テキスト ボックス:                 MHPA-FET 改造記
                      2009年6月  KY
◎はじめに
「ステレオヘッドホン・アンプキット MHPA-FET」を改造カイゾウしました。
このキットは「ヘッドホン専用センヨウアンプ」で出力シュツリョクにMOS-FETを採用サイヨウしているのが特徴トクチョウです。
オモテイカク以下イカシルします。(カタログアタイ
周波数シュウハスウ特性トクセイ 20Hz〜100KHz(-3dB、32Ω負荷フカ)
最大サイダイ出力シュツリョク 120mW + 120mW (32Ω、THD=3%)
ひずみリツ 0.005%以下イカ (50mW出力シュツリョク、1KHz,32Ω、LPF=80KHz)
SN 100dB以上イジョウ (JIS-A、50mW出力シュツリョク基準キジュン)
チャンネルセパレーション 65dB以上イジョウ (JIS-A、50mW出力シュツリョク基準キジュン、1KHz)
利得リトク +15dB
電源デンゲン DC15V
目的モクテキ
このキットのカタログテイカク上記ジョウキどおりで、オモ項目コウモク実測ジッソクアタイヒョウ1にシメします。
ヒョウ
  Lch Rch ケース実装ジッソウ
ひずみリツ 0.00344% 0.00315% 使用シヨウ電源デンゲン
SN 104.7dB 104.8dB KENWOOD PA18-3A
CS 65.9dB 65.7dB
CS : チャンネルセパレーション
上記ジョウキデータは「ケース実装ジッソウ」しないとオナじようなアタイになりません。
また、このレベルになりますと、ケースしの状態ジョウタイでは本来ホンライ性能セイノウ特性トクセイ)が発揮ハッキされ
ませんので、ケース実装ジッソウをおススめします。
特性トクセイテキにはこれで十分ジュウブンですが、オリジナルをソコなわない範囲ハンイナイ特性トクセイ改善カイゼンをしてみる
ことにしました。
なお、このレポートでの改造カイゾウ内容ナイヨウはオリジナルの設計セッケイ方針ホウシンハンしますので、
あくまでも、「自己ジコ責任セキニン」とし、動作ドウサ原理ゲンリをよくご理解リカイネガいます。
改造カイゾウその1
☆ひずみリツおよびSN改善カイゼン
回路カイロ利得リトクはオペアンプの定数テイスウ設定セッテイされ、オリジナルでは「+15dB」です。
1を参照サンショウ
一般的イッパンテキに、抵抗テイコウアタイチイさいほどノイズがスクなく
なります。
したがって、この部分ブブンアタイチイさくすればノイズが
減少ゲンショウし、SN改善カイゼンにつながり、ひずみリツ
タイしても、改善カイゼン効果コウカ期待キタイできます。
抵抗テイコウアタイ利得リトクが+15dBとなるわせにすれば
いわけですが、限度ゲンドがあります。
今回コンカイはこの部分ブブン2の定数テイスウ変更ヘンコウしました。
この原理ゲンリで、実際ジッサイ回路カイロコトなります。
実際ジッサイ部品ブヒン番号バンゴウ対応タイオウ2を参照サンショウネガいます。
この改造カイゾウにおける改善カイゼン結果ケッカヒョウ2にシメします。
ヒョウ
    Lch Rch
ひずみリツ 改善カイゼンマエ 0.00344% 0.00315%
  改善カイゼン 0.00252% 0.00235%
SN 改善カイゼンマエ 104.7dB 104.8dB
  改善カイゼン 107.1dB 107.1dB
ひずみリツ、SNともにヤク3dBの改善カイゼン効果コウカです。
改造カイゾウその2
ひずみリツ前記ゼンキ抵抗テイコウ定数テイスウ変更ヘンコウにより改善カイゼンされますが、さらなる改善カイゼンココロみました。
ただし、この改造カイゾウは「オリジナルの設計セッケイ方針ホウシン」と大幅オオハバコトなりますのでおススめしません。
ひずみリツ大幅オオハバ改善カイゼンは「アイドル電流デンリュウ」の調整チョウセイオコナえます。
以下イカ原理的ゲンリテキ部分ブブン説明セツメイします。
○Aキュウ増幅ゾウフク
増幅ゾウフクは「動作点ドウサテン」により「Aキュウ」、「Bキュウ」、「ABキュウ」、「Cキュウ」のように分類ブンルイされ、Aキュウ、Bキュウ
場合バアイ3にシメします。
Aキュウ入力ニュウリョク信号シンゴウくても、ツネ一定イッテイ動作ドウサ電流デンリュウ(コレクタ電流デンリュウ、ドレイン電流デンリュウ)をナガしています。
一般的イッパンテキ増幅ゾウフクはAキュウ動作ドウサオオいのですが、電力デンリョク増幅ゾウフク使用シヨウする場合バアイはデバイス(トランジスタ、
FETトウ)のネツ損失ソンシツ問題モンダイになります。
○プッシュプル回路カイロ
Bキュウ増幅ゾウフクは 3 b ) のように入力ニュウリョク信号シンゴウ半波ハンパしか増幅ゾウフクしませんので、通常ツウジョウ4のように
トランジスタを2モウけて増幅ゾウフクします。
4 プッシュプル増幅ゾウフク原理ゲンリ
入力ニュウリョク信号シンゴウがプラスのトキ(期間キカン1と3)
はTR1が動作ドウサし、マイナスのトキ a ) NPNトランジスタ2構成コウセイ
期間キカン2と4)はTR2に動作ドウサし、
負荷フカRL(ヘッドホン)へは合成ゴウセイされた
波形ハケイになります。
動作ドウサ原理ゲンリは b ) のようにプラスの
トキのようにトランスに信号シンゴウ
アラワれるので、TR1のベースに
方向ホウコウ電流デンリュウナガれるので
TR1が動作ドウサします。
マイナスの場合バアイは c ) のようになりますので
この場合バアイはTR2が動作ドウサします。
b ) プラスの場合バアイ c ) マイナスの場合バアイ
4の場合バアイ入力ニュウリョクにトランスをモウけて 5 コンプリメンタリプッシュプル回路カイロ
片側カタガワのトランジスタのみが動作ドウサするように
していますが5のように構成コウセイすると
トランスが不要フヨウになります。
NPNとPNPトランジスタの特性トクセイオナ
ものを「コンプリメンタリ」といます。
コンプリメンタリで構成コウセイすることにより
プッシュプル動作ドウサオコナっています。
FETの場合バアイ同様ドウヨウ6の構成コウセイ
コンプリメンタリプッシュプルになります。
  FETコンプリメンタリプッシュプル
  クロスオーバーヒズミ
○クロスオーバーヒズミ
Bキュウプッシュプルでは7のように上下ジョウゲ
波形ハケイのつなぎ波形ハケイヒズみが発生ハッセイします。
実際ジッサイにはBキュウ使ツカうことはほとんどなく、ある程度テイドのバイアスをクワえて動作ドウサさせています。
○ABキュウ動作ドウサ
Bキュウ増幅ゾウフクのクロスオーバーヒズミスクなくする方法ホウホウ
として、8のように動作ドウサテン若干ジャッカンミギ移動イドウし、
入力ニュウリョク信号シンゴウくても、ある程度テイド電流デンリュウ(IDL)を
ナガしておきます。(バイアスをかける)
これにより、入力ニュウリョク信号シンゴウにより、すぐにコレクタ電流デンリュウ
ナガれることになり、また、動作ドウサテン直線チョクセン
部分ブブン改善カイゼンされ、ヒズミ低減テイゲンになります。
このような動作ドウサを「ABキュウ増幅ゾウフク」といます。
なお、直流チョクリュウ電流デンリュウIDL(これをアイドル電流デンリュウいます)
直流チョクリュウですので、負荷フカRLへは交流コウリュウ信号シンゴウ変化ヘンカブン
としてはアラワれないので、プッシュプルで構成コウセイすれば
スムーズな上下ジョウゲ波形ハケイ合成ゴウセイができることになります。
アイドル電流デンリュウ増加ゾウカすれば、動作点ドウサテン近辺キンペンでのヒズミはさらに改善カイゼンされますが、アイドル電流デンリュウにより
トランジスタ(FET)のネツ損失ソンシツオオきくなりますので、ある程度テイドのアイドル電流デンリュウ設定セッテイします。
○アイドル電流デンリュウサイ設定セッテイ
オリジナルのアイドル電流デンリュウ設定セッテイアタイは「20mA」です。
このアタイオオくすることにより、さらなる「ひずみリツ改善カイゼン」になります。
ただし、アイドル電流デンリュウ増加ゾウカすれば、前述ゼンジュツのようにFETの「ネツ損失ソンシツ」が増加ゾウカして、デバイスを破損ハソン
するオソれがあります。
これらを考慮コウリョして、オリジナルのアイドル設定セッテイはひかえにしてあります。
今回コンカイ筆者ヒッシャ設定セッテイアタイは「40mA」です。これにより、大幅オオハバなひずみリツ改善カイゼンになりますが、
40mAをえる設定セッテイにしてもそれ以上イジョウ改善カイゼン効果コウカはありませんので、40mAの設定セッテイ最大値サイダイチです。
40mA設定セッテイトモナい、FETのネツ損失ソンシツ増加ゾウカします。したがって、放熱ホウネツカンガえる必要ヒツヨウがあります。
今回コンカイ場合バアイは、放熱ホウネツ使用シヨウしないで、ケースのウエフタ放熱ホウネツアナモウけることで対処タイショしています。
写真シャシン1に追加ツイカした放熱ホウネツアナ様子ヨウス
シメします。
アイドル電流デンリュウ40mAの設定セッテイはABキュウではなく、
Aキュウ動作ドウサチカくなります。
したがって、FETの消費ショウヒ電流デンリュウは「入力ニュウリョクトキ
最大サイダイ消費ショウヒ電力デンリョクになります。
参考サンコウとして写真シャシン1のケース実装ジッソウのFET
温度オンド上昇ジョウショウアタイ以下イカシメします。
条件ジョウケン
入力ニュウリョク
・60フン
(FETの温度オンド上昇ジョウショウアタイ
Δ30℃
ここでう「温度オンド上昇ジョウショウアタイ」とはFETの表面ヒョウメン温度オンド上昇ジョウショウアタイブンのことです。
上記ジョウキの「Δ30℃」は周囲シュウイ温度オンドタイして「+30℃」タカくなると意味イミで、タトえば、周囲シュウイ温度オンド
25℃であればFETの表面ヒョウメン温度オンドは 25 + 30 = 55℃ になります。
FETはドレイン電流デンリュウアタイにより「温度オンド変化ヘンカタイするドレイン電流デンリュウ変化ヘンカ特性トクセイ」がコトなります。
MHPA-FETのオリジナルは周囲シュウイ温度オンド変化ヘンカタイするFETドレイン電流デンリュウ変化ヘンカモットスクなくなる
アイドル(ドレイン)電流デンリュウ設計セッケイです。
今回コンカイ改造カイゾウのようにドレイン電流デンリュウ増加ゾウカすると、温度オンド上昇ジョウショウトモナい、ドレイン電流デンリュウ減少ゲンショウする傾向ケイコウ
なります。
したがって、なるべく「放熱ホウネツ効果コウカ」をげて温度オンド上昇ジョウショウオサえることがノゾましいです。
今回コンカイ改造カイゾウによる「アイドル電流デンリュウ変動率ヘンドウリツ」をグラフ1にシメします。
このグラフは電源デンゲンON直後チョクゴのアイドル電流デンリュウ(ドレイン電流デンリュウ)を初期値ショキチとし、その時間ジカン変化ヘンカによる
アイドル電流デンリュウ変動率ヘンドウリツ測定ソクテイしたものです。
この結果ケッカから、10フン以降イコウは、ほとんど変動ヘンドウしなく、ほぼ、一定イッテイになります。
テキスト ボックス: 注意
  グラフ1は写真1の穴仕様(放熱)で行った結果で、放熱状態が異なれば
  同じ結果になりません。また、放熱効果が少なければ、変動率は大きく
  なると思います。
改造カイゾウ1と改造カイゾウ2でのひずみリツ特性トクセイ
改造カイゾウ1と2の併用ヘイヨウオコナったひずみリツ実測ジッソクをグラフ2にシメします。
参考サンコウとしてオリジナルの特性トクセイアワせて表示ヒョウジします。
元々モトモト、オリジナルでも出力シュツリョクレベルがヒク領域リョウイキ(10mW)からひずみリツヒク良好リョウコウ特性トクセイです。
改造カイゾウオコナうことにより、さらに良好リョウコウ特性トクセイになることがかります。
マエにもべましたが、このクラスの特性トクセイ発揮ハッキするためには、「ケース実装ジッソウ」が条件ジョウケンです。
また、ケースしではせっかくの特性トクセイかされません。
◎チャンネルセパレーションの改善カイゼン
チャンネルセパレーションを改善カイゼンします。
この改善カイゼン写真シャシン2のように「ヘッドホンジャックのGND配線ハイセン」の線材センザイフトくするだけです。
使用シヨウする線材センザイフトいほうがノゾましく、また、配線ハイセンタバセン)しやすいものがいです。
筆者ヒッシャ場合バアイ
UL1007のAWG18 クロ
オコナいました。
基板キバンガワ接続セツゾクポイントは9のとおりで、
C9とC10の接続セツゾクポイントの半分ハンブン位置イチ
の「レジスト」をがして、この部分ブブン
線材センザイをはんだけします。
これによる改善カイゼン効果コウカツギのとおりです。
ヒョウ
  L→R R→L
改善カイゼンマエ 65.9dB 65.7dB
改善カイゼン 73.9dB 73.3dB
改善カイゼン 8dB 7.6dB
この改善カイゼン簡単カンタンですからおススめします。
◎その改善カイゼン
改造カイゾウ1により、R4,R5,R21,R22,C5,C6の定数テイスウ変更ヘンコウオコナいました。これにより、C5,C6の定数テイスウ
220pFになりましたので、この部分ブブンに「フィルムケイ」のコンデンサが使用シヨウできます。
この部分ブブンのコンデンサは特性トクセイには関係カンケイありませんが、オーディオテキにフィルムケイのコンデンサに
変更ヘンコウしました。手持テモちの関係カンケイで、この部分ブブンには「ポリプロピレンコンデンサ」の
APSF100J221 (ニッセイ電機デンキ
モチいています。このコンデンサにカギらず、色々イロイロタメしてみてください。
また、「微々ビビたるもの」ですが、写真シャシン3のように、ウエフタの側面ソクメン塗装トソウがして、
より確実カクジツにシャーシとドウツウさせて、シールド効果コウカげて?います。
◎まとめ
改造カイゾウ1とチャンネルセパレーション改善カイゼンはおススめします。
内部ナイブ配線ハイセンタバセン写真シャシン2と10を参考サンコウにしてください。
このキットは「シールドセン」をモチいない設計セッケイ方針ホウシンです。また、やたらと「ツイスト処理ショリ」をすることは
不要フヨウで、LEDへの配線ハイセンのみ「カルいツイスト処理ショリ」です。
改造カイゾウ2はオリジナルの設計セッケイ方針ホウシンハンしますので、改造カイゾウ自信ジシンのあるカタ自己ジコ責任セキニンでおネガ
します。
また、この場合バアイカナラずFETの温度オンド上昇ジョウショウ確認カクニンをしてください。
最近サイキン安価アンカなデジタルテスターでも温度オンド測定ソクテイ機能キノウネツデンツイ)がありますので、これを利用リヨウすれば
いです。
温度オンド上昇ジョウショウアタイは「+30℃以下イカ」を目安メヤスとすればいです。
追加ツイカ放熱ホウネツアナ写真シャシン1のように「Φ3.5が16」です。アナオオきいと異物イブツムシトウ)がハイりやすく
なります。このアナサイズでもうスコアナカズやしてもいです。