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Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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ボタモチのあんこ？の巻

　 Ｗｅｂサーフィンをしていると、「電子工作」の文字列がすぐに目につきます。　それがプロ向け（と理解していますが）のＷｅｂページだとさらに気になります。　ある日、文末に記載のＷｅｂページ「電子工作“超”入門」を目にしました。　公開されてから、それなりの日数が経過しているようですが、このＷｅｂページには全く気付きませんでした。　プロ向けのＷｅｂページで電子工作”超”入門には多少の違和感を持ちましたが、どのような紹介をされているのかとても気になり読み進めました。　記事の内容については、出典元をご参照願います。

　　

１．　何の電子工作をするのかな？

　Ｗｅｂページによれば、ポータブルアンプを製作するようです。　タイトルに”ポタアン”とありましたが、勉強不足の我が身はこれが一体何なのかわかりませんでした。　正直、電子工作で饅頭（ボタモチのあんこ）をつくるの？と思ってしまいました。　その後、この単語を調べると、わが身の知識不足が原因とわかりました。　しかし、ポータブルアンプはわかりましたが、ポタアンって、何のアンプなのか、入力は何で、出力は何なのかわかりません。　連載を読み返していくと以下のような記載（原文転載）がありました。

　え？　入力源がヘッドフォンで、出力がステレオミニプラグ（ヘッドフォン）？ まあ、ヘッドフォン用のアンプですから・・・・・

　回路図をみると、エミッタホロワ増幅回路で、入力は１５０Ωの抵抗で終端されていました。　ライン入力にも対応？

　何がなんやらわかりません。　とにかくＷｅｂページを読み進めます。

　

２．回路動作を確認しよう

　回路図から全てを読み取る能力はありませんのでＬＴｓｐｉｃｅⅣを使って回路動作を理解することにしました。　出展元の回路図ではダーリントントランジスタ２ＳＤ１５９０を利用していますが、２ＳＤ１５９０のＳｐｉｃｅモデルを見つけることができませんでした。　この対応として２ＳＤ１５９０の等価回路を参考にしてディスクリート部品で置き換えることにしました。（なぜダーリントンを使用するのかの追及は対象外としました。）　今回は、おおまかな動作を理解するのが目的です。　よって、トランジスタの特性は気にせず、ＬＴｓｐｉｃｅⅣ付属のスパイスモデル選択メニューの最上段にある２Ｎ２２２２を２個使ってダーリントン接続の回路を組み、２ＳＤ１５９０の代替えとしました。　また、負荷はヘッドフォンですが、計算では８Ωの抵抗としました。

　

【　ＬＴｓｐｉｃｅⅣ用回路図　】

　

　入力信号は０．２Ｖｐｐの正弦波として、各部位の波形を計算した結果を下記に示します。　なお。本ページのＶｐｐはＰｅａｋ－ｔｏ－Ｐｅａｋ電圧を意味し、約０．０７Ｖｒｍｓ（＝Ｖｐｐ／２／√２）に相当します。　ＬＴｓｐａｉｖｅⅣの正弦波の振幅設定はＶｐｐの１／２の値を設定します。
　なお、紛らわしいＶｐｐを使用するのは、波形から電圧を読み取るのが最も簡単で誤差が少ないためです。　残念ながら、波形から正弦波振幅や実効値を再現性よく読み取る能力を持ち合わせていません。

　

【　０．２Ｖｐｐ正弦波入力　】

　０Ｖ付近の赤色波形が入力電圧Ｖ（ｖｉｎ）、緑色波形が負荷電圧Ｖ（ｖｌ）です。　負荷（ヘッドフォン）には入力電圧より低い電圧が出力されています。　次に入力電圧を０．２Ｖｐｐにしてみました。

　

【　０．４Ｖｐｐ正弦波入力　】

　緑色波形：負荷電圧Ｖ（ｖｌ）の下半分が歪んでいます。　この結果より、入力信号は０．２Ｖｐｐ程度でしか利用できないことを意味します。　ちなみに、８Ω抵抗の消費電力は、０．２Ｖｐｐでは約０．６ｍＷ、０．４Ｖｐｐでは２．５ｍＷ。　まあ、ヘッドフォンを想定しているのですから。。。。。。。

　

３．試作してみよう

　解析結果からは試作する気になりませんでした。　しかし、上記解析をする前に２ＳＤ１５９０を購入していましたので、これ以上何もしないと、この投資は損失になるだけです。　時間は損失となりますが、５０円玉数枚を無駄にするのがくやしくて試作をしてしまいました。

　２ＳＤ１５９０をブレッドボードに取り付けますが、２ＳＤ１５９０のリード線をブレッドボードの穴に直接差し込む勇気はありませんでした。　ブレッドボードの接触子をあまり痛めない細ピンのヘッダピンに２ＳＤ１５９０をハンダ付けして利用しました。　これでブレッドボードへのダメージを低減できます。

　

上段のように加工して利用しました。

【　２ＳＤ１５９０　】

　

　負荷である８Ωのヘッドフォンがありませんでしたので、下記のスピーカを利用しました。

　

【　８Ω負荷として利用したスピーカ　】

　

　フレッドボードで回路を組む際、部品を確実に差し込めていることを目視確認や手で確認できるように部品を配置して、これらの作業を邪魔しないように配線をします。　そのため、配線はできる限りブレッドボード用の単線ワイヤーを直線的に接続するように利用します。（より線を用いた電線長の長いブレッドボード用ワイヤを、できる限り利用しない方針でブレッドボード試作をしています。）　電源ラインは使用・未使用にかかわらず、上側・下側の電源ラインを配線接続します。　この電源ラインには、電源接続端から最も離れた場所に、比較的容量の大きい電解コンデンサ（今回は４７０μＦ）を追加しています。　また、Ｃ２コンデンサはフィルムコンデンサを利用したかったのですが、出典元が積層セラミックコンデンサとなっていましたので、手持ちのセラミックコンデンサ（茶色の円形の部品）を利用しました。　オーディオ信号回路でセラミック系のコンデンサ、しかも積層タイプを利用することを理解できませんでしたが、問題となる用途ではないので、まあいいや。

　

【　試作回路１　】

　

【　試作回路２（斜めから見る）　】

　

４．試作回路を動かしてみよう

　電池の消耗が激しいと予想されましたので、電池を利用せずに定電圧電源を３．０Ｖ出力設定として利用しました。　利用したスピーカはおもちゃなので、スピーカの音ではなく、波形観測をすることにしました。　音声波形では波形変化が激しくて、この回路の特性がよくわかりません。　この回路の評価として１ｋＨの波形で調べてみました。　当初ＤＳＯ　Ｑｕａｄで観測していましたが、分解能が悪くノイズも乗っていましたのでＮＲ－２０００を利用しました。　そのため、時間分解能を犠牲にしています。　（俗にいう、まともなオシロが欲しくなっちゃいました。）

　入力のＲ１（１５０Ω）に印加する電圧を５０ｍＶ～５００ｍＶまで５０ｍＶ刻みで変化しました。　このときの入力波形を以下に示します。　ＤＣ成分をソフトで除去しています。　当方のデータ処理方法に問題があるようで、ゼロクロス点が波形によってずれが生じています。

【　入力波形　】

　

　それぞれの入力波形に応じた出力波形は下図のようになりました。　入力２００ｍＶｐｐからマイナス側の波形歪が目につき始めました。

　

【　出力波形　】

　

　参考までに入力波形の振幅（Ｖｐｐ値）と出力波形の振幅の比を計算してみました。

　

【　電圧比　】

　

　この結果からは１５０ｍＶｐｐくらいから波形歪が目立つようです。　そこで、周波数分析をしてみた結果を下図に掲載します。　なお、周波数分析はＮＲ－２０００用のソフトＷＡＶＥ　ＳＨＯＴ！２０００のＦＦＴ機能を利用しました。

　

【　出力信号周波数分析結果　（入力電圧依存）　】

　この結果からも、入力信号１５０ｍＶｐｐまでしかヘッドフォンアンプとしては使えないようです。　　１５０ｍＶｐｐとすると約１．４ｍＷということになります。　この時の電源は電圧３．００Ｖで電流５０数ｍＡでした。　電流が５０ｍＡとすると１５０ｍＷの消費電力です。

　周波数特性の基礎データも採取していますが、上記結果から周波数特性云々するのは無意味と判断して、データ採取追加は止めました。

　出典元では「ポタアン：ポータブルアンプ」をつくるとあります。　ポータブルアンプの定義は決まっていないので、ポータブルアンプと主張すればポータブルアンプなのでしょう。　しかし、プロ（相当？）のサイトで電子部品を使った工作を紹介すれば、何でも電子工作・・・・・・　、と思われたくありません。

出典、参考　ITmedia　電子工作“超”入門（1）： シンプルなポタアンを理解しながら作るための第1歩 (1/2)　および、この連載記事
　　　　　　　　http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1410/30/news067.html

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