PCM2704 / Nutube でDAC内蔵ヘッドホンアンプを作った。

前回作った基板はKiCadバージョン4.
最近KiCadバージョン5にアップデートしたので, バージョン5を使ってなんか作ります。(今回もアンプなんですが)

ヘッドホンアンプ作ろう

今回設計するヘッドホンアンプはPCからバスパワーUSBで接続し
PCM2704C (DAC) → Nutube (Amplifier) → TTC004B / TTA004B (Buffer)
の構成になります。
PCM2704C以外の主要パーツはディスクリート構成のアナログ回路となっています。
今回はNutubeの自然なひずみを聞いてみたかったので, オペアンプ, バッファなどのICを使わずにディスクリート構成で攻めることにした。

Nutubeで歪ませるのでHi-Fi(原音忠実)ではなく, PCM2704なのでハイレゾでもない。そんな物をわざわざ作るのは自作の醍醐味じゃね?売ってないもんね。

PCM2704C (digital-to-analog converter)

DACにはTI社PCM2704Cを使う。
USBプロトコルコントローラ内蔵でこのICのみでUSBDACが作れる優れものIC。
このICだけでUSBヘッドホンアンプが出来たりする。
(アプリケーションノートに載っているので)
有名なICなので詳細は検索してください。

Nutube (amplifier)

USBDACのアナログ出力を受ける増幅段にはNutubeを使う。
いや, Nutubeを使うために前段のDAC, 最終段のバッファがある。
ということで基板の一等地にNutubeを置こうと思う。

真空管回路設計をしたことはないので,
Nutubeの使い方はメーカーによるWebページを参考に。
https://korgnutube.com/jp/guide/ 使用ガイド
PCM2704はそのままヘッドホンを駆動出来るくらいのパワーがあるので, 入力側のソースフォロワーはいらないかな。

TTC004B / TTA004B (Push-Pull Buffer)

トランジスタが好きです。(FETも好きです)
いつか使おうと思っていたTTC004B /TTA004Bのコンプリメンタリペアによるプッシュプルエミッタフォロワーを採用します。
定本「トランジスタ回路の設計」CQ出版社が教科書です。

KiCadで設計を

構想を現実の”モノ”にするために重要なのが設計。好きな回路と部品を自由に選んで設計者の個性を出していきましょう。
電源は便利なのでUSBバスパワー。(5V0.5A)
オペアンプを使えば高性能を狙えるが, 今回はあえて使わない。

秋月電子通商とマルツ(実質デジキーも)で手に入る部品縛りにしておいた。

dac2nutube回路図Revision.A

PCのボリュームで調整するから, 回路図には現れない。
12VはAE-LMR62421モジュールを12V出力に設定して使う。

Nutubeは使用ガイド通りVCC=12V, アノード負荷330kで使うので, ゲインは14dB(だいたい5倍)
PCM2704のアナログ出力は
0.55VCCL[Vpp]
= 0.55×3.3
= 1.82Vpp
これを5倍して
9.1Vpp
VCCは12Vで良さそう。

PCM2704の設定 (PCM2704データーシート参照) は
HOSTピンをHにする”USB bus-powerd 500mA”
PCM2704内蔵3.3Vレギュレータを使わないので
PSELピンをLにする”Self-powered”
クロックは水晶発振器SG-210STFで供給する。
カップリングにRubycon PMLCAP フィルムコンデンサ
バッファ段のパスコンにPanasonic ECHU フィルムコンデンサ
PCM2704のフィルタにPanasonic ECHU フィルムコンデンサ
を使ってみた。

PCB設計

ケースはアルトイズ缶に決めてプリント基板の設計をする。
アルトイズ缶サイズに収めるのは, 大変だった。
収まらないないから色々減らすことになった。

dac2nutube基板Revision.A

PCB発注

今回は5$クーポンがあったのでJLCPCBに発注した。
100mm×100mmが5$でクーポンを使ったので, 送料のみで出来た。
ただでええのん?

実装

チップ部品だらけで難度高かった。
あまりの困難さにgoot RX-802ステーションはんだこてとC型D型K型こて先を衝動買いしたくらい。
はんだこてを替えるとすんなり出来た。

基板はアルトイズ缶に入る。コンデンサのせいでふたは閉まらないが。
大きさの比較
トランジスタは熱結合すること

音出し

消費電流はこのくらい

真空管の音はよく知らないけど, これがNutubeの音かー。これいいわ。
動作中にNutubeが発光するところも気に入った。

きちんとボリューム+ / -, ミュートスイッチも動作するし(スイッチをさわると基板に振動が伝わってキンキン鳴るけどね)
↓をNutubeのまくらにしているのに, 振動が伝わってる。


ポップノイズが大きいけど, 面倒なのでそのままにする。(0Ωにしている出力抵抗を適当な値にしたら改善すると思う。しらんけど)
1時間ほど通電した状態で, TTC004B/TTA004Bが少し暖かいくらいの発熱しかしていない。きちんと温度補償付きバイアス回路が動作している。

時間の出来たときにケースに入れようと思う。

BOM(部品表)

この後

ゲイン過剰なのでR33,R34を22Ω(KOA RK73BW2HTTE220J)に変更した。
背が高いのでC26,C27を東信工業Jovial UTSJ (1CUTSJ471M0)に変更した。

おすそわけ

ここまで見てくれた方にプレゼントです。
残り基板8枚あるので,欲しい方にさしあげます。
日本国内で1人1枚, はんだ付けが得意な方のみでお願いします。

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