フルバランスアンプ (X_Under bar)

心地よい音を求めて

2015年06月

銀座教会主催のクラシックコンサートに行ってきました。
http://www.ginza-church.com/
 
イメージ 1
 
イメージ 2
 
銀座も久しぶりだし、生演奏を聴くのも久しぶりです。
たまには、良いですねぇ。(^-^)/
タグ ：
#オーディオ

アナログ回路開発の万能ツール （測定 / 解析/  実験 / シミュレーション） の Analog Discovery を購入しました。
 
イメージ 1
 
イメージ 2
 
 
 
色々と悩んだのですが、購入しました。
安いのか高いのか？
タグ ：
#工学

最近は、レコード再生でフォノアンプやMCヘッドアンプの需要も増え、ローノイズアンプに関心を持たれている方も多いと思います。

CDの基準電圧が2Vに対して、レコードのMCカートリッジでは0.25mV、MMで2.5mVと基準レベルがかなり低く、今考えると、0.25mVが基準とは凄い低レベルです。また、これに合わせたローノイズアンプを作ること自体大変な技術が必要で、CDの2V基準は超簡単レベルになると思います。昔は凄かった。
 
現在ローノイズアンプを構成するにもローノイズに適したデバイス(J-FET、トランジスター)がディスコン(製造中止)になっています。
最近では、ローノイズ設計に耐えられる高性能OPアンプもでておりますが、超ローノイズを狙う場合は、初段はディスクリート構成で設計する必要があります。
 
今回の製作目的は、レコードのフォノアンプやヘッドアンプではなく、アンプのS/N、残留ノイズを測定するためのローノイズアンプです。
色々と調べていたらトラ技に、今回にピッタリの記事が掲載されていました。また、CQ出版社からキットの頒布もあるようですが、価格29,160円(税込)は少し考えます。
http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/I/I000114.html
 
 
先ず、ノイズについて調べてみました。

トラ技の2014年8月号に詳しく掲載されておりますので、こちらを読むと勉強になります。あと、本には部品レベルのノイズ実測データも掲載されています。
ノイズの種類も色々と有りますが、半導体(増幅素子)に関わるノイズは以下のようなノイズがあります。
 
① 熱雑音(サーマルノイズ)
熱によって抵抗(R)内部の自由電子が動きノイズを発生します。防ぐことが出来ないノイズです。
 
② 揺らぎ雑音(フリッカノイズ、1/fノイズ)
素子に電流が流れると発生するノイズです。発生原因は色々あるようです。
 
③ ショット雑音(ショットノイズ)
電子がエネルギーを持った粒子と考えると、毎秒同じ数の粒子(電子の粒)が流れても時間的には揺らぎとなり、この揺らぎがノイズとなります。
難しくてよく分かりませんが、電子が粒々なので滑らかな動きができないので、揺らぎが発生してその揺らぎがノイズになるようです。
 
 
ノイズは、物理計算で求めることができます。
簡単に説明しますが詳しくはネットで調べて下さい。その方が勉強になります。www

この①、②、③の3つのノイズで一番大きいノイズが熱雑音です。
アンプのノイズは、この熱音雑音に支配されています。
計算式：
熱雑音電圧⇒平均実効電圧(RMS)は、以下の式で求められます。
 
雑音の平均実効電圧(RMS) = √ ( 4 × kB × T × R × Δf )
 
kB：ボルツマン定数 (1.38E-23 J/K)、 T：絶対温度(K)、 R 抵抗又は抵抗器(Ω)、 Δf：周波数帯域(Hz)
 
式で分かると思いますが、抵抗(半導体内部の抵抗)又は外部接続された抵抗器でノイズが発生します。
ノイズを減らすのには、抵抗値(R)を小さくする、アンプの使用温度(T)を下げる、アンプの帯域(Δf)を狭くすることです。
 
少し計算してみましょう。
例1：温度25[℃]＝298[k]、R=1M [Ω]、Δf＝100k[Hz]のアンプ、40μV(-88dB)
例2：温度25[℃]＝298[k]、R=1M [Ω]、Δf＝20k [Hz]のアンプ、18μV(-95dB)
例3：温度25[℃]＝298[k]、R=100[Ω]、Δf＝100k[Hz]のアンプ、0.4μV(-128dB)
例4：温度25[℃]＝298[k]、R=100[Ω]、Δf＝20k [Hz]のアンプ、0.18μV(-135dB)
 
アンプの入力抵抗が1MΩで帯域100kHzの場合の残留ノイズを、40μV(-88dB)より小さくする事は理論上できません。
なお、dB表示は、1Vを0dBとした場合です。

アンプ回路のノイズ性能は、初段で全てが決まります。
また、入力インピーダンスを1MΩで考えるとJ-FETを使用する必要があります。
ところが、ローノイズタイプのJ-FETは、既にディスコンになっています。
今私が持っているのは、2SK170か2SK369です。
2SK369は、｜Yfs｜＝40mS（標準）と非常に高利得ですのでこれを使ってやれと考えています。
ただし、秋月電子さんで販売している2SK369は、YランクでIDSSが14～30mAとかなり電流が多く使い辛いです。2SK170の方が良いかと思います。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-01795/
 
取りあえず回路図を、
イメージ 1
 
イメージ 2
 
一つ目は、おじさん工房さんの回路をそのまま使わせて頂き、二つ目が初段のソース側に定電流回路を入れてみました。
 
二つ目の回路は、もう少し考えましょう。
タグ ：
#オーディオ

高速差動伝送である「HDMI」を使い伝送実験基板を作ろうかと考えています。
HDMI(High-Definition Multimedia Interface)は、高精細度マルチメディアインターフェースの略で、映像・音声をデジタル信号で伝送する通信インタフェースの標準規格です。

「HDMI」は、差動伝送ラインが4本とI2Cの通信データーラインが2本(不平衡伝送)で、その他に5V電源、CECとオプションラインが1ラインあります。あと、アース(GND)です。(全部で19ピン)
 
回路図は、完成しております。
イメージ 1
 
ついでに、色々と実験したいので、くだらない回路を幾つか入れています。www
 
タグ ：
#オーディオ

信号が高速化され、不平衡伝送(信号ラインとグランド間での伝送)では十分な性能が出ないため、色々なところで差動(平衡)伝送が使われています。
 
コンピュータ等のデジタル回路は、0と1の2値の値でノイズ耐性は高いのですが、コンピュータの高速化に伴いノイズ耐性が問題になってきています。そのためノイズ耐性を上げる方法として差動(平衡)伝送を採用しています。不平衡(シングルエンド)伝送に比べ信号の誤り率が低減されることから、高速な伝送速度を求められる用途に使われています。
 
・コンピュータ等の規格で使われている差動(平衡)伝送は、こんなに沢山あります。
USB、IEEE 1394、FireWire、i.LINK、PCI Express、DVI、HDMI、AppleTalk LocalTalk、SATA、HyperTransport、LVDS(Low voltage differential signaling)、TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)、他にもあります。

リターン電流てなに
電気回路は、電流が流れて初めて動作します。下の図は、電球に電池を繋げて電球を光らせた回路です。
 
イメージ 1
 
この場合、電球から戻ってくる電流が、リターン電流です。
これをデジタル回路のデジタル信号で考えた場合も同じで、信号電流が流れると次段に信号を伝送できます。
次段からは、GND(アース)ラインを伝わって元の回路に戻ります。この戻ってきた電流がリターン電流です。
 
下の図の左側が、不平衡(シングルエンド)伝送、 そして右側が平衡(差動)伝送でのリターン電流の流れをあらわしています。
 
イメージ 2

不平衡(シングルエンド)伝送の場合、リターン電流が一緒に混ざって戻りますが、差動(平衡)伝送の場合はリターン電流が独立して戻るため他の回路の影響を受け難く成ります。
 
高周波回路(高速なデジタル回路も含みます)も、色々な制約からGNDインピーダンスを低く保つことが難しく、GNDを基準電位として信号を転送するには十分な性能が出ません。そのため信号の受け渡しを差動(平衡)伝送にすることで、問題を解決しています。
 
現在のオーディオ機器は、アナログ回路とデジタル回路が共存していますので、ノイズを受け難い、ノイズを出し難い差動伝送、平衡接続のメリットは大きいと思います。
 
タグ ：
#オーディオ

↑このページのトップヘ