作業開始：2019/01/03 掲載：2019/09/29
オーディオアンプを作るんである。こっからは僕の得意分野(？)なので、俄然気分がのってくる。
筐体とスピーカが決まっているので、アンプに要求されるスペックは大体決まってしまう。。
・極力省スペース
・出力は数ワットもあれば充分。なんなら1ワット程度でもよい。
・もちろん2chステレオ。
といったところか。
「省スペース」の点で、ディスクリートで組むという選択肢はほぼ無い。アンプ用ＩＣを使うべきだろう。
2ch小出力オーディオアンプ用のＩＣは世の中にゴマンと出回っていて入手は容易である。がもちろん
普通にパーツ屋で買ったりはしない。
ハードオフにゴロゴロしてるＰＣ用スピーカ(ジャンク品)の出番でしょう。ここは。
いきなりバラしちゃってますけど。
と言うか、何年もこの状態のまま保管していたもの。元は
なんかこんなカンジのやつだった。
「FUJITSU」のロゴがある。おそらく大昔のＦＭＶシリーズ(デスクトップ型)の付属品じゃないかな。
Ｗｉｎｄｏｗｓ９５とか、下手すると３．１の時代かも。
買った時の記憶が全然無いのだが、たぶん近所のハードオフで￥５００くらいのものだったと思う。
パソコン本体の場合、こんな大昔の品は時代遅れもいいとこで実用性ほぼゼロだが、
こういった安価なアンプについては２０年前のが現在にも充分通用する。
回路設計と言っても、使うＩＣでほぼ決まってしまう。このスピーカに使われていたのは
「ＴＡ８２１７Ｐ」というＩＣ。東芝製である。
データシートはネット上で簡単に見つかる。全部英語だけど。
「Ｄｕａｌ Ａｕｄｉｏ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」なんだそうだ。
以下簡単にスペックを。
標準出力：２．５W（ただし 電源９V、負荷４Ω、信号１kHz、全高調波歪率１０%
にて）
利得：５６dB（外付けフィードバック抵抗０Ωにて。後述。）
電源電圧：４．５～１２V
標準的な回路。データシートから引用。
このスピーカの基板も、
パターンを追っかけてみたらほぼ標準回路通りだった。細かい違い
(出力の結合Ｃが１０００じゃなくて４７０μFになっているとか、
入力側に音量調整用ＶＲやアッテネータが入ってるとか)はあったが。
そんなわけで僕も、ここは素直にメーカー推奨の回路で行く。基本的には。
基本路線は決まったものの、自分でちゃんと考えなければならない点が１つある。それは
アンプのゲイン（増幅率、利得）をどの程度に設定するか。言い換えれば
上図の回路でＲｆの値をどれくらいにするか。である。
ゲイン設定と言っても要するに
「××ボルトくらいの入力が入るので、それに対して〇〇くらいの出力を出したい」
という願望の反映である。××と〇〇が決まっていれば、増幅率＝〇〇／×× という簡単な算数で決まる。
しかし今回はそもそも「××」も「〇〇」もよく分からない。
今回アンプの入力レベルとはすなわち
こいつ
のオーディオ出力電圧にほかならない。
ところが取説を見ても「出力：何mW」とかの記述は見当たらないし、仮に分かったとしても
それを電圧に換算しなければならない。ところがそのためには、もともとこいつに付いてたイヤフォンの
インピーダンスを知る必要がある。だがそんなデータ、公開されているとは思えない。
‥となれば、適当に推定するよりしょうがない。
オーディオ用イヤフォンのインピーダンスは、スペックが公開されているものを見るとだいたい
１６～１００Ωくらいが一般的なようなので、３２Ωと仮定する。
出力は５mWと仮定。これも市販の様々なBluetoothイヤフォンのスペックをみて決めた。
とするとこいつの出力電圧は
Ｐ＝Ｖ2／Ｒ より
Ｖ2＝ＲＰ
よって
Ｖ＝√(ＲＰ)
この式に上の仮定を当てはめると、
Ｖ＝√(３２×５×１０-3)＝０.４
すなわち Ｖin＝４００mV となる。
一方出力の方だが、これも求め方は入力電圧と同じく
Ｖ＝√(ＲＰ)
だけれどこいつもスピーカのインピーダンスが分からない。
たいていの場合、スピーカ自体に「xxΩ xxW」とか書かれているものだが、こいつには謎の数字があるだけ。
なのでこれも８Ωと仮定した。
出力は２.０Wとして(データシートには２．５Wとあるが負荷が４Ωの場合なので、
少し控えめにした。)
Ｖ＝√(８×２.０)＝４.０
ということで、約Ｖout＝４.０Vとなる。
このアンプの目標ゲインは
Ａv＝Ｖout／Ｖin＝４.０／０.４＝１０.０
電圧増幅率１０倍すなわち２０.０dBとなる。
データシートによればこのアンプのオーバーオールゲインは外付けの抵抗Ｒfで決まる。
で、
なんだそうだ。
これはすなわちオペアンプと同様で、負帰還回路の分圧比(の逆数)がそのまま電圧増幅率になる、ということだ。
つまり本体であるこいつ
のゲインは無限大と考えて差し支えない。これ結構重要。
今回欲しいゲインは１０倍だから、Ｒfは計算すると
(Ｒ2／９) － ３０ ＝ ２１９２.２２２‥‥Ω≒ ２.２kΩ
となる。しかし。
実際にはデータシートに「このＩＣは電圧利得を４０dB以上として使うことを推奨する」旨の記述がある。
つまり「あまり多量のＮＦＢをかけるな」と言っているわけだ。これはオペアンプと違うところ。
上記のように２０dBとかで使うと、動作が不安定になりそう。下手すると発振する恐れがある。
そんなわけで、Ｒfの定数は「オーバーオールゲインが４０dBになる」ように選定し、
入力部にアッテネータを設けることで全体のゲインを調整することにする。
このＲfを計算すると、
(Ｒ2／９９) － ３０ ＝ １７２.０２０２０２‥‥Ω
市販のものから選ぶと、近いところで１８０Ωか。
∴Ｒf＝１８０Ω
この場合オーバーオールゲインは約３９．７dBとなり４０dBをわずかに下回るが、まあ許容範囲だろう。