今日こそ決着をつけてやる。
そう思って基板を作り出した。
そう、パワーアンプ用ICのNJM2073のことである。
NJM2073Ｄは２回路入りの低電圧動作パワーアンプⅠCである。
このICはDIP8のパッケージを持ち、見た目はオペアンプに見える。
NJM2073は安価で入手しやすいものであった。
このICが名品なのかゴミなのか決めてやる。
私は半導体アンプなどを作るのを趣味にしている。
そんな中でNJM2073に行き当たった。
このICは小さくて安い。電源が簡単で使いやすい。そして音が良い。
だが、欠点がある。
位相余裕が少なく発振しやすい。
外付け部品が少なくてアンプを作りやすいはずだが、この石は曲者だ。
一筋縄でいかないのである。
音が良いだけに惜しい。
この写真をみてほしい。
私が作ったNJM2073アンプの基板の数々である。
これらは試作品であるが、完成しなかった。
容易に発振してひどい音が出たりした。
その原因が、回路設計なのか、基板への実装なのか、ICの仕様なのか、明らかにしたい。
それで、今回はデータシートに準拠したNJM2073ステレオアプリケーションの標準的な回路を採用した。
実体配線図は以下のようである。
〈配線図 ①〉
データシートのままシンプルに作ると、電圧ゲインは44dB(158倍)で、パワーアンプとしては高すぎて使いにくい。
このゲインでは出力信号がクリップしやすいし、再生音にホワイトノイズが増える。
外付けで抵抗器を加えることで、ゲインを26dB(20倍)程度まで下げることが可能となる。
図でR5とR6を4.7kΩとし、R3とR4を150Ωとすると、ゲインは約25倍となる。
C5とR7、C6とR8はゾーベルネットワークを形成する。
スピーカーを駆動する場合は、スピーカーケーブルのような容量性負荷の影響で発振しやすいので、最初からゾーベルネットワークをつけるのが良いと思う。
配線をする場合に発振を防ぎ雑音を減らすコツは、信号グランドと電源グランドを分けて、それらを１点で結ぶことである。
グランドループを小さくすることも重要だ。
入力にカップリングコンデンサ10μFを追加している。
このアンプはスマートフォンやＰＣといった音源自体で音量調節ができるものとの接続を前提にした。それゆえ、基板にボリュームは付けていない。
今回はユニバーサル基板を使った。ICソケットを使い、ICの差し替えを可能とする。感触が良ければ、基板をシャーシに入れるつもりである。その際には、信号グランドからの端子をシャーシへ接続する。
オシロスコープで波形をみてみよう。
以上のようにして作った基板に発振器の信号(50kHz)を入れてテストしてみる。
電源は、シリーズ方式のACアダプタ(12V)を使った。
〈オシロスコープ波形 ①〉
正弦波の出力信号がギザギザに歪んでひどい形である。
方形波に至ってはさらに大きなギザギザになる。
結局、私はオーディオアンプではなくエフェクターを作ったことになる。
基板の実装が歪みの原因ではないと思う。
すると原因は回路設計か、ICの性能なのか？
データシートによれば、ゾーベルネットワークを入れても発振が収まらない場合はNFBの途中からGNDの間(A-C間、A-D間)にコンデンサを入れるようにと指示されている。
ところが、入れてみてもギザギザ波形は変わらない。
どうやら原因はNFBではないようだ。
入力端子にGND経由で高周波ノイズが流れ込んでいるためだろうか。
そこで、入力端子とGNDの間に小容量のコンデンサを入れて色々試してみた。
結局、330pFを入れたら正弦波がきれいな形になった。
〈修正した配線図 ②〉
〈基板表〉
〈基板裏〉
〈オシロスコープ波形 ②〉
正弦波の形は330㎊のコンデンサを入れたことで改善がみられた。
方形波の出力は下のような形である。コンデンサを入れたことでジグザグ波形が改善したが、サグがみられる。これは高調波の位相が回転していることを示している。方形波の形はこれで仕方ないと思う。
試聴してみる。あくまでも主観的な評価であることにご留意いただきたい。
なお、当初は330pFのセラミックコンデンサを使ったが、硬い音だったので同容量のスチロールコンデンサに交換した。すると硬さが取れて聴きやすくなった。この部位(C9,C10)のコンデンサは音質に関係する。
さて、音楽を聴いてみたが、音質良好である。雑音が少なく、きれいな音で、音楽の細かいニュアンスが良く聞こえる。高音域の歪み感が少なく聴きやすい。
コストパフォーマンス最高で、すごく気に入ってしまった。
結論：
データシートの回路のままでは正弦波が大きく歪むが、入力端子とGNDの間に330pFのコンデンサを追加することでキレイな正弦波が出力された。
GNDからの高周波ノイズが10kΩのプルダウン抵抗を通して入力端子に流れ込むことが、正弦波の波形を大きく歪ませた原因と考えられる。
したがって、NJM2073はデータシートの回路のままでは歪が大きいが、うまく調整できれば名品になりうる。
(続く)
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