「ＵＨＣ・ＭＯＳ−ＦＥＴパワーアンプ」 １９９９年２月製作

ＣＤプレイヤー：VRDS-25X(TEAC)について．．．

　モノラルなので２台製作

ＵＨＣ・ＭＯＳ−ＦＥＴアンプ回路図(PDFファイル)

１．はじめに

　’９９年１月末某日、平安堂書店へ行ったとき、なにげなく見た「ラジオ技術２月号」の木塚茂氏の製作記事が、最近なまいきにも(^^;)クラシック音楽を聴くようになり、もう１０年以上ほとんど変わってないオーデ　ィオセットをもう少しなんとかしたいと思っていた、私の製作熱に火をつけてしまいました。

子供の頃の愛読誌「ラジオの製作」に掲載されていた、ステレオアンプを中学生のとき苦労して作った思いがあり、ＨＩ−ＦＩオーディオとは別の意味で自作オーディオアンプに対する思い入れが強いのかもしれません。 

注）お恥ずかしい話ですが、私自身良い音に接する機会があまりないので(^^;)本当に良い音とは？　またＨＩ−ＦＩオーディオについての知識もあまりないし．．．自分なりに良い音にしようと工夫はしているつもりですが、一種芸術品ともいえるオーディオ機器と一緒にするのは失礼でもあり？　今のところ電子工作の一環として見ていただきたいです。

中学生のころの私は、あたりまえですが電気知識に乏しく、電線は電気抵抗０Ω、絶縁はショートしていなければＯＫ、電気じゃないけど、取り付けのビス類につけるスプリングワッシャーなぞどの程度効果があるかわからず面倒なので省略！

結構恐ろしい電気機器に仕上がっておりました(^^;) 　

 ２．ＵＨＣ・ＭＯＳ−ＦＥＴ

ＵＨＣ（Ultra High Current)・ＭＯＳ−ＦＥＴ そう、最近のＤＥＮＯＮがさかんに使用しているデバイスです。耐圧は低いがＯＮ抵抗が猛烈に低く大電流がとれますので、これをシングルでプッシュプルします。（シングルでプッシュプルできるからパラレルの様にデバイス間のばらつきの補正の必要がなく音質的に有利）

ラオックスへ行ってカタログをもらってきて見ると、ＤＥＮＯＮでは、大出力をシングルプッシュプルで使用するためＢＴＬ接続しているアンプもありました。

ちなみに使用したＦＥＴの定格概要
　　　２ＳＫ１６６５(日立)　　VDSS = 60V　Pc=125W　ID= 45A
　　　２ＳＪ２１７　(日立)　　VDSS =-60V　Pc=150W　ID=-45A
と、すごいドレイン電流定格です耐圧は低いけど。これを見ただけでダンピングファクタの良いアンプができそう....

　　　　　ダンピングファクタ：アンプの出力インピーダンスとスピーカインピーダンスとの比。
　　　　　　　　　　　　　　　　　ようするにダンピングファクタが良いということはアンプの出力インピーダンス
　　　　　　　　　　　　　　　　　が低く電気的にじゃじゃ馬のスピーカをねじ伏せる制動力が大きいということ。

３．部品の入手

ということで早速記事を詳細に読んでから、部品の入手です。しかしこの手の記事はそもそもマイナーなだけに、誤字脱字、おまけに回路の間違いなどが多いものですね。
ある程度の電気的知識と経験（回路図をだいたい理解できる）人でないと製作にはそうとう苦労するかもしれません。
使用する部品はケース、ヒートシンクなど、目にふれる部分以外は、会社にある試作残部品などかなり流用できるかな？と思っていたのですが。私のいる会社は産業用機器を設計製造しているので、使える部品が以外に少なくまた、どうせ作るならきちんとオーディオ用の部品を使おうと思い、思っていた以上の出費になってしまいました。 

部品の購入はだいたい以下のとうりです。

秋葉原からは通信販売で部品を購入しました。Ｗｅｂで秋葉原の東京ラジオデパートのＨＰから店の取扱い商品をみて問い合わせ、注文しました。 　

会社に転がっていた残部品　　１式　 金額にして2,000くらいかな？？

なお、今回のアンプの製作中に東京へ出張があり、秋葉原へ行くことができ小物部品を購入する事ができました。
しかし、個人で電子機器を作るとき地方（長野）に住んでいる者は、部品の入手が大変です。部品が一通りそろったら、製作の半分以上は終わったようなもの？ですね。

上記で購入先「小森電機」とありますが、私のいる会社の取引会社で、総合電子部品商社です。個人的に現金で取引してもらえるということになり大変助かりました。感謝々。
なにせ巨大なオーディオ電源用ケミコン：商品名：スーパースルー（ニチコン）が２種類全８本で 9,240- で手に入ったのですから。通常は５０個単位でしか扱わないそうですが、特別にサンプルということで分けてもらいました。（ニチコンにも感謝）

同等品（エルナー・セラファイン等）を秋葉原で購入すると \30,000 くらいになります。(^-^)　

４．回路、仕様の検討.....解説

回路の検討とは言っても「ラジオ技術」木塚氏の２番煎じなので、エラそうなことは言えないので、解説とします。（まちがってたら木塚さんスイマセン）

・ 最大出力

アンプの最大出力は、出力段のＦＥＴの電源電圧の２乗に比例します。つまり、最大出力は、電圧を上げるほど大きくすることができます。

ただし今回使用するＦＥＴの ＶDS は６０Ｖしかないので、最大±３０Ｖが限界です。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｅ
　　　　　そこで最大出力は　Ｐ＝ ----------　の式で求められるので
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８・ＲL

　　　　ＲL：スピーカインピーダンス
　　　　Ｅ ：電源電圧（±合計)

　　　　　　　　　Ｐ＝　５６Ｗ　at　８Ω負荷
　　　　　　　　　Ｐ＝１１２Ｗ　at　４Ω負荷（ほんとに出るかわからないけど）

・アンプ動作点

基本的にＡ級動作としたいのですが、発熱 ---> 放熱 の問題があるのでＡＢ級アンプとします。どこまでＡ級かというとＦＥＴに常時流すバイアス電流できまります。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　2
　　　　　　　Ａ級動作最大出力：Ｐa＝２・ＲL・Ｉd　　　　　　（Ｉd：バイアス電流）

　　　　　　　バイアス電流を１．８Ａとしたとき８Ω負荷で　　Ｐa＝５２Ｗ

　　　　　　　つまりスピーカが８Ωのときほぼ完全なＡ級アンプとなります。

バイアス電流1.8A ということは常時１０８Ｗが２個のＦＥＴから放出されるということです。本アンプはモノラルなので、２台分で２１６Ｗとなります.......ひえ〜

上記から言えることですが、アンプの出力を上げるには、スピーカのインピーダンスを下げる必要があり。アンプの特性を良くするには逆にスピーカのインピーダンスを上げると良くなります。２つがあい反しており、おもしろいですね。

５．製作

製作でもっとも大変だったのは、基板のエッチングでした。一度経験して要領がわかってしまえばなんてことないのですが．．．
そういえば中学生くらいの時にも基板のエッチングに失敗したっけ....

エッチング行程
　　　　1) 版下を遮光性マジックで透明フィルムへ作成する。
　　　　2) 感光基板へ版下をセットして蛍光灯で焼き付けする。
　　　　3) 現像液で現像
　　　　4) エッチング
　　　　5) 穴をあけて完成

　　　　失敗１：2)の焼き付けが不十分で現像時に、不要なレジストが解けない。
　　　　　　　　　----> 規定時間より少し長めに焼き付けした方が良い(10分ほど長く) 

　　　　失敗２：3) 現像時間が短かった。現像完了状態がどのような状態なのか
　　　　　　　　　わからずに早めに現像液から引き上げてしまった。不要なレジス
　　　　　　　　　トでも残っていると、エッチングができない。

やはり先を急がず、サンハヤトから出ているテスト基板を使って試験するべきだったと思います。
今回上記の理由から不要レジストが完全にとりきれず、エッチングできないので不要レジストが残っている箇所をマイクログラインダー（基板のパターンカットに使う道具）を使用して削りとりました。全部削りとるのに半日以上かかりすごい大変でした。

基板ができてしまえばあとはそれほど大変ではありません、作業をすすめればすすめるほど形になっていくので、楽しいひとときを味わえました。

　今回製作したパワーアンプ
　　　　　　　外形寸法：W:230 H:133 D:320（突起物：ヒートシンク等を含まず）
　　　　　　　重量　　：約１２Ｋｇ／台
　　　　　となりました。 

６．火入れ

期待と不安と恐怖の火入れ（オーディオアンプは半導体でもこう言う表現になりますね）です。
一応念のため、ＦＥＴにかかる電源線は外し、電源をいれました。

一応ヒューズも切れず一安心．．．各電圧を確認しＦＥＴの電源線を接続します．．．．あれ、バイアス電流設定用のトリマを回してもバイアス電流が流れない？？？良く見る．．．アッ...ＦＥＴをドライブしているトランジスタのエミッタとベースが逆だ！！
ああ壊れなくて良かった。

　　　　　　修正して電源ＯＮ！
　　　　　　”プッシュン”　白煙が少々
　　　　　　やってしまった！！

バイアス電流設定のトリマを最大にしたままだった！！！！
なんと回路は正常だったのだが、バイアス電流設定を最大にしたので、大電流がＭＯＳ−ＦＥＴに流れ、ＦＥＴが壊れてしまった！
かわいそうにＦＥＴを外し、ドレイン−ソース間をテスターであたると　「０．１Ω」........短絡している.......涙 (T_T)
このＵＨＣ−ＭＯＳはペアの \2,000- かつ送料＋代引き手数料で合計 約\3,500- 高すぎる......
やってしまったのはしょうがないので、もう１台のアンプに火を入れてみる。同じ失敗はしまいと注意深く確認をする。バイアス電流設定トリマを徐々に回すと、バイアス電流が増えていきます。おぉぉ〜動いているみたいだぞ！

とりあえず、すぐに鳴らしてみたいのですが、会社の時間外にコソコソやっているので、信号ソースも、スピーカも自宅へ帰らなくてはない。
そうだ！ファンクションジェネレータを信号源に、周波数特性を見てみよう！
負荷にダミーのセメント抵抗を接続、ファンクションジェネレータからサイン波を入力、出力をとりあえずオシロスコープで観察する。
お、出力しているゾ

１００Ｈｚ、１Ｋ、１０Ｋ、２０Ｋ、１００ＫＨｚ　すごい全然減衰しないじゃん、よーしどのへんから減衰するんだろう．．．
２００Ｋ、５００Ｋ、８００ＫＨｚ　　まだ減衰しない、すごいな〜　１Ｍまでいくかなあ...
あっ
「プッツン.....」（注：実際に音がしたわけではないが、こんな雰囲気）
　　　　　　　　　　どひゃ〜ん！またやってしまった......涙涙(T_T)

いけないことに、最大出力に近い状態で試験してしまい、ＦＥＴを破壊してしまいました。
出力数Ｗ程度で試験すればこんなことにならなかったと思います。
かわいそうに、初代　ＵＨＣ・ＭＯＳ−ＦＥＴ　たちはたった一度も音楽を奏でることなく、また１ペアはせっかく動作したのに、つまらないＳｉｎ波の再生のみで他界してしまいました........合掌．．．

このようわけで、製作費用は「３．部品の入手」で書いた金額プラス￥６,０００ となってしまいました、とほほ．．．

また、ほんとは音質的には良くないのですが、怖いので、ＵＨＣ−ＭＯＳへ供給する電源ラインへヒューズを追加しました。（やはり音質的に良いわけないので、後日削除）

７．試聴

ＦＡＸで若松通商へＦＥＴを注文すると、代引きで翌日に２代目ＵＨＣ・ＭＯＳ−ＦＥＴ ２ペアが送られてきました。
早速組み込み、調整を済ませ、実際にオーディオセットへ組み込んでみました。
最初に再生したのは　ビバルディの「四季」　です。
再生を開始して、すぐに違いがわかりました

　　　　　　　　　　正直いってパワーアンプの違いのみで、こんなに違うものか！
　　　　　　　　　　と驚きました。一皮むけたというか音が澄み、音の立上りも
　　　　　　　　　　良くなりました。非常に満足 (^_^)v 

それまで使用していたアンプは、ケンウッドのプリメインでＫＡ−９９０Ｖという型式です。今から１３、４年前に６〜７万で購入した物で、購入価格が６〜７万ということは、使用している部品の金額はだいたい２万ちょっとくらい？でしょうか.....大量購入で非常に割安に部品を購入しているとは思いますが２万円の部品ではやむおえないのかもしれません。それに１０年以上もたってるので電解コンはへたっているだろうし、比較するのは少々酷かもしれません。

８．考察

Ａ級アンプはあきれるほど発熱します。計算上でわかってはいたつもりですが．．．実際に動作させてみて思いましたが、ヒートシンクはもう１サイズ大きいのにしておけば良かったと思っています。放射温度計でＦＥＴのパッケージ表面温度を測定してみると１００℃ほどになっており、あまり余裕がありません。（あまり余裕がないと言うより追加の放熱対策が必要）

実使用では、今のところそれほど出力がいらないので、バイアス電流を１．８Ａから１．２Ａへ下げました。これでも約２３ＷまでＡ級で動作するので今のところ十分です（エネルギーの節約にもなりますしね）

また近々、このアンプの特性、特にＴＨＤ（全高調波歪率）を計測しケンウッドのプリメインアンプと比較をぜひしてみたいと思っています。

しかし計測器がないので、何とか会社にある測定器で、付加回路をつけて測定できないか検討中です。

すぐに思いつくのが、Ｃ−Ｒを使用したπ型バンドパスフィルタを作りアンプ出力部へ入れ、基本波のＳｉｎ波をアンプへ入力し、フィルタで基本波をカット残りの高調波やノイズを計測する方法ですが、そんなんじゃダメかな？

９．今後の製作

今回のパワーアンプには音量調節がついてないので、現在今まで使用していたプリメインアンプのプリアウト端子出力を、今回製作したパワーアンプへ接続して使用しています。
そこで、コントロールアンプ（昔で言うプリアンプ）を製作したいと思います。パワーアンプをけっこう本格的に作ったので、部品にはこだわりたいと思っています。
コントロールアンプの入力切替えのロータリスイッチは、なんと会社の試作残部品のなかに、高級オーディオアンプに使用できるアルプス製（ＳＲＲＹシリーズ）のが、なぜかあったのでひそかに使わせていただきます...うひひひ(^^)（もう確保している）

ボリュームですが、色々調べてみるとオーディオ用で最高級品が、これもアルプスから出ています、しかもアルプスの試作支援の部品供給サービス「電即納」扱いになっているではありませんか！（「電即納」とは電即納指定部品ならば、ＦＡＸ注文で約３日後には届くというアルプスのサービス）
早速ＦＡＸで資料を取りよせてみる.....オっ最低発注数量１個からと書いてある、すごい珍しいなと思い金額を見ると.....「￥３０，０００」(@_@)
なるほど１個から売るわけだ。いやーアルプスにもこんなパーツがあるんですんね。（３〜４万出せば安いＭＤデッキが買えますね）

あと、アルプスでオーディオアンプ用で「商品名：デテント」というボリュームもあります。これは秋葉原で１個￥３０００−くらいなので、こちらの方が私には現実的かもしれません。
トーンコントロール、ＲＩＡＡアンプは、とりあえずいらないので、バッファアンプのみ内蔵しようと思います。
ＪＲＣの４５８０ＤＤ、２１１４にしようか？それともバーブラウンのＯＰＡ２６０２かな？

１０．改造 

バイアス電流が、Ａ級動作領域を決め、かつバイアス電流は電源ＯＮから安定するまで結構時間がかかります。
これはＦＥＴとＦＥＴの温度ドリフトを補償するためのトランジスタ間の温度の遅れによるものですが、現在のバイアス電流がどのくらいか気になるのでバイアス電流を表示する様に、パネルへメータを追加しました。

回路図は、改造後の物です。本当は、大型アナログメータで、バイアス電流、パワー表示を、パネル切替できるのが理想なのですが、そこまでは元気がないので、手持ちの部品でバイアス電流のみの表示としました。

１１．ＦＥＴの予備入手

今のところ特に必要ではないのですが、私のいる会社購買部経由で、今回使用したＭＯＳ・ＦＥＴのほぼ互換品（2SK2955/2SJ554）を予備の為入手しました。
各々１０個ずつサンプルで購入したのですが、なんと若松通商で購入した値段の１／１０の金額でした！
まあ若松通商では、いつ売れるかわからない部品をストックし、バラ売りなのでいちがいに高いといえないのかもしれませんが。

若松通商から購入したＦＥＴはコンプリのペアでの販売なのでもしかしたらＦＥＴの特性を選別しているのでしょうか（まさかねぇ）でももしそうなら高いとはいえませんね。



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