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【ワレコの電子工作】昔作った金田式DCパワーアンプをレストア⑦【三箇所の半田付けミス修正したら無事に完成】

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ワレ子
ワレ子

ワレ子です。

昔作った金田式A級30W DCパワーアンプ(モノラル2台)をA級15W(同)へのレストアプロジェクトがようやく無事に完了した。

前回までの作業でレストアプロジェクトの九割くらいは無事に終えることが出来ている。それらを以下に示す。

  • 全基板(ブリッジ基板、±50V電源、±20V電源、アンプ基板、DC検出&保護基板)をPCBWay発注の専用基板を使って再作成することに成功。
  • ブリッジ基板、電源基板はAC100Vに配線済で正常動作確認済。
  • アンプ基板は可変定電圧電源を使った単体テストで正常動作確認済。

残す作業は以下の通りだ。

  • ±20V電源基板とDC検出&スピーカー保護回路基板との接続(XH7用ケーブル自作)
  • アンプ基板と電源基板(±50V, ±20V)との配線
  • アンプ入出力配線
  • 電源ON表示の緑LED配線
  • 保護回路リセットボタン(シャーシ背面)と保護回路基板との配線

これらが完了すれば無事に金田式風A級15W DCパワーアンプ(モノラル2台)が完成するのだ。

当記事ではこれらの作業の様子を写真を交えて紹介したい。

表題の通り、三箇所も半田付けを間違えてしまい、紆余曲折したが最終的には原因解明に成功して、無事にアンプは完成した。

前回記事はこちら⤵

では本題に入ろう。

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±20V大電流電源基板と保護回路基板との接続XH7ケーブル自作

下写真に現在のRchアンプの様子を示す。

写真 左上:±20V大電流電源、左下:±50V電源、右上:アンプ基板、右下:DC検出&保護基板

上写真では5枚の基板をシャーシに固定して、二枚の電源基板(左ヒートシンク)電源部の配線は済ませている。つまり電源部のみ完成している。

一方、右ヒートシンクに付けているA級15Wアンプ部とDC検出&保護基板の配線は未だなので、それらの配線を以下で行う。

±20V大電流電源基板と保護回路基板は、参考にしている雑誌(最新オーディオDCアンプ 金田明彦)記事では、一枚のサンハヤト基板上に実装されている。

一方、ワテの場合は二枚の専用基板(PCBWay発注)に分離したので、それらを接続するケーブルを自作する。

接続コネクタはJSTのXH7を採用している。

写真 ±20V大電流定電圧電源基板と保護回路基板の接続用XH7ケーブル製作中

最近のワテは視力が低下しているので、これらの細かいコンタクトソケットの圧着作業は実体顕微鏡を使いながらやった。

圧着工具はこのエンジニア製PA-24がお勧めだ。PA-21も持っているのだが、あとから発売されたPA-24のほうが色々改良されている感じ。

ただしPA-21はQI, XH, VHなどが圧着出来るが、後発のPA-24はVHは圧着出来ないので汎用性を考えるならPA-21がお勧めかな。

  商品リンク M型ダイス幅[単位mm] ワテのコメント
(1) 極小端子用 PA-09 W1.0 / 1.4 / 1.6 / 1.9 使ったこと無い
(2) 小・中型端子用 PA-20 W1.6 / 1.9 / 2.0 / 2.3 使ったこと無い
(3) 小・中型端子用(バレルが長い端子対応) PA-21 W1.6 / 1.9 / 2.2 / 2.5

QI, XH, VHなど圧着可能。
まず買うならこれかな。

(4) 小・中型端子用(QIコネクタ対応) PA-24

Φ1.4 / 1.8(丸型)
W1.3 / 1.6 / 1.9 / 2.2(M型)

VH非対応だが、QI, XH対応。丸形ダイスでQIが綺麗に丸まる。
予算に余裕があるならこれも買うとQI, XHが綺麗に仕上がる。

表 エンジニア製圧着工具の仕様比較

ワテの場合はXHコネクタのメスソケットの圧着にはPA-24のW1.9のM型ダイスを使った(下写真)。

写真 圧着工具はENGINEER エンジニア 精密圧着ペンチ PA-24がお勧め

7ピンメスソケットをケーブル両端に付けるので、合計14個の圧着作業が必要になる。それが左右2台のアンプに必要だから合計28個の圧着作業だ。結構面倒くさい。

ハズキルーペを買ってみるかなと検討中だ。

なお、秋月電子で買ったXH用コンタクトソケットは下写真のように連結されている。

写真 連結されているコンタクトソケットは鋏で切ると良い

XHコネタクだけでなくQIコネクタもそうだが、コンタクトソケットは連結されているものが多い。

これを切り離すには、ニッパーでやってもやり辛いのだ。

最近のワテは上写真のように文房具の鋏を使ってコンタクトソケットをカットしている。コンタクトソケットの連結金属板は薄っぺらいので鋏で十分にカット出来る。

完成したXH7採用の接続ケーブルは下写真のように±20V大電流電源基板の裏側に挿すようにした。

写真 XH7コネクタを裏側に挿すことでケーブルが目立たない(見た目重視設計)

一方、ケーブルのもう一端は下写真のようにDC検出&スピーカー保護回路基板(以降、保護基板などと略す)に挿している。

 

写真 DC検出&スピーカー保護回路基板に挿したXH7接続ケーブル

上写真で、左にある赤橙の2芯ケーブルは保護回路動作時に点灯する赤LEDへ行く配線だ。

上写真は最終完成時点で撮影したもので、実はこの時点では赤LEDへの配線をやっていなかった。

その事が、以下のアンプ動作確認作業で混乱を引き起こした。

詳細は、以下で説明したい。

アンプ基板と電源基板(±50V, ±20V)との配線

金田式アンプの製作では、本来は接続コネクタなどは使わないのはワテも知っている。

しかしながら、ワテの場合は下写真のように電源配線にはELコネクタを採用した。

写真 アンプ基板と電源基板(±50V, ±20V)との配線にはELコネクタを使う

赤黒青の三本は±50V基板用、黄緑白は±20V基板用とした。

ELコネクタは日本圧着端子製造(JST)さん販売している中継用コネクタだ。

ピッチ 4.5mm
定格電流 MAX 10A
定格電圧 MAX 300V
圧着中継ロック付

表 ELコネクタの仕様

ELコネクタの圧着はPA-24のW2.2でやった。

ワテの場合、基板対電線用にはXHやVXコネクタを使う。

一方、電線対電線には今回初めてELコネクタを採用してみた。共立エレショップさんで売っていたので買ってみたのだ。

ELコネクタを使ってみた印象としては、ロックの解除がやり易いのでワテ好みだ。自動車電装系のコネクタは、ロック解除がやり辛いのが多いのでワテは大嫌い。

写真 ELコネクタを付けた電源配線ケーブルをアンプ基板に半田付け中

下写真のようにアンプ基板に±50V電源用と±20V電源用のコネクタを付けることが出来た。

写真 アンプ基板に±50V電源用と±20V大電流電源用のELコネクタを付けた

このようにELコネクタ式にすることで、下写真のようにアンプ基板(左側ヒートシンク)や電源基板(右側ヒートシンク)を本体から分離することができるのでメンテナンスし易いのだ。

写真 アンプ基板(左)と電源基板(右)が分離出来るのでメンテナンス性が高い

ELコネクタを接続した状態を下写真に示す。

写真 アンプ基板と電源基板がELコネクタで接続した状態

まあ、電源配線と言えどもコネクタ接続にするなんてのは、純正金田式にこだわりの有る人からすれば、邪道以外の何物でも無いとは思う。

でもワテの場合は、純正金田式に対するこだわりは無いので、コネクタを採用した。

コネクタを一箇所や二箇所に使った程度で音の違いが分かるなんて言う人がいるかも知れないが、ワテには分からないし。

ただし、コネクタを入れるよりも入れないほうが良いのは分かる。なぜなら例えば音声信号を伝えるケーブルをダイレクトに半田付けするのと、ケーブルの途中に1000箇所もコネクタを入れて接点だらけにした場合とを比較すれば、ダイレクトに接続するほうが良いのは分かる。

1000箇所も接点があれば、一箇所当たりの接触抵抗がミリΩレベルだとしても、1000箇所ならΩのオーダーになるから、駄耳のワテですら音の劣化を聞き取る事が出来るだろう。

でもまあ一箇所くらい接点が有ってもワテには分からないし。

オーディオは気持ちの問題だな。

アンプ入出力配線

電源配線が完了したので、次はアンプ入出力の配線を行う。

まずはアンプ出力とスピーカー端子との接続だ。

下写真のようにホームセンターで切り売りの赤黒KIV電線0.75sqを使って配線した。

写真 赤黒KIV電線0.75sqを使ってアンプ出力とスピーカー端子間を配線

上写真のように丸形圧着端子を圧着した。

純正金田式アンプでは丸形圧着端子などは多分使わないと思うがワテは使う。

写真 スピーカーターミナルに丸形圧着端子を使って赤黒出力ケーブルを接続した

上写真のように赤黒ケーブルは良く捻っておいた。

捻ることでスピーカーケーブルの定番ベルデン 9497(通称ウミヘビ)のような見た目にしたのだ。

オーディオは見た目が重要だ。

次に、RCA入力ジャックとアンプ基板入力までを配線する。

写真 RCA入力ジャックとアンプ基板入力の配線ケーブル

純正金田式なら多分、モガミ電線の太いシールド線(NEGLEXシリーズ)を使うのが正統派だと思う。ワテの場合は、そんな電線は以前に若松通商さんで購入したやつの切れ端が数本あるが、今回は使わない。

理由は、太くて固いNEGLEXケーブルは配線し辛いから。

そこで、ワテのパーツボックスの配線材料を漁ったら、どこで買ったのか覚えていない下写真のシールド線が有ったのでそれを使う。

写真 細めのシールド線を使ってアンプ入力の配線を行う

上写真のように赤白2芯がシールド銅線で覆われている。

そこで赤白2芯をまとめて、1芯として使うことにした。こんな配線は金田式の風上にも置けないだろう。

写真 細めのシールド線を使ってアンプ入力とRCAジャック間を配線した

赤白2芯のシールド線を使ったので紅白で目出度いぞ!

今年のNHK紅白歌合戦はワテが知らない歌手が多い。伊藤蘭と福山雅治くらいか、知っているのは。

この二人だけ見るかな。

さて、入出力の配線が完了したので、これでアンプの動作確認が出来る(実は保護基板の赤色LED配線を済ませていないので保護回路が正常動作しない問題があるが、この時点で気づいていなかったのだ)。

リンギング問題と保護回路の挙動がおかしい問題

まずは入力RCAジャックにショートピンを挿して、電源オン。

写真 入力RCAジャックをショートして電源オン、出力オフセットなど計測

雑誌記事の調整作業の説明文では、A級15Wアンプ基板のVR1(差動1段目のバランス調整)で出力電圧を0Vに合わせる。

VR2(差動2段目の+50Vと共通エミッター間)を調整して負荷が繋がっていないTr5のコレクター電圧を0Vに合わせる。

これを3度以上繰り返すとの事だ。

そこでまず、下写真のように赤黒計測ケーブルを自作した。

写真 テスター棒に挿せる計測ケーブルを自作(ICクリップ付)

ワテの場合、最近はこの手の計測用小物を自作するのが好きだ。

色んなアイデアが湧くので、その都度自作して実際に使っている。中には失敗作もあるが、上写真のやつは類似品(下写真)も市販されているが自分で作れば一本150円くらいで作れる。

これで2000円弱もするのか!

下写真のように自作ICクリップ付赤黒計測ケーブルを使って出力オフセット(0.47Ω抵抗部)とTr5コレクター電圧を計測しながら半固定抵抗VR1, VR2を調整した。

写真 出力オフセット(0.47Ω抵抗部)とTr5コレクター電圧を半固定抵抗VR1, VR2で調整

雑誌記事では、以下の説明がある。

電源SWオン後Tr5、Tr6の発熱により、Tr5のコレクター電圧はゆっくり上昇するが、約10分で安定する。

引用元 改訂版 最新オーディオDCアンプ 金田明彦

ワテのアンプでもこのような挙動を示した。

出力オフセット電圧 Tr5コレクター電圧

表 電源ON直後の出力オフセット電圧とTr5コレクター電圧

電源ON直後の出力オフセット電圧は-100mV程度、Tr5コレクター電圧は-6V程度だった。

雑誌記事の通り10分くらいで安定したので、VR1とVR2を調整してそれぞれ0V程度にした。

でもそれらの電圧は周囲の温度にも敏感で、出力オフセットは 0mV ±5mV くらいで変動する。

Tr5コレクター電圧は 0V ±0.1V くらいで変動する。息を吹きかけただけでも変動する。

まあ、兎に角、入力ショート状態ではLchもRchも正常な挙動を示しているのでほっと一安心。

ところがそうは問屋が卸さなかったのだ。

Lchでリンギングが目立つ問題

写真に撮り忘れたのだが、まずはLchに10KHzの方形波1Vp-pを入れてみた。

その結果、出力波形にリンギングやオーバーシュート、アンダーシュートが目立つのだ。

その様子を下写真に赤色で描いてみた。

写真 Lch出力波形にリンギングやオーバーシュート、アンダーシュートが目立つ(赤色)

入力(下):10KHz(1Vp-p)、出力(上):緑輝線は最終完成時波形、赤色はこの時点の波形

トランジスタアンプで10KHzの方形波なら上写真の緑輝線くらい綺麗な波形になるはずだ。この緑輝線は問題が解決した最終完成時点で計測したものだ。

実は前回記事でもオーバーシュート、アンダーシュート、リンギングが目立っていた。

でもその理由はシャーシに入れずに計測したので、その辺りが原因だと思っていたのだが違っていた。

Lchのリンギング問題の原因判明したので修正した

下写真で、A級15Wアンプ基板のバイアス回路にある2個のシリコンバリスタは出力パワートランジスタと熱結合している。

2個の灰色の高熱伝導ゴムの下にHV23Gシリコンバリスタがある。それらのリード線は下写真のように3ピンのラグ端子を使って配線しているのが、下写真には大きな問題があるのだ。

写真 シリコンバリスタHV23Gのリード線がラグ端子経由でヒートシンクと導通している!

上写真で、2個のシリコンバリスタHV23Gを直列接続しているが、そのリード線がラグ端子経由でヒートシンクと導通してしまっているのだ。

それを以下の様に修正した。

写真 3ピンラグ端子の中央電極を使わないようにしてショート問題を解決した

3ピンラグ端子の中央電極はヒートシンクに導通しているので、それは使わずに両端の電極を使って問題を解決した。

その結果、10KHzだけでなく100KHzの方形波でもリンギング症状は出なくなった。

10KHz(1Vp-p) 100KHz(1Vp-p)

図 HV23Gとヒートシンクのショート問題解決したらリンギング症状は消えた(Lch)

なお、この時点ではシャーシはグランドに接続していなかった。

その為に、出力波形には若干の乱れは有るけれどもアンプとしては動作していたのだ。

もしシャーシをグランドに落としていたら、動作すらしなかったと思う。

シリコンバリスタの取り付け問題を修正したあとで、シャーシはブジッリ整流基板のグランドに接続した。

という事で、Lchは正常動作するようになったぞ!と思ったのだが、実は未だ問題が隠れていたのだ。

それはこの後で明らかになる。

Rchの正電圧側の保護回路が動かない問題

一方、Rchは1KHz、10KHzなどどんな信号を入力しても、入力した直後に保護回路が働いてしまう。

さらに不思議なことに、正電圧側の保護回路は働かずに負電圧側のみ遮断される。その結果、出力信号の上半分のみがオシロで表示されるのだ。

う~ん、さっぱり分からん。

そこで正常だと思われるLchの保護基板を外してRchに付けて試してみるかなと思ったのだが、その前に2台のアンプの基板を注意深く観察してみた。

こう言う虫眼鏡を持って左右のアンプの基板を比べながら間違い探しをしたのだ。

その結果、Lchの±20V電源で保護回路のTrの取り付け向き間違いを発見した。

写真 Lchの±20V大電流電源基板の保護回路部のTr2個の取り付け向き間違い発見

その間違いを下写真に示す。

縦に2個並ぶ2SC1775の向きを180度間違い 2個の2SC1775を取り外した

写真 Lchの±20V大電流電源基板の保護回路部のTr2個の取り付け向き間違い箇所

上写真で二個のTr(2SC1775)を180度逆向きに取り付けている。これは回路図で言うとTr11, Tr12で、過電流を検出すると保護回路のSN7400で組んだフリップフロップをトリガーするトランジスタだ。Tr11が負電圧側、Tr12が正電圧側だ。

つまり、Lchは保護回路が動作しない状態だったのだ。

そこで、これら二つのトランジスタを取り外して、正しい向きで付け直した。

ヒートシンク分離出来るのでメンテナンスし易い XH7コネクタ下の縦に3個並ぶランド(二箇所)

写真 Lchの±20V大電流電源基板上のTr11,Tr12の取り付け向き間違いを修正した

これでLchの±20V大電流電源基板と保護基板は正しく動くはずだと思って試してみた。

1KHz、10KHz、100KHzの方形波(1Vp-p)を入力すると正常に増幅された。

500KHzに上げると10秒後くらいに保護回路が動作して、±20V電源の負側のみ遮断された。

もう訳分からん。

この時点では保護回路のリセットボタン、赤色LEDは未配線だった。

そこで電源SWをOFF、ONすると正常に回復した。

一方、Rchに関しては、どんな信号を入れてもその直後に保護回路が動作。それも負電圧側のみ遮断され、正電圧側は遮断されない。

もう訳分からん。

で、土日はドライブなど出掛けて頭をリフレッシュ。

保護回路動作表示の赤LEDを配線した

そしたら原因が判明した。

保護回路基板の赤色LED表示を配線していなかったのがLchやRchの正電圧側が遮断されない原因だった。

保護回路動作表示の赤色LEDは単なる表示だと思っていたが、回路図をよく見ると赤色LEDのカソードは配線(I)を経由してTr6(2SC1775)のベースに繋がっている。このTr6は正電圧側の電源出力を遮断するトランジスタだ。

その配線(I)が未接続だったので正電圧側の保護回路は動作しないのは当然なのだ。

ああ、そう言う事か。

という訳で、保護回路のリセットボタンや赤色LEDも配線した。

写真 フロントパネル左端の透明LEDは保護回路動作時に赤色に発光する

下写真はリアパネルのリセットボタン(赤色)だ。

写真 リアパネルのリセットボタン(赤色)、リアパネル裏側の端に取り付けたリセットボタン

下写真のように保護回路基板にXH7ケーブル、赤LED(赤橙)、リセットボタン(紫灰)を配線した。

写真 保護回路基板にXH7ケーブル、赤LED(赤橙)、リセットボタン(紫灰)を配線

SN7400奥のリード型抵抗は赤色LEDの電流値を決めるやつなのでソケットピンを利用して差し替え可能にしている。

これでLch、Rch共に全ての問題が解決したはずなのだが、とりあえずLchから動作確認した。

Lchは正常動作した

Lchに10KHz(1Vp-p)方形波を入れて出力をオシロで観測した。

写真 Lch 下:入力10KHz(1Vp-p)方形波、上:出力

上写真の通り、Lchは正常動作している。

100KHzでも綺麗な波形だった。

500KHzまで上げると数秒で保護回路が動作した。正常に正負両方の±20V電源が遮断された。周波数を100KHz辺りまで戻してリセットボタンを押すと正常に回復した。

おお、ええ感じや。

写真 Lchアンプユニットに方形波入力して出力波形をオシロスコープで観測中

Rchは正負電源(±20V)がいきなり遮断される

さて、問題のRchのテストを行った。

その結果、今までは負電圧側のみ行き成り遮断されていたが、保護回路の赤LEDやリセットボタンを配線した結果、パルジェネの出力DISABLEを解除してアンプに信号入力した直後に±20V大電流電源基板の正電圧側も負電圧側もどちらも行き成り遮断されてしまう。

まあ、保護回路が動作した時には正負電源両方が遮断されるのは正しい動作なのだが、行き成り遮断される理由が分からん。

写真 フロントパネルの保護回路動作表示の赤色LEDが見えにくい場所なので鏡で見る

もう嫌や。

下写真はRchの±20V大電流電源基板のTr6(2SC1775)、Tr13(2SA872)だ。

写真 Rchの保護回路が行き成り動作するので原因調査中

上写真のように保護回路と関係している箇所のトランジスタのベース・エミッター間電圧などをデジタルテスターでモニターしながら調査したが、信号入力した瞬間に行き成り保護回路が動作する理由がさっぱり分からん。

Rchの±20V電源709オペアンプの位相補償抵抗1.5Kに15K付けていた

まあ、電子回路が正しく動かない場合には必ず原因がある。

今の場合、モノラル2台構成なので正常動作しているLchユニットと問題のRchユニットの各部を比較すれば何かヒントが得られるはずだ。

基板に関してはワテがKiCad7で設計した専用基板を使っているからLchもRchも違いは無い。

配線作業も左右で同じ様にやったはずなので配線間違いは無いはずだ。それにもし何かの配線を間違えていたら、入力ショート時ですら正常動作はしないはずだが、入力ショートでは左右共に同じ挙動を示している。

では、使っている部品の故障の可能性はどうか?まあそれは無きにしも非ずだが、トランジスタは半田付けする前にワテ自作hFEテスターで正常確認している。

抵抗、コンデンサに関しては、ほぼ全て取り付け前に値をテスターで計測している。

おかしい。

で、基本に戻って調査をやり直した。

問題のあるRchの±20V大電流電源基板を明るい照明の下で虫眼鏡を通して詳細に観察した。

その結果、原因が判明した。

写真 Rchの±20V大電流電源基板の1.5KΩに15KΩを付けていた!

上写真の2個のNECオペアンプC55A(709互換品)の右隣に153の数字の抵抗がある。15KΩだ。

でも基板のシルク文字は1.5KΩだ。

あれれ!?

ニッコームや進工業のプレート抵抗はカラーコードでは無くて数字表記なのでこう言う時に分かり易いのが良い。

この1.5KΩ抵抗と2000pFコンデンサの直列接続で709オペアンプの外付け位相補償になっている。

なんで15KΩを付けたんだろう?

このA級15Wレストアプロジェクトに用いたパーツの殆どは、レストア対象となったワテ自作のA級30Wアンプを解体して回収した部品だ。

A級30WとA級15Wとでは、共通パーツも多いが一部の抵抗やコンデンサは微妙に値が異なっている。

で、回路図を確認したらA級30Wの電源には15KΩ抵抗が使われている箇所があった。大電流電源の709オペアンプの2番ピン(ーV入力)に与える基準電圧を作る部分だ。

それがA級15Wでは10KΩに変わっているので、この15KΩはA級15W機には本来なら使わないのだ。

ところが、ワテのウッカリミスで、A級15W機の±20V電源に152(1.5KΩ)を付ける時に153(15KΩ)の抵抗を見つけて、ああこれだ!と思って間違えて付けてしまったようだ。

多分その時にはテスターで値を計測していないはずだ。

いつもなら必ずテスターで値を計測してから半田付けする習慣を付けているのだが、今回はレストアプロジェクトなので、使う部品は回収した部品を優先して使った。

その中に値の似ている数字を見つけたので安易に「これだ」と思って値を計測せずに半田付けしてしまったようだ。

やっぱり手抜きはダメだな。

写真 1.5KΩ抵抗と15KΩ抵抗

で、15KΩ抵抗を取り外して1.5KΩに付け替えた。

なお、1.5KΩに直列に入れる2000pFは、A級30Wでは1500pFが指定されていた。

実はワテはここでも手抜きしてA級15Wも指定の2000pFでなくても1500pFで行けるだろ!と勝手に判断して1500pFにしていたのだ。

この際、その部分も直しておいた。

基板表面に1000pF、裏面に510pF(下写真下2個)を並列接続で1510pFにしていたのだが、裏面を1000pF(下写真上2個)に変更して2000pFとした。

写真 709オペアンプ位相補償のコンデンサを指定値2000pFに修正した(取り外した510pF)

これで709オペアンプの位相補償部は雑誌記事の通りになった。まあ最初からそうしておくべきだったのだが。

それに金田式アンプの場合、金田先生指定のパーツを使う事が大前提だし、仮に代替品を使うとしても、勝手に値を変えてはダメだな。

Rchも正常動作した

で、Rchの±20V大電流電源基板の抵抗やコンデンサを指定値に修正後に、測定してみた。

その結果、下写真のように100KHzでもまあまあ綺麗な波形が得られた。

写真 Rch 下:入力100KHz(1Vp-p)、上:出力

下写真のように500KHzだとかなり鈍っているが、Lchは10秒くらいで保護回路が動作したがRchは保護回路は働かなかった。

写真 Rch 下:入力500KHz(1Vp-p)、上:出力

調子こいてRchに600KHzを入れたら数秒で保護回路が動作した(下写真)。

写真 Rch 下:入力600KHz(1Vp-p)、上:出力

上写真のように出力は0Vになっていて、正負電源が両方共に正常に遮断されたので正常だ。

鏡越しに見る赤色LEDも点灯している。リセット解除ボタンも正しく働く。

写真 Rchの保護回路動作時に点灯した赤色LED

という事で紆余曲折して自分でも何が何だか分からなくなりかけたが、ログノートに記録を残していたのでそれを元にこの記事に顛末をまとめた。

まあワテの備忘録だ。

電源ON表示の緑LED配線

最後に、電源表示の緑LEDの配線をした。

写真 電源表示の緑LEDに抵抗を入れてコネクタ式にした

電源表示LEDは±20V大電流電源に入れる前の非安定な約27.5Vを使うことにした。

使ったLEDの推奨電流は10mAなのだが、ワテは明るいLED表示は嫌いなので若干暗めにするために8.6mAにした。抵抗は3.3KΩを入れた。

下写真のようにフロントパネルに取り付けた緑LEDも赤LED同様にコネクタ式にしたので、メンテナンス時には必要なら分離出来る。

写真 コネクタを多用してメンテナンス性を上げた

下写真のように電源ON時には控えめに光る。

写真 電源ON時には控えめに光る緑LED

という事で、金田式風A級15W DCパワーアンプ(モノラル2台)が無事に完成したぞ。たぶん。

写真 金田式風A級15W DCパワーアンプ(モノラル2台)が無事に完成した(たぶん)

今後は、出力オフセット調整(0V)、Tr5(差動2段目の負荷無し側Tr)のコレクタ電圧(0V)などを再調整したい。

写真 作業台の上を掃除してとりあえず作業終了

整理整頓、清掃はDIYの基本だ。

シャーシ天板に放熱穴を開ける

レストア前のA級30W(実際はA級25Wくらい)はヒートシンクがかなり発熱した。

手で触ることは出来るが、かなり熱かった。アッチッチと言うくらい熱い。

一方、今回のA級15W機では、熱いけれどアッチッチと言う程では無い。

これくらいの発熱なら普段遣いのアンプとしても、実用性は十分ある感じ。

電源電圧とアイドリング電流を掛け算してみた。

A級30W  25V x 1.37A = 34.25W
A級15W  20V x 0.97A = 19.4W

実際は正負電源なのでこの倍になるのかな。

兎に角、A級15Wに比べてA級30Wのほうが、1.8倍くらい発熱が大きい。

A級50W+50Wをステレオ1台で作ると物凄い発熱なんだろうなあ。

まあワテの場合は、小音量で楽しむPCオーディオ環境で使う事を予定しているので、15Wも有れば十分だ。

大体やねえ、LUXMAN、Accuphase、McIntoshなどの数百ワット級のステレオアンプを狭い日本の住宅事情でボリュームをほぼゼロ付近まで絞って使っても、性能を十分に発揮出来ていないと思うのだが。

アンプのボリュームは12時付近で使いたい(ワテの意見)。

こんな高級機を使ったことが無いプアオーディオ派のワテのボヤキ以外の何物でも無いが。

さて、そんな事はどうでも良いので、残りの作業に取り掛かる。

タカチシャーシHYシリーズの天板に放熱孔を開けるのだ。

写真 出力パワートランジスタ(4個)の上空付近に放熱穴を開ける

ワテの場合、こんなに沢山の穴あけ加工をやるのは初めてだ。

ネット検索すると金田式アンプを綺麗に作っている人も多い。

それらの作品を見ると、天板には多数の放熱穴が整然と並んで開いている。

手作業なのかCNCマシン加工なのかは知らないが、ワテも今回初めて金田式シャーシの穴あけ加工に挑戦だ。

下写真のようにマジックで印を付けてセンターポンチでマークする。

写真 穴開け位置にセンターポンチでマークした

ちなみに上写真の大型金槌は先日訪問した兵庫県三木市の「三木金物まつり」で500円で買ったやつだ。

無線と実験のバックナンバーを見てみたら、この手の放熱穴は直径10mmで開けてあったのでワテもそれを真似した。

一直線上に並ぶΦ10穴は12mm間隔で並んでいる。

直線と直線の間隔は10mmにした。これも雑誌のバックナンバーの加工例を真似したのだ。

ワテ自作のサイクロン集塵システムを動作させながらまずはΦ3.2鉄工ドリルで穴開けした。

写真 アルミ板は粘りがあるので鉄工ドリルに削りカスが絡む

放熱穴加工では大量の削りカスが出るので、集塵システムが有るのが望ましいだろう。

実際、集塵システムを動かしながら穴あけしたら床には削りカスが殆ど飛び散らなかった。

アルミ板は粘りがあるので鉄工ドリルに削りカスが絡みやすい。

最初はシリコンスプレーを吹いてみたのだが、今ひとつ効果が薄かった。

次に5-56を吹いてみたら、削りカスが絡みにくくなった。

もし切り屑がドリル刃に絡みついて回転した場合には、ボール盤を停止して歯ブラシなどで切り屑を除去する。この作業は面倒臭いがこれを怠って切り屑が回転したまま穴開け作業を続けると、加工対象物の表面に切り屑の回転による傷が付くので要注意だ。

あと、二種類のドリルを試してみた。

写真 上:穴あけ上手Φ3.3、下:鉄工用ドリルΦ3.2 (共に三菱マテリアル)

下写真は表面だ。こちらの側に保護フィルムが貼ってある。

写真 Φ3程度の穴を開けたタカチシャーシの天板

下写真は裏面だ。

写真 中央付近のバリの少ない穴が「穴あけ上手」、左右のバリが「鉄工用ドリル」

この二つのドリルを使ってみたが、前者の「穴あけ上手」のほうが使い易かった。

具体的に言うと、アルミは粘りがあるので切り屑がドリル刃にまとわり付き易い。

その対策としては、一気に穴を開けるのでは無くて、チョンチョンと突付くように開けると切り屑も断片化するので刃にまとわり付きにくい。

「穴あけ上手」を使うとチョンチョン動作で切り屑が断片化し易いようで、ドリル刃にアルミ切り屑が絡みにくくなった。

かつ5-56を吹いているので、摩擦も減らせるので発熱も少ない。

Φ3程度の穴あけ加工が終わったら、次は下写真のようにタケノコドリルを使ってΦ10に広げた。

写真 Φ3程度の下穴があるのでΦ10に広げても中心位置がズレにくかった

当初は行き成りΦ10で開ける事も考えたのだが、そうするともし中心位置がずれると修正が困難だ。

そこで一手間増えるが、まずはΦ3程度の穴を開けたのだが、そのやり方は正解だった。

既にΦ3が開いているのでタケノコドリル4-6-8-10-12-14-16-18-20-22を使うと4, 6, 8, 10のように穴を広げて行けば良いので中心位置が大きくズレる心配も無いし。

注意事項としてはΦ10で開けたあとでさらにΦ12に広げてしまうと大失敗なので、細心の注意を払って作業を行った。

表面からの穴開けが終わったら、裏側からもタケノコドリルのΦ12の部分を使ってバリ取りを行った。

穴開け後は、表面の保護フィルムを剥がして水洗して石鹸で5-56や汚れを洗い落とした。

写真 穴開け後は表面の保護フィルムを剥がした

下写真が穴あけ加工が完了したアルミ天板だ。

写真 穴あけ加工が完了したアルミ天板

上写真を見るとCNCマシンで開けたのか!?と言うくらい綺麗に見えるかも知れないが、実際は良く見てみると直線上に乗っていないし、面取りの深さも微妙に違う。

でも遠目に見れば金田式風アンプの天板に見えるだろう。

写真 モノラル2台構成の金田式風DCパワーアンプA級15W

上写真ではフロントパネルに文字が無いのが寂しい。

何らかの手法で文字を入れたいと思っている。

写真 天板を外した状態

上写真で、放熱穴は出力パワートランジスタ4個の上空にのみ開けている。

左側の電源基板の出力パワートランジスタはテストした限りでは発熱は殆ど無かったので放熱穴は無くても良いかなあと判断したのだ。

でも、もし実際に使ってみて電源部からも発熱が多い場合には穴開け加工が必要になるなあ。

あまりやりたくないが。ワテは金属加工が嫌いなのだ。切り屑の掃除が面倒なので。

専用の金属加工作業部屋が有れば良いのだが。

写真 金田式風A級15W DCパワーアンプ Rch内部の様子

上写真のように割りとスッキリとした見た目に出来たと思う。

その理由として思い付くのは以下の通り。

  • 基板をPCBWay製のお揃いの色の基板で統一したので金田式っぽい雰囲気が出ている
  • 配線がなるべく表から見えない様に工夫した
  • 基板とパワートランジスタの配線を最短にした

などかな。

オーディオ機器は音も重要だが、それ以上に見た目が重要だと言っても良いだろう。

まとめ

ワレ子
ワレ子

金田式風アンプのレストアプロジェクトが無事に完了した(たぶん)。

今後は、音楽信号を入れて音出し確認や、長時間使用時の安定性などを確認したい。

このプロジェクトを計画したのが今年の6月だ。

まずは±50V電源基板をPCBWayさんに発注した。

それが出来上がる前に±20V大電流電源基板を設計してPCBWayさんに発注。

アンプ基板、保護回路基板、ブリッジ整流基板をPCBWayさんに発注。

このように全部で5種類の専用プリント基板をKiCadで設計してPCBWayさんに発注しながら、届いた基板にパーツを半田付けした。

専用基板を使ったので半田付け作業は大きなトラブルもなくスイスイと進んだ。

しかしながら途中でワテがスランプに陥り二ヶ月程はこのプロジェクトが凍結されていた。

秋になって再開した。

再開後は、各基板をシャーシに固定する作業や、基板とパワートランジスタを配線する作業を行ったが、オーディオ機器の自作ではこの手の作業に結構手間が掛かる。

シャーシ加工に関してはレストアプロジェクトなので、以前に加工済のシャーシを再利用する事が出来たのでその部分の作業は省略する事が出来た。

もしシャーシ加工もやるとなると、あと数ヶ月くらい作業期間が必要だったと思う。

今後の予定としては、オフセット調整などを再度やって最適化を図る。

それが完了したらスピーカーに繋いで音出し実験をしたい。

最終的にはワテのPCオーディオ環境に組み込んで日常的に使う予定だ。

最近、自作のアンプの数が増えてきたのでリモコン式のスピーカーセレクターやアンプセレクターを自作したいと思っている。

(続く)

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