2017音源とオーディオの電子工作(予定)ソフト屋がハードにはまっていく軌跡2017年3月30日木曜日LT1054で負電源を作るテストベースマシンの負電源用にLT1054をテストしてみた。例によってDATASHEETはななめ読みでとりあえず動作確認。Technology製なのでLTSpiceに標準でモデルが準備されているのでシミュレーションしてみた。2uFの電解コンデンサは手持ちがないので、4.7uFでシミュレーション。Vout(負電源)から90mA程度流すつもりで負荷抵抗として100ΩのR1をつないだ。過渡解析シミュレーションには少し時間がかかった。スイッチング電源だからだろう。出力電圧は-7.7V程度になっている。DATASHEETでも100mA近く流すと1V以上のドロップがあるように書いてあるので、こんなもんだろう。ACアダプタを使った電源の構想」)を電源とし、9V出力の三端子レギュレータで7809で9Vに降圧/安定化し、LT1054で-9Vを作る。回路図ブレッドボード図<追記:2017.04.01>ブレッドボード図、写真画像ともLT1054のVoutに入れている470uFのコンデンサ(C6)の極性が逆でした。回路図の方向が正しいです。</追記>通電後5分程度計測してみた。29.85°C→43.98°CLT1054から-74mA~-72mA程度流している計算になる。これぐらい流すとそこそこ温度上昇するようだ。温度上昇に伴い出力電圧も低下する。これもDATASHEETのグラフからそのように読み取れる。放熱器をつけておいた方が無難かもしれない。出力波形オシロをACモードにして出力波形の変動/ノイズを測定してみた。ch2:-9V+9Vも-9Vも約30kHz程度のノイズがある(メモリから読み取るとch2の周期は32us前後)。-9V側はノイズというより矩形波的な電圧変動と言ったほうがいいかも。Vinの4.7uFを取り去ってみる三端子レギュレータの出力に470uFの電解コンを入れているので、LT1054のVinの4.7uFの電解コンは不要かもしれないので除去してみた。+9V、-9Vとも悪化した感じだ。LT1054のVinの直前でデカップリングしておいた方がよさそうだ。ここを2.2uFのフィルムコン(サイズがでかい)に変えても大差なかった。三端子レギュレータの出力を見てみる7809で安定化しているといは言え、ACアダプタの出力なのでLT1054を取り除いて三端子レギュレータだけの出力を見てみた。※LT1054をブレッドボード上から取り除いただけでコンデンサや配線はそのままです。ch2:+9Vch1はACアダプタからの出力で、ch2は7809で安定化した出力。ACアダプタからの出力には27.25kHz程度のノイズが乗っているが、三端子レギュレータで安定化した後はノイズはかなり低減されている。三端子レギュレータ単体だとノイズはあまり出ていないので、LT1054を入れた場合にVin(+9V)側に乗るノイズはLT1054由来のものだと思う。ch2:-9V電解コンからOSコンに変えたら-9Vの矩形波的な電圧変動はかなり少なくなった。+9V側の電圧変動/ノイズは相変わらずだが、三端子レギュレータの出力に入れている470uFをOSコンに変更してもあまり変わらないようだ。←手持ちの470uFのOSコンが1個しかないのでちゃんと調べられない(^q^;ベースマシンにつないでみる電圧変動/ノイズはどのみち可聴帯域外なので深追いせずに、ベースマシンにつないでみた。無事動作(^q^/ACアダプタからの出力電流300mA以下。10分程度動作させてLT1054の表面温度28°C以下。LT1054(400円@秋月)をICソケットで実装しておけば、失敗しても1000円以下の損失で済みそうなので、ユニバーサル基板で組んでみるつもりです。単3×6×2で±9Vを電池で運用しているが、すぐに電池が切れてしまって使いにくいし、電池の大量廃棄がしのびない。+9VからGNDに198mA流れ込み、残り(15.2mA)は-9Vに流れてることになる。+9V側は2000mAhある単三電池でも10時間程度しかもたない。シーケンスを打ち込んだりエフェクターを掛けたり、DAWに取り込んだりしてたら、10時間なんてあっという間だ。ベースマシンはもともとデジタル・ノイズが盛大に乗っているのでスイッチング電源でも問題はない。(将来的にはLPFを入れたりして帯域外を削りたいが、どのみちAudioI/Fでカットされるので後回しにしている)使ってないACアダプタが結構あるので流用する方向で電源を考える。ACアダプタを使って±9V(ぐらい)の電源を作る方法1)9V(ぐらい)のACアダプタを2個使う2)18V(ぐらい)のACアダプタを使って分圧して±9V(ぐらい)を作る3)9V(ぐらい)のACアダプタを1個と、負電圧コンバータを使って±9V(ぐらい)を作る余ってる5V以上のACアダプタの仕様(筐体に表記されているもの)をチェックしたところ、10Vが1個、12Vが2個、16Vが1個だった。左から、Fujitsu(10V/600mA)、Ktec(12V/3A)、IBM(16V/3.36A)、Microsoft(12V/1.3A)いずれもいつ買ったものかわからないが、IBMのは20年ぐらい前に買ったThinkPad用のものだと思う。MacBookのACアダプタもあるが、ケーブルの損傷が激しいので使いたくない。Storeの対応に腹がたつ。二度とApple製品は使うまいと思ったのです。(と、言って懲りずにまたiPad使ってますがw)ACアダプタの出力特性をチェック100Ω/3Wの酸金を2個並列にして50Ωの負荷抵抗として出力して、テスタのDCモードで電圧を測定して、オシロのACモードで出力変動を見てみた。Fujitsu(10V)電圧:12.17V10Vといいつつ12V以上出ている。波形を見るとトランスを使った電源の安定化前ものと似ている。出力チェック」)持つとずっしりと重いのでトランスを使ってるかな?Ktec(12V)電圧:12.16VFujitsuのとは縦横とも縮尺が違って、電圧変動は少ない。IBM(16V)電圧:16.46Vきっちり16V程度出ている。これも縮尺が違ってKtecのものよりノイズレベルは高い。Microsoft(12V)DCプラグの径が2.1mmではなく実験できなかった。ノギスで測ると、内径3mm外形5mm。ちょん切って2.1mmのプラグをつけようと思ったが、ケーブルが太くてプラグのカバーに入らなさそうなので諦めた。作戦の検討1)ACアダプタを2個使うスリムタイプの9VのACアダプタを2個使えばすっきりするが、現状だと12VのでかいACアダプタを2個使わないといけない。(しかも片一方のFujitsuのは安定化されていない)秋月で9VのACアダプタが600円ぐらいで売っているので最後の手段とする。2)18V(ぐらい)のACアダプタを使って分圧して±9V(ぐらい)を作るTLE242618V近くというとIBMの16VのACアダプタしかないが、±8Vでも問題ないのでこれを分圧できれば可。プラス側の電源電流が200mA以上と大きいので定番のレール・スプリッタのTLE2426は使えない。TLE2426はDATASHEETの定格では±20mA。Pullで出力を補強してOPAMPに負帰還をかけるという回路。負荷抵抗のRL+は42Ωにして約215mA、RL-は600Ωにして約15mA流れるようにしてみた。シミュレーションではうまくいっているように見えるが、ブレッドボードで実験すると出力電圧が波打つように変動してしまった(Trは2SC2655/2SA10502SA1020を使用)。やりかたがおかしいのかもしれないが、うまく動かすのは難しそうなので、今回は不採用として将来の宿題とします。TLE2426+LME49600バッファICのLME49600は250mAまで出力できるので、レール・スプリッタのTLE2426で仮想GNDを作り出し、LME49600で補強。回路図ブレッドボード図IBM(16V)を使って実験してみたが、LME49600の表面温度が100°C近くまで上昇したので実験中止。オーディオ用に温存したい。3)9V(ぐらい)のACアダプタを1個と、負電圧コンバータを使って±9V(ぐらい)を作るLT1054という正電源を与えれば負電源を作り出す不思議なICがある。仕様上は出力電流は100mAとなっている。かんたんにテストして動作確認はしてみたが、まだ負荷をかけた状態で実験していない。ベースマシンの負側の電源電流がそれほど大きくないので使えるかもしれない。おもしろそうなテーマですが、最近電源ばっかりで嫌気がさしてきたので、もう少しやって最悪9VのACアダプタを2個仕入れるという方向で考えてみたいと思います。ボリュームを交換Alpsのスイッチ付きの2連ボリュームのギャングエラーが顕著なので、共立で台湾製のオーディオ用ボリュームを仕入れて交換した。AlpsのPOTはハズレをひいたのかも?抵抗値はノイズ対策のため(気休め?)送信側からそこそこ電流を流すために10kΩのものにした。つまみもボリューム調整がし易いようにいつもより太いものにした。POTの底部のナットと基板がギリギリ干渉してしまうので斜めに取り付けた。自作の±9V電源をつないで音出し中。電源ケーブル(DC×2)は手持ちのプラグがなくて、実験用に作ってあったものを流用。そのうちちゃんと作る。メモ:まだ十分に聴きこんでいないが、台湾製のオーディオ用POTはトルク感があってヌメヌメ回せる。ギャングエラーもほとんど感じられない。消え入る寸前までボリュームを絞ると若干左右のバランスがおかしくなる感じ。楽器やエフェクターならやっすいPOTでも十分役目を果たしてくれるが、オーディオ用途にはそれなりに高品質のものを使ったほうがいい。ハイ・グレードのものはめちゃくちゃ高いが、内部には手出し出来ないのでお金で解決するしかない。電子ボリュームなら単連のPOTやロータリーエンコーダで制御できるが、マイコン(デジタル・ノイズ源)が必要になるのでいかがなものでしょうか。この構成だと、ケースはタカチのYM-150だとキツキツなのでもう1~2まわり大きいものの方がいいと思う。でけた(気がする)タカチのYM-200を穴あけ加工して収めてみた。上から前から後ろからDC±9V出力の2個めはDCジャックの数が足りなかったのでそのうち実装するつもりで穴だけ開けていおいた。上面カバーを装着カバーで覆ってしまえばモノアイっぽい。商用AC100V電源をDC±9Vにただ変換するだけのストイックなユニット。ある意味原発に近いかもしれない。外から見ればただ電力を供給するだけのユニットだが、ときどき中をあけて点検しながら運用してみて事故らないことをお祈りする。事故ったのはロシア製だからで、日本製だから大丈夫!ACインレットの穴ACインレットをハメてしまえば外からの見てくれは変わらないので、角穴の仕上げはかなり妥協。トランスの固定方法トランスの台座が鉄っぽいのでケースと絶縁するべきなのかどうなのかよくわからなかった。普通に考えればトランス本体と台座が導通してたら、ビリビリしたり下手するとショートして大変なことになりそうなので絶縁されてると思うが、一応全部の出力線との導通をチェックして絶縁されていることを確認して、ケースに直付けした。思い込みは危険なので最初はトランス(とヒューズとACインレット)だけケースに取り付けて、軍手をはめて通電してようすをみて安全を確認した(^q^;今回は共立のトランスなのでやりすぎかもしれないが、ジャンク品や中華製などを使う場合はこれぐらいやったほうがいいと思う。手持ちの10mm長のスペーサーを使うと3300uFの電解コンの高さがケースを飛び出してしまうので、プラ製のナットを基板とケースの間に挟んでケースから浮かせている。アルマイト加工のケースなので表面は絶縁されているが、基板の裏側が万が一導通状態になってしまうと危険なので、ケースの基板の下の部分にビニールテープを貼って、基板の裏側がケースと接触しても被害が少なくなるようにした。±9V出力に100Ωの酸金抵抗を負荷としてつないで、オシロのACモードで電圧変動/ノイズを再度測定してみた。電源オフ電源オンケースに入れる前よりよくなった。電源ケーブルのホット・コールドを逆に差す悪化(^q^;Github:https://github.com/ryood/LME49600_HPA_V2/tree/master/%2B-9V_PSUメモ:AC電源はかなり劣化の激しい電源タップからとっているし、ホット・コールドの確認もちゃんとしていない。今まで自作のオーディオ機器でAC電源を使ったことがなかったので気にしてなかった。→そのうちちゃんとする。いえばオシロのキャリブレーションを久しくやってなかった。DS7102の最大解像度なのでちゃんとしないとだめか。負荷抵抗の両端をテスタ(DCモード)で測定した。+15.24V±に12V出力は±15V~±16V程度と考えておいた方が良さそうだ。電源ノイズ(±9V出力)オシロのACモードで測定した。±12Vに220Ωこちらは安定化していないのでノコギリ波状の出力変動がはっきり出ている。周波数は120Hzで商用電源の60Hzの倍。ブリッジダイオードで全整流しているのでこうなるのは理屈にあってる。三端子レギュレータに多く電流を流した方(±9Vの負荷47Ωの方)が安定化前の電圧変動が大きくなるようだ。自作の温度計を使って素子の表面温度の変動を測定した。放熱器をつけているが、素子に直接サーミスタを貼りつけてCPLTで測定してみた。(室温18°C前後)7809(正電源側)Cur1で電源On、Cur2で電源Off。971秒で20.4°C上昇し、45.4°Cまで上昇。7909(負電源側)678秒で16.5°C上昇し、42.5°Cまで上昇。三端子レギュレータは電圧降下分を熱として放出するはずなので、正負が違っても同じ結果になるはず。放熱器を固定する穴をあけて、プラネジで固定してみたが、ねじで止めようとすると締め付けが固く、ネジ締めしているときにねじ頭が切れてしまった。なんとか固定できたが放熱器が少し斜めってしまった。ユニバーサル基板の場合、もともと開いている穴を拡大するしかないので、もう少し大きいφ3.5mmぐらいのバカ穴(?)にしたほうが無難かもしれない。放熱器と3端子レギュレータと絶縁シートの間は、パソコンのCPUのシリコングリスの余っていたので塗ってみた。基板図トランスをつないで動作チェック一応無負荷で±9V出ているのを確認。(-9.06V/+8.98V)±12Vは無負荷だと(-18.10V/+18.03V)になってしまった。トランスの出力は仕様ではAC12Vだが、無負荷でテスタで測定するとAC14V程度。19.74Vの計算になる。ダイオードの損失分や、3端子レギュレータの消費電流があるので実測値がDC18V程度になるのはこんなもんでしょうか。ケース内配線図(修正)自作の機材は正電源側のDCジャックはセンター・プラスで統一していて、負側もセンターGND、スリーブ・マイナスにしているので修正した。負電源側も単体で見るとセンター・プラスになる。今日はもう疲れたので、次回は負荷をかけたテストや、出力波形のチェックをする予定。ブレッドボードで実験ベースマシンとリズムマシンをSyncしてMixしてみた。その2ArduinoのスケッチをAVR単体で動作させる。