市販 OP Amp の特性

　非反転増幅回路で、定数は入・出力抵抗 10KΩ、帰還抵抗は Av=10 において 1KΩ/9KΩ、Av=30 において 1KΩ/29KΩ。
　これを見ると、10MHz でもフラットな当方の FET 入力自作 OP Amp の優秀性が分かります。

　それはさておき、Av=10 に於いて、 OPA2604 は400KHz 位から波形歪が観測されます。NJM4580DD では 300KHz 位から出力波形は ほぼ三角波となります。NJM2114D・NJM5532DD では周波数特性のピーク付近から波形歪が目立つようになります。

　何も分からないド素人のお子様でも、NJM2114D のような高域にピークのある特性では音質に良い影響は 及ぼさないだろうということは分かりますね。そうです。可聴帯域を大きく離れた高域でも音質に悪影響を 及ぼすのです。だから測定器が必要なのです。必要なゲインを得て NJM2114D のような特性になって しまった場合には、フラットな特性となるように或いは必要な特性となるように高域を落としてあるのです。

　従って NJM4580DD の使用を前提に設計された回路に NJM2114D 或いは NJM5532DD はそのままでは 使えません。また逆に NJM2114D 或いは NJM5532DD の使用を前提に設計された回路に、 NJM4580DD を使用すれば周波数特性の劣化を招きます。音質がどうのこうのいう以前の問題です。

　OPA2604 は NJM4580DD より価格も高いし、周波数特性も伸びているから良い音かと言えばそう単純では ありません。通常のアンプでは、使用する部位にもよりますが、概ね NJM4580DD より OPA2604 の方が 宜しい。しかしながらヘッドフォンアンプでは、いたずらに周波数特性が伸びていたらとてもではないが 使えない。耳の直近に振動板があれば、高域が拡散せずノイズがもろに鼓膜を振動させるからです。 実際の使用に当たっては 30倍の利得をとった NJM4580DD の特性より更に高域を落とさなければなりません。

　周波数特性等の AC 特性は定数や部品の取付け方により大きく異なってきます。本特性は IC ソケットの ピンに部品のリードを極力短く(3〜7mm)直付けして測定したものです。メーカーからクレームは付けられない ものと自負しています。

歪率特性

　非反転増幅回路で、定数は入・出力抵抗 10KΩ、帰還抵抗は 1KΩ/9KΩ、測定周波数 10KHz。
　このような形で市販 OP Amp 単体での歪率特性を測定してみたのは当方も初めてと思います。

　驚きましたの一言です。
　OP Amp メーカーはあまり宣伝しない 10KHz の特性ですが、それでもこれだけの特性を持っているのです。 NJM2114D にいたっては当方の DISTORTION　METER の測定限界ギリギリです。１つ 50円程度で入手可能な NJM4580DD にしてもこれ程の特性を持っているのです。
　雑誌の製作記事を猿真似した下らないオモチャアンプを作って、音質がどうのこうのと能書きを 垂れているバカガキが多数いますが、僅か 50円程度の NJM4580DD の歪率特性をディスクリートで設計(実現) できる人が日本にどれ位いるでしょうか。 アマチュアではおそらく数人から十数人位しかいないでしょう。俺は出来るという人が いれば、当方までお送り下さい。全く同じ条件で測定し、結果を住所・名前と共に HP 上に発表します。 NJM4580DD の特性より劣っていた場合には、返送料のほか技術料をいただきます。

　昔ある用途のためにディスクリートで製作したアンプです。 使用 FET 1 (複合型)、TR 14。当然のことながら他人の猿真似ではありません。完全オリジナルです。 見つかったので少し改造、測定してみました。
　周波数特性は改造前 2MHzで -0.153dB (2V at 1KHz)だったものが、改造後 5MHzで -0.265dBとなって います。1MHzまでは 1KHzと同じ最大出力振幅を得ることが出来ます。従ってスルーレートは 100V/μS 以上取れていることになります。青カーブは Av=50、位相補償無しでの周波数特性です。5MHzで約 -1.1dB となっています。位相補償無しですので同一には論じられませんが、このアンプの裸特性の良さを示すものです。
　歪率特性は測定周波数 10KHz、入力抵抗 56KΩ、負荷抵抗 620Ω。赤カーブは改造後、青カーブは改造前 の特性です。出力電圧 8.5Vでも歪率は0.002%です。周波数特性を伸ばしオープンループゲインも少し 下げたため、改造後歪率が少し悪くなっています。
　位相補償は1ヶ所のみ 3pFを入れています。なおオープンループゲインは約 80dBとなっています。 Av=50では位相補償無しでも抵抗負荷では安定です。このことはいかにこのアンプの位相回転が 少ないかを示しています。
　ドライバ・出力段のバイアス回路の温度係数は -8mVとしています。
　出力端 DC変動は Av=10で 0.1mV。Av=50でも 1mV以下となっています。電源を入れて短時間で出力端 DC 電圧は落ち着きます。温度特性も良好です。出力段アイドリング電流・出力端 DC電圧の温度特性は重要です。 メーカー製品とある程度技術力のあるアマチュアの作ったものの違いは温度特性と言っても良いでしょう。 アマチュアではある程度技術力があっても温度特性まで配慮できないものが多い。良好な温度特性が得ら れて初めて、メーカー製品と同程度の物或いはメーカー製品を超える物が作れるようになったと言える のではないでしょうか。ド素人では他人の作ったものを猿真似して動作したらもう万々歳でしょうが・・・。 　(^^♪
　　出力段の石を出力用の石に換えれば SPをつなぐことも出来ます。現状でも SPをつなぐことは出来ますが、 出力段の石が 900mWのため VRを上げることは出来ません。

　周波数特性と歪率特性・DC特性を両立 (三立？) させることは難しい。電流を増やして周波数レスポンスを 伸ばせば DC安定度が悪くなる、オープンループゲインを上げて DC安定度を向上させれば周波数特性が悪く なる・・・ですが、これだけの特性が得られています。 これは別項とした方が良いかもしれませんね。とても初心者レベルではありません。日本でもディスクリート でこれだけの特性を実現出来る人は、メーカーで開発に携わった人以外ほとんどいないでしょう。
　なおド素人のお子様がヤフオクで必死になって競っている OSコンは使用して おりません。

　当方で使用している便利アンプ (測定の際、低レベルの信号を増幅するために使用) です。 通常 OSコン等を使用することは殆どないのですが、測定に使用するため 3.3μ・10μは OSコン、 4.7μはタンタルコンとしています。22KΩ以外は金属皮膜抵抗です。
　増幅度は 20/40dB。周波数特性は増幅度 40dB/出力 2V時 10Hzで -0.445dB、100KHzでは NJM2082D　-0.355dB、LF412C　-0.482dB ( NJM4580DDでは +0.07dB ) となっています。 100Hz以下は必要ないため 10μで僅かに落としています。2段目 +入力の 22KΩは NJM4580DD 使用時出力直流電位をほぼ 0にするため。4.7μを付けることにより NJM4580DD使用時ノイズ レベルが 20〜30%下がります。
　増幅度 40dBでノイズ出力レベルは、NJM2082Dで入力オーブンの時 1.6mV　入力ショートで 0.77mV、LF412Cで入力オーブンの時 1.75mV　入力ショートで 1.1mV。NJM4580DDでは入力 オーブンの時 2.3mV　入力ショートで 0.53mVとなります。なお当然のことながらアルミケース でシールドしています。
　FET入力タイプとバイポーラ入力タイプの違いが良く分かるデータです。NJM4580DDで入力 ショート時に比べ、入力オーブンの時ノイズレベルが 4倍以上も大きいのは抵抗 56KΩから 発生する熱雑音のためです。抵抗 56KΩから発生する熱雑音の影響を排した、入力ショート時 のノイズレベルの違いがほぼ各 OP Ampのノイズレベルの差と言っても良いでしょう (正確には 2段目も考えなくてはならない)。
　EQUIVALENT INPUT NOISE LEVELの低い OPA2134でも使えば、ノイズレベルも小さくなる？　 そう単純ではありません。歪率特性を見ても分かるとおり、残留ノイズが支配的な小出力時の 歪率は、NJM4580DDより OPA2604APの方が悪いのですから。
　雑誌等でこのような傾向になることは知っていても、実際どの程度なのかを把握している人は ほとんどいないでしょう。

　この項とは直接関係ありませんが、このアンプでツェナーダイオードから発生するノイズを 確認することが出来ます。

無歪最大出力電圧

　オシロの波形で完全に正弦波として見える出力電圧としています。
　OPA604のデータシートでは低域から 400KHzまで MAXIMUM OUTPUT VOLTAGE SWINGが同じになって いますが、10倍の利得を得た無歪最大出力電圧は測定結果のようになります。1ヶ 50円程度の NJM4580DDとほぼ同じです。なんと言えば良いか適切な言葉が見つかりません。
　OPA134のデータ シートには、MAXIMUM OUTPUT VOLTAGE SWINGのグラフに without slew-rate induced distortion なる記載がありますので、メーカーでは MAXIMUM OUTPUT VOLTAGE SWINGと無歪最大出力電圧を同じ ものとは捉えていないようです。しかし使用する側から見れば、MAXIMUM OUTPUT VOLTAGE SWINGも 正弦波でなければあまり意味がない。高い OP Ampを三角波で使う人は少ないでしょう。 無歪最大出力電圧が問題となる増幅段では、あまり周波数特性を伸ばしても意味がありません。


バッファを追加すると・・・

　NJM4580DD に 2SA1015 と 2SC1815 によるコンプリメンタリバッファを追加したときの特性です。 測定周波数は 10KHz、エミッタ抵抗は 10Ω。なお黒カーブは NJM4580DD 単独の特性です。

　GR Rank を使用した場合のバッファの入力インピーダンスは実測約 21KΩです。負荷抵抗が 330Ωですから hfe は約 63 となります。なお hFE は約 300てす。

　上下の直流バイアス電圧が異なると歪率に大きく影響するようです。hFE バランスが取れていないとその影響は極めて大きくなります。

　スピーカーを接続するために出力用 TR をダーリントン接続すると、歪率は通常大きく悪化します。 雑誌の製作記事では、良好なもので 10KHz で最低歪率が 0.04〜0.05% 程度、悪いものでは 0.2% 程度と なっています。当方の簡単なテストでは 10KHz で 0.008% 程度の値が得られています。
　歪率を低くすることが出来れば、"さもオペアンプを使用した安物アンプの音" から品位の高い音に 変わってきます。これには電解コンを、通常のものから高価なオーディオ用に代えるというバカでも 出来るようなことではなく、バカには難しい適切な動作点の設定・調整が 必要です。受動部品を高価なものに代えたところで歪率はまず変わりません。受動部品の歪率は 元々極めて低いものだからです。また動作点の調整とは出力段アイドリング電流の調整のことでは ありません。出力段アイドリング電流の調整はバカでも出来ますが、これはある程度流しておけば、 少しの増減は歪率には殆ど影響を与えません。
　経験を積むと、歪率計の歪成分出力波形を観測することにより、どこの部位で歪が発生しているのか 推測することが出来るようになります。これに対処することにより低歪率とすることが出来るのです。


　

回路図

試作Amp 周波数特性 ( L・R 同じ)


　青カーブは OP Amp1の帰還回路の fcを 972KHzとした場合。赤カーブは 530KHz。 OP Amp2の帰還回路の fcは 532KHz。

試作Amp 歪率特性 ( L・R 同じ)


　断っておきますが、この歪率特性は 10KHzです。100Hzや 1KHzではありません。念のため。 当方は敢えて最も悪いデータを発表します。
　100Hzや 1KHzで当方の 10KHzより特性が悪かったら？　どうしようもないですね。止めなさい 止めなさい、下らないオモチャ作りは。

　数ヶ月聴いてきましたが、ピアノ曲の再生に向いた歯切れの良い音を出してくれます。立ち 上がりの鋭さは比類がありません。通常直流電源電圧が低くなると力強さが失われがちですが、 本器では極めて力強い壮大な音を響かせてくれます。何年も聴いていなかった CDを引っ張り 出して聴いてみることが多くなりました。やはりクラッシックに向いています。当方のように プリアンプを使わないのであれば、メーカー製のアンプを使う必要はなくなります。
　作った当初は思い入れ (これだけ金をつぎ込んで音質に良いと言われる パーツを使用したのだから、良い音が出て当然という) もあり、"うん良い音" だと悦に入って いるもののその内欠点が目に (耳に) 付いてきて・・・等というみっともないことは ありません。

　OP Ampは OPA2604、ドライバは 2SA1015GR/2SC1815GR、出力は 2SA1359Y/2SC3422Y。
　入力と出力は逆相としています。OP Ampは小さいこと、オーディオアンプではある程度の入力 インピーダンスを持たさねばならないこともあり、同相で周波数レスポンスを伸ばすと不安定に なりがちです。オーディオアンプは完全に安定でなければなりません。聴覚は敏感です。
　OP Amp1は gain約 10としています。R1は OP Amp 1の負荷抵抗であることに注意しなければ なりません。○○○値では高い周波数で振幅が大きくなると歪率が大きく悪化します。
　OP Amp2は gain約 6。R2もまたダーリントン TRの入力インピーダンスと共に OP Amp 2の 負荷抵抗となります。出力段 TRのアイドリング電流に気を取られてあまり○○○値を取ること はできません。○○○○○にかなり電流を流さないと出力段アイドリング電流が希望値に達しない ようであれば、○○○○○○○○○○○に変更する必要があります。
　C2は無くとも安定動作に影響ありませんが、音質上必須です。
　ヒートシンクは○○しずらい形状のものが必要です。アマチュアが入手可能なヒートシンクは、 しっかりしているように見えても○○しそうなものが多いようです。
　コイルは内側にもエポキシを充填し振動をシャットアウトしています。

　TRの HFEバランス ー Y・GR等の HFEランクを 合わせるのは言うまでもありませんが、更に 4E・7C・7D・7F等の表示の数字を合わせる必要が あります。数字に続くアルファベットの意味は当方も掴かんでおりません。

　出力段 TRのエミッタ抵抗 ー 通常のテスターでは、小数点以下１桁までしか分かりませんので、 0.1〜0.5A程度の電流を流して選別します。本器では家庭内使用でそれ程出力も必要ないため、 大きめの値としています。

　どっかの雑誌で見たのか知らないが、アースラインに電位差を持たせなければ良いと銅板の 使用を勧めているバカがいます。アースラインに電位差を持たせてはいけないのは常識ですが、 わざわざ銅板を使用しなくとも基板パターンの作成の仕方、適切な線材の選択、配線方法により ほとんど電位差を持たせないことは可能です。そしてこの方法で電位差を持たせないことの方が 重要です。

　出力部と電源の平滑コンデンサは出来るだけ近いほうが宜しい。これは常識的に分かりますね。 単線は○○○○○○○を持つからです。電源供給ラインしかり、スピーカーへの供給ラインしかり・・・。 電源供給ラインの○○○○○○○は、直流抵抗と共にかなりの大きさの○○○○○○○を持って しまいます。配線の仕方によっては平滑コンデンサの ESRの何倍もの ○○○○○○○となるかも知れません。大振幅の急激な信号が入ってきた場合、低い周波数では ほぼ配線の直流抵抗のみですが、高い周波数では○○○○○○○により低い周波数に比べて流れる 電流が大きく制限されることになります。直流抵抗も小さいほうが良いことは言うまでもありません。
　メーカー製のアンプで出力部と電源の平滑コンデンサが離れている場合、電源供給ラインの プラス側とマイナス側を捩っているものもありますが、当方はこの効果については疑問を持って います。A級にしろ AB級にしろプラス側から流れ出た電流がマイナス側に戻ってくるわけではない のですから。まあメーカーでは当然この辺は理解しており、やらないよりはやったほうが良かろう ということでしているのでしょうが。このような電気回路の基礎的知識がなければ、例え電解コンに オーディオ用の最高級品を使ったところで、メーカー製の安物アンプでさえ越えることは出来ない でしょう。 俺はノウハウもテクニックも持ち合わせていないから、せめて音質に良いと言われるパーツを使って ・・・という人もいるでしょうが、これは間違っています。大きな悪影響を出すものの前では、 微々たる向上など完全にマスキングされてしまうからです。
　冒頭に極めて力強い壮大なと書いていますが、これは当方にとっても驚きでした。出力部と電源の 平滑コンデンサが近い方が良いことは分かっていても、出力が大きくなると両チャンネルで実現する のは難しい。本器では出力が小さく基板も小さいので実現できた次第。ただ部品の配置・固定方法・ 配線方法等によりかなり変わってくるものと思われます、誰が作っても同じような特性が得られる ものではありません。 更に驚きは・・・これ以上の驚きがあるのですが書きません。
　本器のために新たに購入したものは出力段 TR (ペアー 90円) とヒートシンク位でしょうか。 電解コンは手持ちの中から ESRの小さいものを使用。特別にオーディオ用と銘打ったものは使用して おりません。(^^♪　本器のようにおよそ考えられる問題点をほとんど 排したアンプにこそ、ハイグレードな電解コンを使用すべきでその方が違いがはっきりと顕われる とも考えますが、何度も書いているとおり当方は懐疑的です。
　出力端直流電圧は -1.5mVと -4.1mV。

　ノウハウをいくつか書いてしまいましたが安心してください。良好なアンプを作るためには 他にも多くのノウハウが必要です。メインアンプはノウハウの塊と言って良いでしょう。