面白そうなヘッドホンアンプを作ってみたい(Class AA)

最近自作でヘッドホンアンプを作っているブロガーさんのブログを巡回していたらClass AAという方式の
ヘッドホンアンプをよく見る。
今年の3月にES9018のDACを組み終わり、ぺるけ式のバランスアンプにもチャレンジしてみたので今度は
このClass AA方式の回路を使ってPCB基板の作成にチャレンジしてみようと思う。
とはいえいきなりなんでもやろうとすると挫折しそうなので下記の手順でゆっくりと作ってみようと思う。

①LTspiceで回路のお勉強(ヘッドホンアンプ部及び電源回路部)
②ブレッドボード上で試作
③ヘッドホンアンプの大まかな構成を決定
(筐体の大きさ、電源トランス等部品の選定、回路基板の構成など)
④回路レイアウトソフトでレイアウトパターンを作成
⑤基板を業者に発注
⑥基板到着後試作、動作確認等
⑦完成後音質評価、改造など

ダラダラやっても拉致が明かないので年末までに③まで終わらせて正月の休みの期間で④⑤、2月上旬
までに完成させたい。



ということで早速Technicsで用いられていたというホイートストンブリッジを採用した回路にダイヤモンド
バッファをつけただけの回路を作成しシミュレーションしてみた。

Class AAの回路の解説はnew_western_elecのたかじんさんが詳しく解説してくださっています。
いつも参考にさせて頂いてます。

http://nw-electric.way-nifty.com/blog/2012/06/classaa-f0a0.html





回路図はこんな感じ。
よく見る型番のオペアンプを置いて、ぺるけ式で使っているものと全く同じ型番のトランジスタでダイヤモンド
バッファを追加する。
とりあえず動かしてみたということで定数は特に何も考えてなく適当。安定性を考えて位相補償だけでなく
zobelフィルタも追加している。定数は適当。10Ω+0.1uFをよく見るけども今回は出力波形を見ながら
15Ω+1000pFにしてみた。
元々スピーカーの8Ωを負荷にする際に使われていたとかどこかで見たので、今回600Ωのヘッドホンを
負荷とする場合は今の定数では適切とは言えないのかも。

シミュレーションだけじゃなく勉強して「なぜこの素子の値をこう決めたのか」が曲がりなりにも答えられる
ようになってから基板を作らないとオママゴトみたいになると思うのでもっと調べて考えないと・・・




さておき、まずはこの上記回路でケーブルの寄生容量を考慮した(値は適当)1nFと600Ωの負荷でTHD、
時間波形、FFTを見てみた。


まず周波数特性


＜負荷600Ωのみ＞


＜負荷1nF+600Ω＞

やはり負荷に容量性がつくと位相余裕がかなり小さくなってしまうみたい。
抵抗だけの時は位相余裕が100°以上あるのに対し、1nFだと40°ぐらい。zobelフィルタや位相補償用の
capの定数や使用するオペアンプで色々異なったので安定性はできるだけ余裕が取れるようにしとか
ないとオペアンプの取っ替え引っ替えなんてできない気がする。
ついでに言うとフィードバックの帰還量、ゲインの設定も結構適当なのでそのへんもきちんとした考えの
もとで決められるようにしたい。



次にFFT


約0.7Vrmsの出力の時だと高調波成分が全く見えない。
このときTHDは
Total Harmonic Distortion: 0.000001%(0.000000%)
と表示されていた(ほんとだろうか・・・)



こっちは出力が1Vrmsのとき
出力がこのぐらいから3次高調波成分がちょこんと現れている。
このときTHDが
Total Harmonic Distortion: 0.000002%(0.000000%)

THD+Nではないので参考程度だろうけどN成分が大きいと3次高調波成分すらもしかしたら見えなくなる
かも？しれない。



次に入力が矩形波のときの時間波形



周波数10kHz、立ち上がり、立ち下がりがほぼ理想の1psの矩形波を入力。
スペックの低いノートPCでシミュレーションしようとするとオフセットを下げるとかなり時間がかかったので
今回はオフセットを何も調整せず。入力は0V~500mV
負荷は抵抗600Ωのみ。



立ち上がり時拡大。今のところオーバーシュートはない。



負荷が1nF+600Ωだとやや波形が崩れるみたい。
実際にヘッドホンのケーブルとかにどれぐらいのCとかLとか付いているのかわからないからこれで
安定してればオッケーなのかがいまいち分からない。


実際にLTspiceでシミュレーションしてみてオーバーシュートがないのを確認した後、ぺるけ式の
バランスアンプを作ってみたがオシロで波形を見たら若干のオーバーシュートが出ていたことが
あったのでそこは配線の引き周りや回路レイアウトをきちんと考えないといけないのかもしれない。

とりあえずまだ色々と弄ったり勉強してみて今月末頃に実際にブレッドボード上で試作をしてみたい。
あ、でも測定するにもオシロがない・・・どうしよう・・・