に入ったら、VR1を回してR11,R12の両端に発生する電圧が5.5V程度、VR2を回してR30,R31の中点の電圧がだいたい０Ｖ、 VR3を回してバイアス回路の電圧が最低（３Ｖ程度）になるように調整します。この状態で３０分間程度調整しながら様子を見ます。
　DCサーボのOPアンプ（LF411など）は、出力がプラス或いはマイナス９Ｖ程度の一定電圧になっているはずなので、これを確認します。
(3)出力段、DCサーボの動作確認
　出力段を配線し、R52を取付け、徐々に電圧を上げて行きます。ＤＣサーボが効き始める電圧になったら、電圧に異常がないか確認しながら電圧を上げてい きます。
　VR51を回して、出力電圧が±20mV以下になるように調整します。±5mV程度は揺れますので、あまり神経質にならないこと。
　次に、バイアス調整回路のVR3を回し、出力段のソース抵抗0.1Ωの両端の電圧が20～30mVになるように調整します。ゆっくり回して、無理に電流 を流さないで下さい。３０分間くらい調整をして安定することを確認します。
　今回の回路では温度補償を効き過ぎくらいにしてありますので、温度変化によってバイアス電流が変動します。バイアス電流の調整は、あまり神経質になりす ぎないようにして下さい。
オシロスコープがあれば、各部の状況を確認します。発振することは無いはずですが、確認しておくといいでしょう。また、電源が発振していないかも確認しま す。

(4)保護回路
　乾電池に１kΩ程度の抵抗を接続し、アースとR71の保護回路側に電圧をかけます。プラス側、マイナス側でリレーが動作することを確認します。

6.4　2SK58を使う場合のパターン修正
　初段に2SK58を使う場合は、下図のように追加の穴を開けて抵抗を取り付けて下さい。


7.Q&A


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