タカシラボ

電子工作とかDIYの趣味を広く浅く、子育てにも活かしながら。

部品箱のジャンク部品を使ってアンプ測定用の治具を作る。②とりあえず完成

非常に簡単な回路なので、ケースの穴あけが完了すると、あっという間にできました。

ケースの穴あけも、たいして考えず適当にあけました。

ちょっとずれたところで、もともと穴だらけのケースなので惜しくありません。

 

さて、先日設計した回路には、一部誤りというか、意図と違うと所がありました。

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もともと計画した回路図は上記なのですが、オシレータの出力ーアンプの入力部分と、アンプの出力ー計測器部分のアースがつながっていますね。

これでは、計測用治具の中で入力と出力のアースがつながってしまい、いい感じにループになっています。

 

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というわけで、点線で描いたところは本来切り離しておくべきラインです。

どちらかのアースだけ、シャシーアースを取れば良いと思います。

ただ、今回はケース取り付け部が絶縁されていないBNC端子を使ったので(部品箱で4つも余っていたのがこのタイプのBNCだった。)残念ながらアースがつながってしまっています。

というわけで、意図とは違うのですが、実際作ったものは初めの回路図どおりのものです。

これによる測定値への悪影響がどれくらいあるのか分かりませんが、とりあえずやってみようというところです。

全くダメなようでしたら、新しく作り直すか、BNC端子だけ絶縁のものに取り換えればよいでしょう。

今回は部品箱に余っているジャンク部品だけを使うのがコンセプトなので、仕方ありません。

 

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穴あけをして、パネル部品を取り付けました。

BNC端子は4隅のねじ穴のうち、無精して2か所だけで固定しています。

これでも、丸穴だけで取り付けられる絶縁タイプのBNCに比べたらかなりの手間ですね。ケースとも接触してしまうし、全くいいところがありません。

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一応、気持ちだけは入力側と出力側のアースが浮いているように配線しました。

(あまり意味はないと思いますが。)

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横から。

実にいい加減です。

配線材も、アンプを作った時に半端に余った線材を使ったので、色が不ぞろいですし、アースラインと、信号ラインが同じ色だったりします。

全く褒められたことではありませんが、中途半端に余った線材って、捨てるに捨てられず、微妙な長さで放置されているんですよね。

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というわけで完成です。

側面には余分な穴がたくさん空いています。

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ミリバル以外に、オシロスコープを繋ぐときはこんな感じ。

入力をショースするときは、RCAプラグをワニ口クリップでつまんでやれば良いでしょう。

容量負荷を与える時は、スピーカー端子に直接はさめば良いかと思います。

アンプと治具の接続はバナナ端子を使う予定なので、同時に接続できます。

もう時間も遅いので、測定はまた週末にでもやろうと思いますが、これでちゃんと計測できるのであれば、ワニ口クリップの空中配線に苦しみながら測定するよりは、格段に便利になったはず。。

部品箱のジャンク部品を使ってアンプ測定用の治具を作る。

さて、アンプを測定する時って、計測器とか、発振器とか、ダミーロードとの配線がけこう面倒ですよね。

しかも、そんなに頻繁に測定するものでもないので、ついつい場当たり的にワニ口クリップとかを駆使して済ませてしまっていました。

ただ、ワニ口クリップだと、コードのテンションが変わると測定値が変化したりするのであまり良く無いなぁと思っていました。

計測項目を変えたり、左右チャンネルを変えたりするときも、配線の繋ぎ変えが煩雑なので、なんとかしたい。

これは、ダミーロードを含む測定用の治具をついに作るときがきたようです。

私がアンプを測定するときの項目は、以下のとおりです。

  • 利得
  • 入出力特性
  • 残留雑音
  • ダンピングファクター
  • 周波数特性
  • ゆがみ率
  • クロストーク特性
  • 方形波応答

使用している計測器は、

これらを効率的に計測できる治具を考えてみました。

また、今回は部品箱に余っている部品だけを使って作りたいと思いますので、あんまりたくさんの端子は出すことができません。

 

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オシレータからの入力をアンプへ送るRCAと、ミリバルへ送るBNCに接続します。

アンプからの出力はスピーカー端子で受けて、ミリバルへ送るBNCを接続。

ダミーロードは8.2Ωのセメント抵抗を接続しますが、ダンピングファクターをON/OFF法で効率的に計測するため、ダミーロードへの途中にスイッチを入れました。

入力信号と、出力信号を同時に見たいので(せっかく2CHのミリバルがありますし)、こうしておくと便利です。

制限としては、左右のCHを変更する場合は、ミリバルへの接続を手動でつなぎ変えないといけません。

また、本当はオシロスコープ用に入力出力ともBNC端子をもう一つずつ出しておきたかったのですが、部品箱のBNCプラグが4つしかなかったので、省略しました。

回路図に()をした端子は実装しない予定です。

逆に、2股になったBNC端子用のアダプタを持っていたので、オシロスコープ又は歪み率系を綱くときには、そちらを利用することとします。

 

ケースも、部品箱で余っていた使用済みのケースを再利用することにしました。

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パネル部品がぶらんぶらんしているかわいそうなケース。

捨てようか迷っていましたが、計測の時にしか使わない道具なので余分な穴がたくさん空いていても問題ないでしょう。

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ジャンク部品勢ぞろい。

RCA端子もほんとは赤白が良かったのですが、部品箱になかったので赤黒です。

逆にスピーカー端子は赤黒が良かったのですが、これも部品箱の在庫の関係で白黒です。

BNC端子は、ケースと絶縁されるものが良かったのですが、これも手持ちが絶縁されないやつだったのでしかたありません。

取り付けも、4隅をねじで固定するタイプなので、穴あけが面倒ですね。

RCAプラグみたいに丸穴だけで済むやつが良かったのですが、文句は言えません。

こういう時に使わないと、一生使わないまま捨てられていってしまいますから。

セメント抵抗は10Wのものですが、ここは平ラグにつけておけば、今後ワット数を増やしたいときもスムーズに変更できるでしょう。

平ラグも再利用品で、何に使ったのかわからない抵抗がついています。

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さて、適当に部品の配置を確かめて、適当に穴の場所を書き入れました。

穴さえあけてしまえば、すぐ完成なのですが、ケースの加工はやはり面倒ですね。

直熱管71Aを使ってシングルアンプを作る ⑨配線完了から音出し

やっと一通りの作業が完了しました。

アンプ部も、おそらく配線間違いはなさそうだったのでケースに組み込み。

(作成中には、FETの向きを間違えて取り付けていたりして、色々とミスがありましたが。)

真空管なしの通電試験でも、大体予想通りの電圧が出ていたので、いよいよ真空管を挿して通電しました。

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またまた不安定で危険な通電試験の図。

300V 程度の電圧はあるので、非常に危険です。

ヒューズは入れていますが、コンデンサが爆発しないか、抵抗が燃えないか、最初の通電のときはいつもはらはらします。

固定バイアスとかで失敗していると、真空管がライトのように光ることもあるといいますし。

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フィラメントはかなり控えめに光っています。

上からのぞき込まないと見えないくらい。

 

幸い、真空管を挿した状態でも各部の電圧はだいたい予想どおりでした。

ほっとする瞬間です。

長い時間をかけてゆっくり作ってきた割には、最後の方でやっつけ仕事になってしまったので心配していたのですが、大きな修正は必要なさそうです。

というわけで、ケースを閉じてスピーカーにつないで、いよいよ音出し。

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まずはボリュームを最小にして、スイッチオン。

しばらく待っても、雑音は発生しておらず一安心。

次にソース機材を繋いでみます。

我が家のソースは、ラズベリーパイに、たかじんさんのIrBerryDACを載せたものです。

OSはVolumio2です。

音楽を再生し、ゆっくりボリュームを上げていくと、いい感じで音が出始めました。

実は、真空管のシングルアンプを作るのは今回が初めてなのですが、十分良い音に聞こえます。

あんまり批評家的なコメントは避けますが、満足いくものでした。

1時間くらい連続運転しましたが、変化なく音楽を奏でてくれました。

ただ、電源トランスはけっこう熱くなりますね。

触れないことはないですが、ずっと触っているには苦しい熱さです。

電源トランスの温度上昇限度は、100℃~ということなので、手で触れるのであれば問題ない範囲だとは思いますが、このアンプで最も発熱している部品かもしれません。

 

さて、次はアンプの特性を測定しなくては。

(多分音をだすより先にある程度測定すべきだと思います。)

直熱管71Aを使ってシングルアンプを作る ⑧アンプ部その他の組み込み

アンプ部ができて、目視と導通チェックを終えました。

夜も遅くなってしまいましたが、我慢できなくてケースに組み込みました。

しかし、焦ってあまり検討せずに作業するといけませんね。

やはり配線ミスを多発、線材の長さも適当になって、仕上がりが汚くなってしまいました。

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特に出力トランスまでの線材は、ケースにあけた穴を通してつないでいるのですが、ちょうどよい長さにすることが難しく、不ぞろいになってしまいました。

また、電源回路からアンプ部用の配線はあらかじめ用意していたのですが、出力トランスに向かうB+をすっかり忘れており、非常に難儀しました。

すでに電源回路はケースに組み込んでソケット周りへの配線も済ませていたので、容易に外せる状況ではありません。

しかも、B+を出しているピンが奥まったところにいってしまったので、新たに2本配線を出すとなると、良い角度にはつけられませんでした。

結果、電源ラインの近くをぐるっと回るような形になってしまい、ノイズの影響が心配です。

どうにもならなかったらあきらめて修正しようと思い、とりあえず配線しました。

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RCAからの入力も、どうやってボリュームまで引き回すか悩みました。

この字型のケースを使ったので、ケースの端を這わせることが難しくなっています。

仕方ないのでアンプ部とソケットの間を通しました。

入力セレクタはつけなかったので、シールド線も使っていません。

アースの処理としては、RCA端子のグランドとボリュームのグランドをつなぎ、ボリュームのグランドからソケットの間に作ったアース母線に落としました。

ケースへは、RCA端子のところでシャーシアースをとっています。

 

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スピーカー端子まわりの配線です。

この辺をもう少し長さをそろえたかった。

出力トランスからの配線は、一旦アンプ基盤に配線して、そこからスピーカー端子に配線するようにしました。

どうせアースを接続する必要もありますし、負帰還用の配線も必要なので、スピーカー端子のところで二股に分けるよりは、アンプ基盤を中継してもらえば配線が短くなると思ったからです。

しかし、配線してみると大した違いはなさそうだったので、むしろ出力トランスの端子から2本配線を出しても良かったかもしれません。

この辺の実装の流儀はいまだによく分かりません。

 

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なんだか電解コンデンサが林立する感じになりました。

ケースはこれ以上小さいと配置が厳しそうです。

念のため回路図を追いかけながら配線漏れがないかをチェックしましたが、眠たい状態で通電試験をするのは怖いので、今日はここまで。

すでに音出しもできる状態のはずなので、いいところでお預けされた気分ですが、焦っても良いことはありません。

すでに焦って失敗しています。

ゆっくり落ち着いて作業するのが大切ですね。

そもそも趣味なので期限もありませんし、できるだけゆっくりした方がお得という話でもあります。

 

 

直熱管71Aを使ってシングルアンプを作る ⑧アンプ部の製作

電源回路まで組み付けてしまうと、いよいよ完成が近い感じもしますし、早く音を聞きたくなって引き続きアンプ部を製作しました。

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電解コンデンサが大きいので、真空管ソケットやグランドとの接続するピンがずいぶん奥まった場所になってしまいました。

最初から配線しておいて、コンデンサを上からかぶせても良かったのですが、後から修正が発生したらもうどうにもなりませんね。

色々考えた挙句、コンデンサの足を伸ばしておいて、そこに線材をひっかけて配線することにしました。

あまり褒められたやり方ではありませんが、修正は容易になると思います。

ただ、今回は手持ち部品の関係で、真空管ソケットに共締めした立てラグのピンが余っているので、ここに引き出しておけばよかったかなと思いました。

 

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負帰還回路周辺。

位相補償コンデンサと、帰還用に初段のソースに入れた抵抗は変更するかもしれないので、足を長めにしておきましたが、抵抗やジャンパ線が4つ集まったところに足を突っ込んでいるので修正は難しそうです。

本当は実験回路を組んで、しっかり定数を吟味しないといけませんね。

今回は無精して作例をそのまま使わせて頂きましたが、手持ち部品の関係で一部抵抗値が違っているのでどうなることやらです。

 

直熱管71Aを使ってシングルアンプを作る ⑦電源回路の通電試験と取り付け

一応目視とテスターで当たった限りでは、間違いはなさそうだったのですが、一旦組み込んでしまってから手直しするのは非常に大変なので通電試験をしました。

 

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非常に危険な通電試験の図。

ほんとはブレッドボード的なものに固定するべきなのでしょう。

ダイソーのMDFボードも余っていたので、ブレッドボードを作ろうかとも思ったのですが、面倒でやめました。

ケーブルにテンションがかかっていないか、入念にチェックしてスイッチオン。

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ワニ口クリップは、某店の激安品なのですが、これが非常に使いづらい。

ワニ口部分のかみ合わせが悪くて斜めに開くので、口が開いた状態で保持するのに力がいる上に、ゴムのカバーがつるつるすべって作業性を著しく損ねています。

高電圧もかかる恐ろしい回路なのに、質の悪いクリップを使うと危険が倍増します。

道具はぜひ良いものを使うべきですね。

ここはけちるところではありませんでした。

 

ともあれ、手早く電圧を計測したところ大体許容値に収まっていました。

フィラメントはDC点火するので直流回路なのですが、予定5Vのところ8V出ていて当初、おや?と思いましたが、CRフィルタなので電流が流れていなければ整流後の電圧そのままですね。

特に問題なさそうです。

 

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よさそうだったので、必要な線材をはんだ付けした状態で、ケースに組み込みました。

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中央のスペーサは、穴をあけるのが面倒だったので3Dプリンタで出力しています。

ちょうどトランス用のケースが上にあるので、2重に穴をあける必要があったので穴あけはやめたのです。

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補強用のL字アングルもぎりぎりまで迫っていたので、台座の隅っこに柱を立ち上げました。

ケースには両面テープで接着しています。

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電源トランス、フィラメントに対して配線しました。

20ピンの平ラグにほとんどの回路が収まっていて、回路自体は作りやすいのですが、ケースに取り付けた部品とつなぐ場所が多いので、ケースに対して組み込むときは必要な線材をちょうど良い長さに切って予め取り付けておく必要があり、わりと時間がかかります。

線材の長さが見込みより長かったり短かったりしても手直しが必要ですし、配線が間違えていた場合、修正するためには配線済みの個所が邪魔をしたりして、これはこれで難しいなと思いました。

実際、トランスへのB+を配線し忘れていて、この後非常に狭い場所で追加の配線を強いられることとなりました。

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電源トランスまわりの配線。

本当は、交流が乗っている部分の配線をもっとしっかりよじっておくべきなのでしょうが、ちょうどよい長さで配線するのも大変なので妥協しました。

はんだ付け前にしっかりよじっておいて、ちょうどよい長さをあてがいながらカットしつつ配線するようにしないと難しそうです。

今回は、片方を平ラグにはんだ付けしてからケースに固定し、電源トランスに対して線材を捩りながら配線したので、あまりしっかり捩ることができませんでした。

 

ここまでできると、やっと完成が見えてきたような気がしますね。

さて、久しぶりに高圧回路に通電しようとすると、あれ?と思ってしまってしばらく考えたことがあったので忘れないように書いておきます。

  • 無負荷の電源トランスの1次に100Vを通電して良いのか?

 電源プラグをつなごうとして、はたと不安になりました。テスタでGNDとV+が導通していないか調べていた時に、電源プラグの両極でも通電サインのブザーがなったからです。

電源トランスの1次側は直流抵抗は数Ω程度でした。

直流的にはほぼショートしているようなものですが、商用電源に対してはインピーダンスが高くなっているのでショートはしないということですね。(間違ってたら教えてください)トランスの巻き線はコイルなので、電圧がかかっても電流が流れようとするまでに位相の遅れがあり、いざ電流が流れるころには逆相になっている、そしてそのタイミングは50HZとか60HZでちょうどよくなっている、というような感じでしょうか。

  • フィラメント用の直流回路は、プラスとマイナスで導通してる?

 これも導通チェックをしていた時ですが、フィラメント用の直流回路で、プラスとマイナスでテスタの導通ブザーが鳴ります。

あれ、ショートしてるのかなと思いましたが、配線は大丈夫そうです。おそらく、リプルフィルタのコンデンサが4700μF × 2個もあるので、テスタでは導通ブザーが鳴ってしまうのでしょう。

抵抗レンジにして計測すると、数100KΩあたりでくるくると変化していたので問題ないだろう思い、通電試験をしてみました。

  • リプルが15Vもある?

 恥ずかしながら、デジタルテスタのACVレンジは直流が乗っていたとしても交流成分だけを測れるのだと思っていました。計算では0.02Vくらいのリプルしか残っていないはずなのに、ACVレンジで整流後のV+電源を計測すると15Vで安定していたのでびっくりしました。

また配線ミスを疑ってしばらく平ラグを眺めたり、はんだ付け部分の導通チェックを総当たりしましたが問題なさそうでした。

そういえばと思ってフィルムコンデンサを介して計測すると0.01Vくらいでした。

思い込んでしまうと、トラブルシューティングって難しいものですね。

スペーサーを3Dプリンタで作る。

スペーサって、よく使う長さのものはある程度ストックしておくようにしているのですが、ケースが小さくて高さがギリギリだとか、タップを切ってあるやつが良かったり、逆にタップを切っていないやつがよかったり、実際のニーズに合わないことがあります。

そんなときに3Dプリンタで必要な数だけ、必要な形で出力することは、ひとつの最適解かなと思いました。

今回は、8㎜だとぎりぎり、5㎜だとちょっと不安という感じだったので、6mmで出力してみました。

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これくらいだと20分もかからずに設計から出力まで完了しますし、非常に手軽です。

精度もスペーサとして使う分には問題なさそう。

 

さらに、穴をあけたくないときには貼り付けボスも出力可能です。

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これは、配線が込み入っていて金属のねじを使いたくない場所があったので、プラスチックねじで止められるように出力してみました。

出力した貼り付けボス(後で両面テープを貼る予定)に、3㎜のタップを切っています。

穴径を2.6㎜で出力し、スペーサの厚みを2㎜とると、いい感じにタップを切ることができました。

貼り付けボスの場合は既製品もありますが、スペーサよりもサイズがさらに限定されますし、まぁまぁのコストがかかるので、3Dプリンタで出力できれば非常に便利だと思います。

 

結局タップを切ってしまった方が便利だったのですが、試行錯誤している時には、ナットを埋め込んだものも作ってみました。

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金属のナットで受け止められるので、タップを切って使うよりは力をかけられそうです。

ただ、基盤を固定するだけなので、そんなに強力に締め付けることもないかなと思い、これはお蔵入りとなりました。

ねじの長さもぴったりのものを用意する必要がありますし、ナットを埋め込むのも手間ですから。

力がかかるものを固定したい場合は、貼り付けボスではなくて、ケースを加工すべきでしょうし。

 

いずれにしても、スペーサを自分で出力するのは良い手段だと思います。

電子工作と3Dプリンタは相性が良いですね。