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バランスアンプの抵抗値

前回の記事で、CMRRを良くするためには抵抗の高精度化、もしくは誤差1%の抵抗で極限まで追い込むためにはある程度選別をした上で測定をしながら値を調整する必要があることがわかりました。調整している時に、560Ωや1kΩの抵抗に対して、1ΩズレるとCMRRの底が狙えない感じでした。

さすがにここまでの作業を1台ずつ行うのは大変なので、そこで0.1%の精密抵抗を使ったらどうかという事になりますが、これ普通に買うとめらぼうに高いのです。1本160円とかしますね。しかも欲しい数値が揃わない。

海外の通販まで範囲を広げると、大量買いすれば0.1%級の抵抗も比較的安価に入手できることがわかりました。入手難な部品を個別に買うより大量買いしたほうが安い。こういう時こそキットの頒布が生きてくるわけです。

しかし、そう簡単にはいきません。0.1%の抵抗を扱っているところを探しても、決して全部の数値が揃っているわけではありません。Aというメーカーの物は○○Ωはあるけど、××Ωがないとか、○○ΩはB社にはあるけど、××ΩはC社にしかないとか。

それに購入するのも百本とか五百本とかで単価が下がりますので、なるべく購入する抵抗値の種類を減らして済ませたいところ。

そこで、あらためて回路の抵抗値について検討してみることにしました。

アンプゲイン

当初は電卓片手に手作業で設計していたのですが、さすがにやりきれなくなったので計算式を組むことにしました。
各部の抵抗値を決定するにあたっては、必要な特性や仕様を達成できるように吟味しなければなりません。

例えば、

回路が問題なく動作すること
アンプのゲインがトータルで0dBになること
残留ノイズが最低限になること
入力インピーダンスが低すぎず(クロストークの悪化)、高すぎない(ノイズが増える)こと

上記の特性を満たした上で、

半端な抵抗値ではなく、市販されている系列の値で設計できること。(特にゲイン絡み)
入手できる抵抗を使うこと(できれば安価に)

そういった条件を満たす組み合わせを考えないといけないのです。


例えば、全ての抵抗値を2kΩにすると、ゲインは計算上ジャストで0dBとなりますし、なにより1種類の抵抗で済みますから、とても美しい回路が完成するようにみえます。しかし、実際そう上手くはいきません。ゲインがジャスト0dBですと実際に負荷をぶら下げた場合に多少なりともゲインが落ちてしまします。
また、抵抗値が2kΩと高くなることで、無音時のサーという残留ノイズの上昇が懸念されます。しかし、この抵抗を2k以下には下げられない理由があります。それはクロストークの悪化です。

2kΩで組むとアンバランス時の入力インピーダンスが4kΩとなり、この値は共通GNDのクロストークの面では許せるギリギリの値として設定したものです。

クロストーク

32mΩという接触抵抗は大雑把なものですが、大体このくらいの抵抗を持っているようです。



また、最初のオペアンプに入力される信号が当初の回路に対して-6dB程になりますからS/N比の面で不利となります。後段の回路も全体的に抵抗値が上がりますから、少なからずノイズレベルが上昇することは避けられません。



そこで確認のため、2kΩで組んで測定してみることにしました。

昨日、必死でトライアンドエラーで追い込んだ抵抗を、外して付け替えます…。

BvXgcLuCIAADFuX.jpg


で、測定結果ですが

ノイズレベルが元々の設計値だとAウエイティングで2.2μV。全部2kΩにすると3.3μV。どっちだってかなり低い値なんだけど3dBくらい違う。10Ωのイヤホンだとノイズの差がわかる。(入力はオシレータOFFだから10Ωショート)

という具合に、残念ながら性能面で劣ってしまい、この抵抗の組み合わせは採用できないことが判明しました。

ちなみに入力インピーダンスに関与する前段のみ2kΩの分圧にしつつ、後段のみ560Ωに変更した場合でも測定をしてみました。

この場合はノイズ3μV弱くらいで、やはり当初の設計には及ばず。入力の2kΩをバイパスしてGND落としても十分なノイズレベルまで落ちない。

ということで、どちらの方法もNGという判断になりました。


まあ、現状の値自体がかなり検討して決定したものなので、そう簡単に覆すことが出来ないのは判っていましたが、この実験を経て、改めて現状の値が適切だということがわかりました。


そういうわけで、現状の値をなんとか用意すべく、○○ΩはA社から、○○Ωは、、、500本以上で○円なのでー何台分にしようか、なんてやってたら、さすがにいやになってきたので、とりあえず30台分くらい注文しました!!!

抵抗だけで2万円…。ということでまた基板作ってコンデンサ調達して、頒布することになりそうです。

まだいつになるかわかりませんが、必要な方は声かけてください。
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