2012/01/14(土)PWMなD級アンプ組み立て
strvさんのDPA01組み立て
strvさんのフルディスクリートD級アンプDPA01を組み立てました。
出力端子を買ってくるのを忘れたのでケーシングは諦めて（＝スピーカーにつなぐのは諦めて）、5.2V駆動させてヘッドホンを鳴らして遊んでいました。ヘッドホンだとD級独特の「ジー」ノイズが聞こえてしまうのはご愛嬌ですが、これが結構ちゃんと鳴るんです。
さすがにジー音がひどいのでパワースイッチと、信号段の間に100Ω+100uH+フェライトビーズのいつものフィルタと16V 680uFの電解×２、16V 100uFのOS-CONを入れました。
D級特有の中域の明瞭感があり、その点だけとればどのアナログアンプよりも優位。ただし、D級のジー音がどうにもこうにも……なので、同じようなものを作ってしまえ！と（苦笑）
補足
フィルタが8Ωの純抵抗負荷用に設計されているので*1、「12V駆動して出力を6Ω+2Ω（=8Ω）で終端し、分圧。これの2Ω側と並列にヘッドホンをつなげると良い感じで鳴る」（作者のstrvさん談）とのことです。
PWM式D級ヘッドホンアンプ（実験）
いつもどおり電池２本です。バカの一つ覚えここに極めたり（苦笑） ……といいたいところですが、D級ヘッドホンアンプを製作する場合、電源電圧が高いと色々と問題があります。
- 電源電圧が高くなるとゲインがどうしても高くなってしまう。
- 出力段スイッチが発生する電源ノイズがどんどん強くなってしまい、結果、何も再生してないのに出力がノイズだらけに……。
この点で電池２本というのは悪くない選択です。
よくある三角波生成回路を使って、バッファを使わずオペアンプで直接出力してみました（笑） そのせいで上のDPA01よりマシですが「ジー音」との戦いになってます。諦めたらバッファ付けます^^;; 回路原理はDPA01とまったく同じなのでstrvさんの同人誌「HPA&Analog Vol.6」を読んでください（苦笑）
使えるオペアンプですが、確認したところで２つです。
- ADA4891-2（U2だと音声帯域にもホワイトノイズが……）
- LTC6253（U2だとオーバーシュートが）
スルーレートの高いオペアンプでないと、高周波の三角波がうまく生成できませんし、最後のH/L出力も立ち上がり波形や立下り波形が鈍ったり、三角波の波形が崩れると、音の明瞭感が損なわれ混ざったり、場合によっては歪んだ音になります。またU2はオーバーシュートが少なく、しかもある程度電流が取れる高速オペアンプが必要になります。*2
発信周波数は「C 470pF」を330pF～2200pFぐらいに変更すると色々変わります。積セラではなくフィルムコンを使ってください^^;; 発振周波数を100～200kHzまで下げればAD8656等の他の（レールtoレール）オペアンプで動作します。
| オーバーシュートと波形歪み | それなりにうまく動作中 |
|---|---|
 |  |
色々述べましたが、この回路はあくまで実験回路です。現状、結構良い感じには鳴っていますが、ジー音との戦いとか色々あります。試したらぜひコメントください。
たまにはみんなで公開実験して回路を改良して行きましょう（笑）
追記
高域ノイズみたいのは対策して消せたのですが、ホワイトノイズが消せない……。
バッファオペアンプ兼コンパレーターが、負帰還をかけないと電源以上にノイズを出してしまうことが分かったので（しかも音声帯域のホワイトノイズ（苦笑） ……出力に直接乗ってるのか、スイッチ動作のゆらぎに混ざってるのかは不明）、諦めてMOS-FETで出力バッファを組む予定。
ちゃんと鳴った
ホワイトノイズ発生源を調査していたら、基準となる三角波が原因だったので（ファンクションジェネレーターで三角波を入れたらホワイトノイズが激減した）、カプリングコンデンサC6を入れ、R4とあわせてカットオフ34kHzのHPFを構成し音声帯域のノイズを三角波から消したら見事に解消。*4
C7は「キー音」ノイズ対策で、前から入れたあったけど秘密にしておくのも何なので公開。オペアンプ側から漏れ出すスイッチノイズを逃す役割があります。ボリュームを10KΩ以外にする場合は値を変えてください。*5
動作確認オペアンプは次のとおり。
- ADA4891-2 220MHz 170V/us（推奨、でもU1には向かないみたい……）
- LTC6253 400MHz 280V/us
- LTC6247 120MHz 90V/us
- LT1807 325MHz 140V/us（U1のみ。U2では音が歪む）
上にあるとおり高速オペアンプ以外では動作しません。電圧は電池2本～オペアンプの耐圧が許せば高くても大丈夫みたいですが*6、せいぜい電池４本ぐらいで。抵抗はカーボン抵抗で充分（笑）
フェライトビーズがなければ省略してください。出力フィルタの47uHのコイルは直列等価抵抗が2.4Ωあるものを使いましたが、パワーコイルを使うと100kHzぐらいの共振が強く出るので、直列に2.2Ωぐらい入れたほうがよいかも知れません。コンデンサは言うまでもなくフィルムコン。
ヘッドホンによるかもしれませんが、あのヘッドホンアンプより音良かった（苦笑） 色々研究して後日記事にまとめますが、速報としておいておきます。
ちなみに、あのヘッドホンアンプの改良型回路も考え中なんだけど、どうしたものか（苦笑）
特殊な部品は何も使ってませんし、オペアンプも国内通販で手に入りますし、誰か作りませんか？*7
補足と随時追記
あくまで実験中の回路です。不具合等々は覚悟の上で作ってください^^ これをベースに色々いじりたい人向け。
- オペアンプによって波形が崩れたりヘッドホンで相性でたり、なかなか大変です（苦笑）
- D級の難点、ヘッドホンによって高域が綺麗にでないことも……。
- Zobel（スナバ）つけるといいかも。今のところ、0.1uF+1Ω。
- C5を1000pFぐらいにしたほうが音がガサガサがしなくて（なめらかで）良い感じ。
- U1=
LT6253(書き間違え)LT6247, R2=22k, R3=15k, C5=1000pF, U2=ADA4891-2 - R2,R3は値が小さいほうが外来ノイズを拾わなくて良いのですが（手を近づけるとU1の3pinが拾いやすいことが分かる）、R2=2.2k, R3=1.5kよりもこの値のほうが音がいいという謎。
- 振周波数が330kHzぐらいになり、除去しきれないスイッチノイズ漏れが……。
- 特にHDDレコーダーをつなぐと謎のホワイトノイズが……。レコーダーのDACに330kHz付近の残量ノイズがあると予想するけどまだ不明。
- U1=
- (1/28)自励式（別回路）を調整中。こっちの方が楽で良いかもしれない。
