JR7CWK'sぶろぐ

9LEDタイプのランチャーライトが出回っているという噂を耳にし、地元のSeriaに入荷していないか寄ってみたら・・・
新しい「ボリュームアンプ」が入荷していました。

パッケージ裏に書いてある型番は「ZY-96」

発売元は前作同様「丸七株式会社」。

「ボリュームアンプ」ですが、自作アンプのベースにするのに丁度良かったのですが、しばらく店頭から姿を消しており、また入荷しないかと思っていたところでした。

形状も一新し新しいバージョンで再登場となったようです。

ブラックの四角いケースになり前作とは大違いです。
(せっかくなのでスピーカーとデザインの統一性(色だけでなく、大きさも)を求めるのは酷でしょうか。企画・デザインはJAPANとの事なのでなおさら。)

ケースのサイズが大きくなったのは賛否ありそうですが、少なくともステレオ化改造はやりやすくなったのではないでしょうか。


前作の記事
http://samidare.jp/jr7cwk/lavo?p=log&lid=65713

早速開けてみました。

まずは基板の表が見える形で。

それにしても基板をカバー側ではなく、何で電池ケース側に固定する設計にしないのかな？

基板を外してみました。

(基板がこのような形でケースにねじ止めされていれば、カバー開ける際に電池の配線が切れる心配がないし、組立てる際にも配線し易いと思うのですが。)

回路を確認してみましたが、前作と変わっていませんでした。
使用しているICもTDA2822Mです。

残念ながら、入力部の回路も変更無し。
前作ではライン出力程度の入力であっても、ちょっとボリュームをまわしただけで過入力になり音が割れる問題がありました。
回路が変わっていないので相変わらずかな？と思ったのですが、実際に使ってみるとそんなでもなし。ボリュームのカーブが変わったのでしょうか？


なお入力のケーブルは前作は3mありましたが、今回のは1mでした。

新ボリュームアンプのSTEREO化改造を検討中です。
旧タイプよりケースが大きくなったとは言え、基板部品面とケース間の
スペースはさほど違いがないので、高い部品は載りません。
しかも旧タイプにあった「電池横のスペース」を使う技が使えなくなりました。

現在検討しているのは下記4パターンです。
・基板組替前提のSEPP版
・基板組替前提のBTL 2IC版JACK無
・基板組替前提のBTL 2IC版JACK有
・元基板を使用するSEPP版(改造箇所多く、組替より厄介かも。)

いずれも元のVOLUMEは使用しません。
入力回路は例によって固定ATTです。
(出力レベルが固定(通常)であるAUDIO機器のLINE-OUTに接続するのであればVOLUMEが必要になりますが、音量調整が可能な携帯AUDIO PLAYER等のヘッドホン端子に接続するのであればそちらの音量調整で代用出来ますので、固定ATTでOK。
→この方法、厳密に言うと、音量を絞った際のノイズレベル面で不利です。
AMP側にボリュームつければ、前段AMPの出力に含まれるノイズも絞ってくれますが、前段機器側で音量を絞った場合は前段AMPのノイズもそのまま増幅されるので。)


※SEPP版は電源電圧が低いと出力パワーが得にくいですが、出力側のGNDが共通なので3.5φステレオジャックを使用したスピーカーやヘッドホン(ノイズが大きいのでお勧めしませんが。)を直接接続可能なのが特徴です。
(丸七の「ポータブル用ミニスピーカー」MR-01,MR-07，キューブ型ミニスピーカーZY-76等のAMPに最適だと思います)

→ヘッドホンアンプとして使用するのなら、入力ATT方式ではなく、NJM2073のデータシートにある「ゲイン低減」回路により回路の利得を落としたほうがノイズが低減出来るはずです。
　さらに出力側に直列に抵抗入れて・・・

→TDA2822M(NJM2073)は、「OPAMP」ではなく、あくまで「パワーAMP」なので・・・LINE AMPに流用するのは止めたほうがいいです。
(OPAMP使ったAMP作ったとしても部品点数そんなに多くありません。

　基板組替前提SEPP動作版です。

　図には3端子レギュレータを載せてありますが、電池動作のままなら不要です。

　ただしSEPP動作の場合、同じ電源電圧だとBTL動作より大幅に出力が低下します。
　5V電源を外部から供給すると8Ω負荷でも結構出力得られると思いますが、電池動作だとあまり出力を得られないと思います。

　もちろん低インピーダンスのスピーカーを使用してカバーする事は可能です。
　(ICのドライブ能力無視の計算ですが)8Ωから4Ωになれば4倍のパワーが得られます。
DC-DCコンバータ(100均で入手可能なUSB充電電池BOXとか)で電源電圧を昇圧してしまうという奥の手もあるにはあります。

　外部電源にする場合・・・12V電源時は9Vの3端子レギュレータを載せると良いと思います。(8Ωスピーカー時。4Ωのスピーカーだったら6Vのレギュレータが無難かも。)
　パソコン等の5V電源(USBコネクタから供給とか)で使用するのなら直結で良いと思います。

JACKですが、旧VOLUME AMPと同様、STEREO仕様の物が付いてますので、流用可能です。(ただし、通常パーツショップで販売されている物とはピン配置が異なります。図参照。)

＜2011.9.22図面差替えました＞
　・7p-8pが逆接続だったので修正。

　BTL 2IC版です。
　旧タイプにあったスペース(電池横)がないので、単に2IC目の回路を別に追加、
という訳にはいかず、全組換が必要です。

　2種類考えてみました。

最初はJACK無しで3端子レギュレータを載せたタイプ(本図)

　BTL 2IC版ですが、JACK有り(2個取付)で3端子レギュレータ無しのタイプです。
　電池動作前提です。

　BTL 2IC版ですが、追加部品は基板と入力ATT用の10K 2個を除き「二個一」でそろいます。
　図下(R-OUT)のJACKの位置は元々の位置にあわせてあります。
　ケースには追加した分だけ穴を開ければ済むはず。(加工次第ですが)

図のJACKはVOLUMEAMPに付いてきたタイプのピン配置です。通常パーツショップで
入手できるものとは配置が異なるので注意。

　元の基板を使用する方法です。
　はっきり言って別の基板に組み替えたほうが作りやすくすっきりします。

　小型のパーツを使用しないとまず入りません。
　寸法が限られているので、基板組替時以上に使用パーツを厳選する必要あり。
→ケースのカバー側のスタッドの長さをノギスで測ったら、8mmでした。
(ちなみに一般的な小容量の電解コンの高さは10mm近くありますし、1/4Wクラスの抵抗を縦で付けると基板から10mm位の高さになります。)

　SEPP動作なのでBTL時と比べると出力が大きく低下します。
　電池動作で電圧が低いとちょっときつい。

　元のVOLUMEを残していますが、電源スイッチとして使用するのみ。
　例によって固定ATTです。
　出力JACKは残してます。


　追加部品(2011.9.22修正版)
・・・データシートのTest_Circuitと値が異なる部品があります。
　　　帰還端子のAC接地用,出力のDCカット用は、部品サイズの関係で
　　　小さい容量にしてますが、低域の特性に影響すると思います。
　　　部品配置の自由度が高い「基板組換」の場合は、可能な限り大きな容量に
　　したほうが良いかも。(ただし、あまり欲張って低域を出そうとすると、
　　「モーターボーディング」(超低周波発振)に見舞われるかも)


　　47uF 2本(帰還端子のAC接地用)・・・データシートのTest_Circuitでは100u
　　1kΩ 1本(入力ATT)
　　10kΩ 2本(入力ATT)
　　1Ω 1本(発振止め)・・・データシートのTest_Circuitでは4.7Ω
　　104 1本(発振止め)
　　100u 2本(出力のDCカット)

→元々ノイズの多いICなので・・・金属皮膜抵抗だの、AUDIOグレードの高価なコンデンサ入れるのはナンセンスだと私は思います。
(手持ちが沢山あるのとか、格安で入手できるのなら別ですが、そうでなければ、高価なCR買うお金で別ICを購入したほうが・・・)

　改造方法
　1)　IC電源のパスコン(104)を除き
　　他のC,Rは全て取り外す。
　　→電源のパスコンは発振止め用と同一のものが使用されているので、
　　AUDIO側の部品をL,Rで揃えたい場合は、追加入手したCに交換するのも手。
　　(そこまで気にする必要はないとは思うが。)


　2)図のCUT印部のパターンカット
　　カット後、導通がないか確認しておいたほうが後々悩まなくて済むと思います。

　3)部品リード穴の穴あけ

　4)ジャンパ及び部品取りつけ


※図には2.54ピッチの丸印が書いてありますが、実際にはありません。作図の際に位置の目安として書いただけです。
　基板加工する際の位置の目安にはなるかも。

＜2011.9.22図面差替えました＞
　・改造結果に基づく部品配置の最適化

　「元の基板を利用する方法(SEPP版)」で改造してみました。
　出力のDCカット用コンデンサがスタッドに当たる問題を除き、なんとか
　基板に収まりました。


手持ちや設計上の理由で一部部品少々変えて実装しています。
・発振止めの1Ω→8.2Ω
　　完全に手持ちの都合(小抵抗の手持ちがなかった。)
　　(→発振止めCRの目的、高周波域でSPのインピーダンスが増加する
　　事をCRで抑える事で、発振を抑える。)
　　BTL接続の場合AMP間に挿入する関係で、抵抗を小さめにする必要が
　　あるが、SEPP接続の場合はSPの直流Z分が目安とされているので、
　　8.2Ωでちょうどいいのかも。


・入力ATTの10kΩ→6.2kΩ
　　-20dB減だとちょっと減衰させすぎかもしれない(出力が得られないので)
　　ので手持ちの中から変更してみた。

・出力のDCカット用100u→220u
　改造の為に以前購入した比較的小型のものがあったのを思い出し、交換。
　(比較的小型と言っても寝かして付けないと入らないサイズ。
　残念ながらケースのカバーのスタッドが当たります。スタッドを削らねば。)


・部品配置も作業過程でもっといい配置がある事に気がつき、最適化を図るべく見直してます。



途中部品探しが入ったりしましたが、改造作業そのものは実質2時間程度でした。
(片ch音がうまく出ず、「基板組換SEPP版」見て間違って改造したかと思って手直し
かけたら修正したほうはノイズすら出なくなってしまいました。
よくよくみたら「基板組換SEPP版」の図面間違ってました。(図面差替えました。)
最終的には問題なしです。(ノイズはこの手のICAMPには良くある事でご愛嬌)

キューブ型ミニスピーカーZY-76とスクエア型耳もとスピーカーZY-71(ダイソーの「ステレオ出力分配器」(改STEREO→MONO)を使用)で試し聴き。(ソースはMP3プレーヤ)

3V電源のSEPP動作では出力があまり得られないと思ったのですが、静かな部屋で楽しむには十分みたいです。

インピーダンス4Ωのスピーカーが使用されていたZY-71は、結構大きな音で鳴ってくれるようです。

こんなにうまくいくのなら・・・210円商品にしてもいいので、STERO版出してくれないかなぁ・・・＞ダイソーさん。

(写真準備中)

VOLUME AMPの利得が高いので使いやすいように入力にATTを入れたり、STEREO化等の
改造をいろいろ行ってきたが、利得低減回路の実験はまだ行っていない。

TDA2822Mはノイズが多目である。しかしNFB(負帰還)をかけて利得を低減する事で
ノイズが減らせる可能性がある。
そこでノーマル回路と利得を低減した時でノイズレベルがどの程度差が生ずるのか、
評価しないといけないと考えている。

TDM2822Mのデータシートには利得低減のアプリケーションは掲載されていないが、
ほぼ同等の機能であるNJM2073データシートに利得低減のアプリケーションが掲載
されている。この回路にて評価を行おうと考えている。

まずは利得を幾らに設定し、使用部品の定数を設計する必要がある。

ところが、NJM2073データシートにある利得低減回路に提示されている利得計算式では
パラメータとしてZinが必要なのに対し、TDA2822MのZinが不明。(データシートや
等価回路への掲載無し)

仮に、利得無限大のOPAMPと仮定してRsとRfだけで利得を求めてみたが、やはり結果が
乖離している。

そこで・・・Zin無しでAvから簡易的に計算できないか考えてみた。
(図参照)

NJM2073のデータシートにある「電圧利得低減方法モデル」の回路を書き換えると、
「Rf-Rsによる分圧回路」に「rf-rsによる分圧回路」が接続されて帰還されている
のがわかる。

Rf両端の電圧が、 rf-rsによる分圧回路により分圧されてICの-入力に帰還されている。
(実際にはAMP-にはrs両端の電位にRs両端の電位が加算して入力)

これらの事から利得を求める簡易式を考えてみた。
(図参照)

あくまで簡易式なので、考慮不足による誤差があると思う。
(※本来の利得計算式では、分子側はRs分を考慮すべきですが、入れないほうが実態に
近いようなので略した。等)

しかしNJM2073のデータシートにある計算式による結果と、本簡易式での結果を
比較してみると若干差があったものの、1dBにも満たない差であり、見積もり程度に
使用するのならばこれで十分だと考えている。


これで設計が出来そうなので、実装を検討する事にする。
(先に普通のユニバーサル基板で実験したほうが良いかも・・・)

　SEPP版STEREO化の利得低減版。
　回路そのものは、NJM2073のデータシートの「利得低減方法モデル」の回路と変わりはない。
　ただし、帰還回路の抵抗は前記「簡易式」により算出した値で、利得は34dB程を狙ったつもり。

　利得低減版を元の基板に実装するレイアウトを図にしてみた。

　なお「その4」で書き漏らしたが、信号入力のGNDは、ICのGND(4p)に接続されるラインに接続すること。
　図中のGNDは、S付VRのスイッチを経由した電源(電池)のマイナス極を示している。

　また出力側の発振止めCRだが、先の回路図ではJACK側に入れてあるが、実装図ではIC側になっている。
　どちらに入れても特性的にはほとんど差がないはずで、これはあくまで実装の都合。
(出力側DC cutのCを寝せて取り付ける事が可能なような配慮)

利得低減版でのSTEREO化改造成功しました。

手持ちの関係で、帰還用抵抗は5.1kΩ-51Ωの組み合わせです。
その影響はないと思いますが、利得が思ったほど下がってないかも。
→前回改造したものと利得をあわせたつもりが、勘違いしてました。23dB狙いにしないといけなかったみたい。
帰還用抵抗は5.1kΩ-330Ωの組み合わせが良さそう。


ノイズがどの程度減るのかと期待していたのですが、若干減ってはいるものの、劇的に減ったという訳でもないようです。
(前回改造したものと今回改造したものを、それぞれ入力無しでヘッドホンを接続して比較)

やはりヘッドホンアンプにするのはちょっと無理があるようです。
→現状利得が高めなので・・・帰還用抵抗交換後再確認します。


家族が居なかったので、スピーカーを接続した状態で音量上げてみましたが、3V動作のSEPPなので音量ちょっと上げただけで音が歪みます。
電源6V(電池4本)にするとかなり軽減します。
パワー得たかったら9V動作にしたいところですが、9Vにするには電解コン変えないと・・・
(5〜6V動作なら、4Ωのスピーカーですね。)

出張帰りに秋葉原に寄る事が出来ましたので、手持ちの乏しい？背の低い100μFのコンデンサと、1/6Wの4.7Ωの抵抗、若干仕入れてきました。
が、あと改造やるかどうかは、必要の有無と気分次第かな？

パーツショップいくつか見て回りましたが、背の低い電解の容量は220μFが最大でしょうか。(リードタイプのみ確認。表面実装タイプは確認してません。)


＜10月13追加＞
抵抗交換し、Gain落としました。
手持ちの都合で、5.1kΩ-270Ωの組み合わせとなりました。
利得は先の計算で約24dB程度のはず。
〜NJM2073の利得低減アプリケーションでは、利得の下限が26dB(20倍)という記述がありましたが、TDA2822Mがどうなのかは不明。

入力無しで密閉型ヘッドホン(Z=32Ω)で聴いたら・・・ノイズが激減してます。
といっても決して「無音」ではないです。ちなみにOPAMP(μPC4557C)を使用して自作した奴は「無音」。

MP3プレーヤ接続し、MP3プレーヤの電源入れたら・・・なぜかノイズレベルが元に？戻りました。
先のOPAMPを使用したAMPではこんな事が起きませんので、MP3プレーヤの出力がノイズまみれ、なんて訳でもありません。
パソコンのヘッドホン出力に接続しても同じ状態。

もしすると軽く発振してるのか・・・オシロで波形見ないと何ともいえません。
＜追加おわり＞

「利得低減版」に改造しようと、先日新たに「新VOLUME AMP」を購入してきたのですが、蓋を開けてみたら、何かが違う・・・

よくよく見てみると、ICの電源ピンに接続されているセラミックコンデンサ104の実装位置が変わっています。
以前購入したものはICの近くにあったのですが、今回購入したものはVR側に移動しています。
それに伴い、パターンの変更箇所もありました。

電源用の電解コンデンサ、背の低いタイプではなく、通常のもの(高さが10mm位あるもの)が寝かせて取りつけてありました。
値段が高い背の低いものから、一般品に変えたという感じがします。
この電解コンデンサを寝かせて取り付けようとすると、先のセラミックコンデンサは従来の位置だと当たってしまうようで、これを避ける為のパターン変更のように見えます。

が、この変更で電源付近のパターンの引き回しが変になりました。
私が思うに、電解コンデンサの位置を変えたほうが、こんな変なパターンにならずに済むと思うんですけど・・・

また正側AMPから負側のAMPの入力間を接合する10μFのコンデンサも通常サイズのものでした。


ところで今回、カバーを止めるねじと、基板を止めるねじが別のものである事に気がつきました。
たいした差がないのに、わざわざ別のねじを使用する理由が良くわかりません。


(写真左：パターン変更版，右：従来版)

正相入力のアンプの出力と、逆相入力のアンプの出力間に負荷(スピーカー)を接続する回路方式「BTL」ですが、
当サイトでは説明もなく「BTL」って書いてしまってますが・・・

今更ですが、何の略か調べてみたら、いくつか説があって面白いです。

１．Bridge Tiied Load
　海外メーカーのサイトで見かけました。
　多分、これが正式でしょうか。
　回路の接続方法で言えば一番的確なようです。

２．Bridged Tranceformer Less
　国内のサイトでよく見かけます。
　実は(下記の理由でおかしいとおもいつつ)私もそう思い込んでましたが・・・

　出力トランスを不要にする目的がなくもないですが、元々出力トランスを必要としないSEPP(Single ended Push-Pull)出力のアンプを2台接続して使用する事でOCL(Output Capacitor-Less)化するという性格のほうが強いはず。
おまけですが・・・BTL回路でトランスをドライブするという回路構成も「あり」のはず。
(「フルブリッジ」という呼び方もありそう。→アンプというより電源の話になるでしょうけど。)

３．Balanced Transformer Less
　回路はバランスしてなければ始まりませんが、アンプ間で逆相ドライブしてますから、どうなんでしょう。


注）
　２の"ブリッジ"ですが、
「Bridged」という表記だったり単に「Bridge」と表記されていたりします。

ボリュームアンプそのものからはちょっと外れますが・・・
下記は"TDA2822M"をキーに検索していて見つけたのですが、TDA2822Mを非安定マルチバイブレータ(Astable Multivibrator)として動作させ、昇圧を行うというもの。
http://www.guidecircuit.com/Circuit%20Power%20Supply%20DC-DC%20stepup%20convertor.htm

これ、非常に面白い回路です。

この回路では出力を直接ダイオードで整流していますが、BTLでトランスを接続すれば、かなり高い電圧が得られそうです。

放射線を検出する「GM管」用の電源作るにもいいかも。

さらにトランジスタを接続して大電流を扱う事も出来るかも知れません。(出力振幅確認要)