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‹ 2026/06/23 ›
こんばんは。CFB型ディスクリートオペアンプの自作2回目は、回路探索です。
PopoCFAに相応しい回路を改めて探索することから始め、最後には、V1プロトタイプを実実装して、大炎上するところまでとなります。汗
（冒頭、だいぶん間が空きました。ええ、ええ、この後、大暴走＆炎上の是正に大きく時間を要しましたので・・・）
結局のところ、PopoDAC、Popo BVPPCを聞いて以来、足りないものはほぼ分かっておりますので、実装に叶う回路を仕上げるだけなのですが・・・。
ま、キャリアありませんので、一歩一歩体験＆理解しつつ進めます。
さて、目標のPopoDACを本領発揮させ「雨粒の音を繊細に鳴らす」にはなのですが・・・。
分かっている点は、一定の低歪もさることながら、’想像以上の高SrewRateでのアウトプット’が必要ということになります。
前回の通り、PopoDACは～32bit/96kHz、24bitであれば96kHz/512fSの微細な時間空間に対し音量子を最適・再配置（SOF to MTL）するのが特徴のDAC。
アウトプットに対する要求SRは92V/usとなります。
(PopoDACによる音粒子の時空間再配置がこの分解能で行われているため)
「凡そ100V/usってキツくないですか？」
はい、出力時に必要なSRと考えた場合、相当キツいです。
ヘッドホンに対しては選定した上で限定的な型品のみが再現できる可能性が高い上、対スピーカーの場合、近年トレンドの既製品はまず使い物になりません。
（この連載が終わったら、雨粒再生用スピーカーの製作にかかります。これはこれで楽しみ。）
まぁ、ヘッドホンはClarity一枚で活かせられる結果で終わるはずなので、ご期待くださって大丈夫です。汗
では、微細なMTL時間軸へ広がった音量子域を丁寧に拾い上げて視聴空間に届かせるのに、やはり高速ループと誤差吸収ができるCurrent Feedback(電流帰還)による回路を骨子に添え、
ざっくりとPopoCFA Clarityが目指す最初のゴール地点であるヘッドホン駆動に狙いを定めてみます。
主目的：オペアンプ用途に使えるよう最終SMID-PCBにする、そしてその一枚でヘッドホンアンプ駆動できるパワー段も付ける
動作：Class A（バイアス：40～50mA程度）
負荷：32～62Ω(よく使うヘッドホン)
GBW：20 MHz～（PM：60°～80°前後）
SR：100V/us程度以上
THD ： 0.01%(1kHz、1Vpp)までくらい
シミュレーション比較
まずは、幾つかのアンプ回路をシミュレーションに載せて、見比べてみます。
数年前に自作した低歪複合アンプのノンパラレルバージョンです。
SR=7.14V/us、THD＝0.00148％（1kHz、6Vpp)
LM1875仕様上、最大８V/us、THDは1桁良くなってますので、なかなかの性能になっています。
（私のメインアンプで、普段聴きするには音質も十分以上に良好）
・・・が、PopoDACを楽しむにはさっぱりダメです。汗
次は、前回作ったPopoDAC用のヘッドホンアンプです。
SR=8V/us、THD=0.0268%(1kHz、3.6Vpp)
構成はOPA＋ディスクリート複合アンプで、パワー段はヘッドホン専用に繊細にしてみたものです。
(1)との性質的な違いは出力誤差を丸ごとOPAに食わせているところ。
OPアンプ臭を後段で増幅させないような形にしてます。
下図で分かる通り、シミュレーション上はかなり綺麗な矩形応答ができています。
音質は抜群に良く、メイン使用のヘッドホンアンプしたら、ちょっと他に帰りたくなる先がなくなりました。
・・・が、残念なことに雨粒再生には至りませんでした。泣
当初行けるかな？と思って設計してみたVFB(Voltage Feedback)型のシミュレーション回路です。
SR=15.8V/us、THD=0.0050%(1kHz、3.6Vpp)
Popo BVPPCより性能アップで良さげです。
’差動入力-VAS-バイアス-プリドライバ-パワー段にアクティブ電流源'といった構成。
DCオフセット150uVですし、実機用意しても良さげに思えます。
(だんだんと近づいてきましたね～、喜)
では、本日の本命、PopoCFA Prototypeのシミュレーション回路です。
(3)で何となく見えてきたので、’電圧×電流入力-VAS-バイアス-プリドライバ-パワー段にアクティブ電流源'で構成しました。
SR＝150V/us、THD＝0.0045%(1kHz、2.7Vpp)
「ぬお？キタコレ、凄っ！！」
PopoVFAではリンギングを消すのにGBWをだいぶん抑える補償が必要になりましたが、こちらは鬼軽い！！
電流源のためにQの使用点数が増えているので、実装上の疲労感を感じますが、その労が報われるレベルの性能を発揮しています。
「これは実装価値ありそう」＾＾
ということで、さっそくながらPrototype PCB基板を作りました。
シングルチャンネル／PCBですので、ステレオ再生に2枚必要となります。
実寸40mm x 40mm弱、オペアンプとしましたら非常に大きいですが、単体でヘッドホン出力ができるPCBという点では、コンパクトに整頓はできたかな。
と云いたいところですが・・・、実はこのレイアウト、特にHeaderPinの取り付け位置がハナから悪いです。汗
ええ、ええ、高速応答性を求めたCFB回路を作っていたことを、PCBレイアウトですっかり忘れておりました。＞＜
ま、当初はレイアウト悪にも気づかず、あのSRを見て以来、興奮が止まりませんでしたので、早々に仮組し、早速視聴を行ってみました。
電源をポチっと入れて、ヘッドホン付けて、音楽を再生してみますと・・・。
今までに聞いたことのない暗静と臨場感・・・、雨粒の音、拍手の指先までしっかり聞こえてきます。
「ぬお～、すげ～、音質桁違いやぁ～、やべぇ・・・」と思いました。
・・・が、ステレオの反対側、2枚目に差し替えてみますと・・・。
激しい発振音の影に先ほどと似てるけど低めになった音楽、そして煙が・・・。汗
「やべぇ、やっちまった・・・」
何枚か実装し直して、トライしましたが、結局、1枚目ほど安定する基板を得ることができませんでした。泣
基板6枚、トランジスタ数十個を破壊しつつ調査を繰り返し、なんとか問題点を洗い出しました。
・アクティブ電流源が入力から出力段まで包括で効いているので、実装誤差への防御力が弱い
・Diode4枚の固定バイアスが電位差だけを生む危険因子になっている
・QのβやDiodeのトータルVFの関係性で、ほぼほぼ暴走区域を彷徨う
・あと、サーキットが悪すぎ
改善策としては次の4つとなります。
・高速回路への追従に、容量負荷を極力抑えるレイアウト要
・Diode4枚の固定バイアス撤去、代わりにVBEマルチ要
・電流制限箇所をいくつか追加
・立上げ試験用に定電圧定電流電源は必須
大雑把にはQの暴れ対策とClassA～ABを微調整（実質SR調整）する手当をちゃんとする。
走り出し試験用に安定化電源を使うべきという点で大いに反省できました。＾＾
では、次回は、V2運用タイプの回路と実装に進みます。
はて？運用できるレベルに達しておりますかね。
乞うご期待を♪
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