基板を外注するために、ソフトEagleの勉強に取り組んでいる。慣れてないので、何回も何回も書きなおしていた内に、コツがだんだん分かった。

<回路編 Schematic>
① Gridからの束縛を逃すためには、Altキーが有効。オペアンプの足はGrid上に置いてない。それに接続するには、Altキーが必要。
② パーツをWireで接続できたかどうかは、パーツをMoveして確認するのがよい。接続したと見えたけど、実は繋いでないことがよくある。Moveして一緒にくっついてくるかどうかで確認。Escキーで元の位置に戻す。余計なWireがついてしまった場合でも、Moveして初めて気づく。

<基板編 Board>
① 配線が失敗したときに、ラインを右ボタンでRipupし、Routeでやり直す。
② 未配線でも問題ない。黄色ラインの未配線については、右ボタンでPropertiesし、「Airwires hidden」を選択すれば、画面から隠すことができる。コマンド ratsnest VCC のように、隠したVCCを再表示することもできる。なお、配線の名称はSchematic上で確認できる。
③ Viaはサイズ変更可。マニュアルで追加したViaは右ボタンでPropertiesから、口径やドリルサイズを変更する。
④ Viaの削除。余計なVIAを追加してしまったら、WireをRipupし、再度Routeすれば、VIAは削除されることがある。あるいは、Ratsnestでも消えることがある。
⑤ とにかく、倍率を上げて、細かいところを良く観察することが大事。多くの問題点に気づく。

それでも、以下のことを心配している。
① 足の太いパーツが多いので、端子穴のサイズは大丈夫か。
② すべてのパーツは無理なく基板に収まるか。ユニバーサル基板に実際にパーツを差し込み、端子間の穴の数と画面のGridの数と一致しているかどうかを確認。ダメなら、Schematicに戻って、違う大きさのパーツにReplaceする。
③ ケミコンは熱源に近過ぎないか。ケミコンの寿命と直結するので、なるべく熱源から遠い位置に置く。今回は、LM3886近傍のMute用ケミコンは基板の裏に配置するつもり。
④ GNDの配線は問題ないか。自分なりに頑張ったつもりだが、自信がない。

1日かけてチェックして、明日発注できればいいな。今回は節約して、サイズを10cmX8cmに圧縮した。本来ならば14cmX8cmにしたかった。それと、左右対称を目指して頑張った。なお、LM3886への±DC給電は太いリード線が必要で、基板の細く薄い銅箔では無理っぽい。7Aが流せるジャンパー線を直接LM3886の1番5番、4番足に半田付けるつもり。

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電源部は基板のサイズが大きいので、自分でエッチングする予定。エッチング液だけで800円近くし、日本って物価が高い。

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Eagleがフリーバージョンではサイズ10cmx8cmまでの基板づくりにしか対応しないことも問題だが、美しくみせるために、左右対称の基板作成を考えているが、それも案外できない。

LM3886自体が左右非対称というのがそもそもの問題点。ひとの作品をググったら、参考できそうなものは何点かあった。ただ、完璧な対称はいずれも実現していない。

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で、集めたすべてのパーツを実測して描いたのが下の図。

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これまでの自作品では決まってユニバーサル基板を使ってきたが、見栄えをよくするため、また、基板の外注に必要なことを勉強するきっかけとして、今回は一から勉強し直す。

30cmX20cmの大型生基板が手元にあるので、それを元につくるかどうか、勉強して決めたい。外注でも数千円で済むなら、外注でも構わないと思う。

試しに外注先で見積もってみたら、サイズ 10cm X 10cm なら、約25ドルでできそう。

慣れていないし、勉強時間も必要なので、数週間かかるかもしれないが、ゆったりとした気持ちでやっていきたい。

急いで完成させたら、どうせまたつぎのなにかを作るから。

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一般的に行われるPCB基板づくりについて、以下のやり方があろう。どれも一長一短、決定打はまだなく、電子工作の最大障害は基板づくりにあるといわれる所以。真空管時代では基板に悩む必要はなかったが、シャシー加工が当時の悩みだったのかもしれない。

1.エッチング
 生基板表面の銅箔を化学反応によって無くす方法。
 エッチングの元になる化学反応式。
  Cu(銅箔) + FeCl3(塩化鉄液) → CuCl2 + FeCl2
 銅箔上にパターンを事前につくる必要があり、その作業は主に、①プリンタのドナーを転写する方法、②感光基板を使い、フィルムのように化学反応でパターンを作りだす方法、③銅箔を保護するインクを直接手で描く方法、などがある。
 エッチング後に穴開けして、やっと基板ができあがる。
 エッチング方法は古来からあり、自分も高校生の時に何回かやったことがあるが、結構めんどう。

2.直接加工
 銅箔を機械的方法で直接削り取る方法。①CNC自動旋盤やレーザー加工でやる方法、②カッター等でやる方法、などがある。

3.外注
 パターンは自分で設計し、実際の基板づくりは業者さんにやってもらう方法。中国Fusion PCB等に頼むと、基板のサイズにもよるが、千円強で10枚つくれるらしい。日本では、外注の利用が増えてきている。

大容量の平滑コンデンサを使うと、電源On時の突入電流がものすごく大きくなる(一説では平常時の10倍)。その対策を考えたほうがいいと思った。

電源スイッチを16Aものにしたが、さらにスパークキラー(コンデンサ+抵抗)をスイッチの両端子につける予定。しかし、それはスイッチに対する保護対策であり、突入電流の低減には繋がらない。

トランスと平滑コンデンサの間に抵抗器を直列にいれる対策が最も有効的と言われている。数秒後にパワーリレーをOnさせ、その限流抵抗器をショートさせるというのだ。信頼性の高いリレーが必要だが、採用してみたい。

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スピーカの保護も、このパワーリレーを活用すればできる。つまり、出力DC電圧を監視し、閾値を超えたらパワーリレーをOff、実質上電源Offにするという考え。アンプ出力とスピーカとの間に接点がなく、音質への影響は全くないだろう。一石二鳥。

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アンプLM3886の設計(いや、ただのパクリだろうけど)がまだ終わってないのに、電源トランスが届いた。急ぎすぎたと思われるかもしれないが、LM3886のスペックから考えたら、最良のものはこれしかないと何度も確認してからの選択だった。

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<仕様>
  RSコード  671-9173
  VA定格   225
  1次電圧  2 x 115V ac
  2次電圧  (定格時)2 x 25V ac、(無負荷時)2 x 27.12V ac
  2次電流  4.5A
  1次DC抵抗 約 2 x 4Ω
  2次DC抵抗 2 x 0.2155Ω
  重量    1.92kg
  サイズ   高さ50 x 直径120mm
  製造国   インド

2次電圧は仕様上25ACVだが、1次電圧として日本では100ACVを使うので、2次電圧は実質21.7ACVになり、整流ダイオードの電圧降下や平滑コンデンサによって、最終的に31DCV前後になる。

一方、インピーダンス6Ωのスピーカを実効値3Aの電流でドライブしたい。最大値に換算すると、4.2Aとなる。その辺の電流がこのトランスの限界だと思う。

最大電流4.2Aでは、対応する最大電圧が25Vになり、電源電圧31DCVでなんとかカバーできそう。

同価格の225VAクラストロイダルトランスに2次電圧が30Vのもあるが、2次電流が3.75Aと少ないので、電圧の限界が来る前に電流の限界がくることから、バランスを考えると注文したものがいいと判断したわけだ。

今回のアンプは恐らくパラレル接続になると思う。片チャネルにLM38862枚を使い、1枚のLM3886を1台のトランスでドライブする。スピーカを流す電流の実効値が6Aとなれば、連続で得られる出力パワーは約200W、左右両チャネル合わせると約400Wとなるはず。

さて、2次コイルのDC抵抗を測ってみたら、ほぼ仕様通りになっている。インド製で多少心配だが、コストパホーマンスには満足。

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デジアンTA2020ができたばかりだが、とても省エネで大満足。集合住宅に住んでいて、小音量で聴いているが、消費電流はなんと70mAしかない。そのうちの10mAはLEDが消費してて、実質60mA台。節電の夏には打って付けのアンプだ。

しかし、聴いているうちに、夢が膨らみ、評判のLM3886にも興味津々になってきた。周辺パーツの数なら、TA2020よりも少なくて済みそう。ただ、最軽量で済んだデジアンに対し、今度はゴージャスなものにしたい。

まず、左右チャネルを完全に分離したい。別々につくることだ。増幅度は2本の抵抗器で決まるので、左右のバランスを気にする必要はなさそう。スピーカの直ぐ側にアンプが置けるので、スピーカケーブルによる音質低下や発振等の心配がなくなる。

また、安価はトロイダルトランスが販売中というのもいい話。225VAクラスのトランスで片チャネルなら、なんとかドライブできそう。つまり、入力が最大1Vとすると、21倍の増幅度では約21Vの最大出力電圧になる。スピーカのインピーダンスを6Ωとすれば、最大パワーは74W、最大電流は3.5Aになる。2次が25V/4.5Aのトロイダルトランスが良さそう。アンプは電源がすべて。それが解決できれば、うまくいく可能性が断然高くなる。

ということで、長丁場になるかもしれないが、3台目のアンプを構想中。いつか真空管アンプを作りたいとずっと考えているが、きっかけはさっぱり無い。

今回は自作品ではなく、発振器の既製品を持ってきたので、実験再開。

発振器をアンプの入力(左チャネル)に繋ぎ、10Ω/5Wセメント抵抗器をアンプの出力端子に繋ぎ、その抵抗器にかかった電圧波形をオシロで観察した。

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以下は発振器の周波数を2, 20, 200, 2k, 20k, 100kHzにしたときのオシロ画面。100kHzでは僅かに発振しているようにも見えるが、DCアンプなので、0~100kHzにわたってレスポンスは良好といえよう。デジタルアンプも±両電源駆動でないとだめじゃないかな、カップリングコンデンサを無くすために。

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20kHzの出力波形を見たくて、昔につくったアンプに久々火を入れた。デジタルアンプは波形を見る限り、大したものではないと思ったから。無論、20kHzが聞こえるかと言われたら返事に窮するが。

案の定、アナログアンプは非常に素直で、問題ないと言っていい。ロー周波数の20Hzは、自作発振器が綺麗な方形波が出せないので省略するが、いずれ画像アップする予定。

発振器自体の波形と写真。

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発振器をアンプにつなぎ、ダミーロードとして手持ちの10Ω/5Wセメント抵抗器をスピーカーターミナルに接続し、その両端電圧を観測した。

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生きてきたなかで、もっとも力を注いでつくったもの、オーディオパワーアンプ。10キロあろうか、重たい。

それ以上シンプルできないほど、徹底的にシンプル化した。入力は左右チャネル1組だけ。出力は左右スピーカ端子。プラス電源スイッチと音量ボリューム。

音量ボリュームまでも省きたい気分だが、さすがにそこまでやったらまずいので。

アンプの形は昔の真空管に似ている。巨大な電源トランス、巨大な電解コンデンサ、巨大な放熱器、外からはこれらが一目で確認できるづくり。

電源トランスは Tango VF-100。2次側は35V/3.6Ax2、電力容量120VAx2以上。電解コンデンサは Elna 15000μF/63V、Elna 2200μF/80V。パワーFETは日立 J49/K134。材料費だけでも5万円以上かかったと記憶している。既製品を買える値段かも。

当時金田式DCアンプが結構話題になっていて、金田さん本人やそのファンが雑誌に盛んにその素晴らしさについて法螺を吹くので、確かめたくて製作に取りかかった。指定したパーツが多く、揃うのに大変苦労した。自分は当然回路通りのつくりはせず、いろいろ工夫してみたが、肝心なパーツについては、再現性を考え、なるべく同じものか近いものにした。それまで、聞いたこともなかった高級(高価)抵抗やコンデンサが知るようになった。

一番感銘を受けたのは電源トランスの重要性についてだ。オーディオのような音量が急変する場面では、流せる電流が足りないと、電圧が低下してしまう。一瞬でもそういうことがあれば音が濁ったりする。定電圧電源は大電流のためか、パワーアンプでは採用されない。だから、馬鹿重いトランスで瞬間大電流を確保し、馬鹿でかい電解コンデンサでDCの安定化を図っている。

確かにいい音をしていた。でも耳はすぐに慣れるものだ。1年も経てばなんの感動もなくなる。いまとなって、スピーカも処分したので、このアンプだけは陪葬品となるだろう。

鉄でできたケースの加工にどれほど傷をつけられたか。思い出しても痛々しく、それだけ思い入れの深い自作品となっている。

ちなみに、当時最高級品といわれた音量ボリューム(調べたらALPSデテントボリュームという)は数年後にガリガリの接触不良(ガリオーム)になり、高価だけのものだと悟った。

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