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ギボシ端子の圧着と抵抗

自動車の電装関係や無線機の接続でよく使われる「ギボシ端子」。

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ホームセンターでも簡単に端子と圧着工具が買えるため車いじりをする人には身近なものとなっています。しかし、どうもこれがうまく圧着できずに電線が抜けてしまったり、発熱して焦げたり燃えたりといった事故を起こすようで、ネットで検索するとたくさんの事例が出てきます。
圧着のやり方についてもブログ等で工具で何度も挟み直す方法、ハンダを流す方法、ハンダはダメだという意見など色々と語られていますが、どれが正しくて何が問題なのか、発熱するとしてどのくらいの抵抗成分があるのか、専門的な記事を見かけることはありません。それどころか端子のメーカーの取説も「確実にかしめてください」くらいしか書かれていません。

そもそもこの手のオープンバレルと呼ばれる端子を圧着が、ホームセンターで1000円程度で買える工具で正しく出来るのかというのも疑問なところ。出来合いの製品についているギボシ端子と比べてみれば一目瞭然なのですが、高価で正しい工具を使用して圧着された端子であれば引っ張っても抜けることなど無く、先に電線が千切れるのが普通です。

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圧着端子でも、オープンバレル型ではなく「絶縁被覆付圧着端子」や「裸圧着端子」と呼ばれるものは細かく規格で定められています。これ用なら6千円くらい出せば正しい圧着工具が手に入ります。なお、端子自体はホームセンターでもよくみかけるものです。
このあたりの話を知っている人にとっては「そもそもギボシ端子はまともに圧着できるわけがない」という認識だったりするようです。
私もその一人だったため、ギボシ端子はなるべく使わないようにし、簡易な圧着工具もすべて処分してしまいました。しかし、圧着に関する話題がしばしば上がってくるため、実際に売られているものでどの程度の性能になるのか試してみたくなり、わざわざ購入してテストしてみることにしました。


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実験の内容はtwitterでリアルタイムに書きましたので、そちらをご覧ください。

https://twitter.com/fixerhpa/status/1178213231103397889


「エーモンのギボシ端子と圧着工具で電線同士を接続した場合、どのくらいの抵抗分を生じるかを確認」する実験において、予想していた、発熱するほどの電気抵抗はなく、これなら十分な性能ではないかという結果となりました。
しかし、巷では焦げたりする事故は発生しているので、事故に繋がる接続はどのような状態の圧着だったのかは気になるところです。接続したばかりの初期状態では問題ないものの、振動や酸化などの経年変化、大電流でスパークが起きることにより徐々に抵抗分が増えていき事故に繋がる可能性もあるのではと考えています。


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ヘッドホンアンプ用ダミーロード

ヘッドホンアンプの測定に使用するダミーロードを自作してみました。

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ヘッドホン端子に何も接続しない無負荷の状態と、実際にヘッドホンを接続して駆動している状態ではヘッドホンアンプに対する負担が違うため、周波数特性や歪率、クロストーク等の性能が変わってきます。
そのため、ヘッドホンアンプを評価する際にはヘッドホンのインピーダンスに近い抵抗値を接続して測定する必要があります。
スピーカー用のパワーアンプの場合はダミーロードを用いることが周知されており、オーディオメーカー向けで製品化されていたりもしますが、ヘッドホンアンプ用としての製品や制作例は見たことがありません。

ヘッドホンアンプの場合はプラグの種類が多かったり、負荷インピーダンスも様々のため、いつも測定をする時は都度、対象機器に合わせてダミーロードを仮組みして使用していました。
しかし毎回作るのも手間なのと、より高度な測定をするためにはノイズ対策や結線の最短化が必要となるため、測定用の機器として仕上げてみることとしました。

正直、周波数特性くらいであれば、抵抗さえ繋がっていれば問題がない場合が殆どですが、歪率で例えば0.001%、クロストークで-60dB以下を測りたいような場合は結線やダミーロードをきちんとする必要があると感じます。何をどこまできちんと整える必要があるかわからない部分も多いので、手探りしながら試していこうと思います。



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負荷抵抗値は10Ω、32Ω、200Ω、600Ωの切替式。この値は、イヤホンで特にインピーダンスの低いものを想定した10Ωおよび、ヘッドホンのインピーダンスの規格を参考にして設定しました。

使用する抵抗器はTEのLR1シリーズ、金属皮膜抵抗 1% 0.6Wを直並列組合せで使用し、概ね1W程度までを目安としています。

スイッチはON-OFF-ONのトグルスイッチ、E-Switch 100SP3T2B4M7QEを採用しました。


入力端子については、XLR5pinタイプ(NEUTRIK NC5FAH-D)とし、ピンアサインはステレオのバランス伝送と同じにしました。
こうすることでアンバランス、バランスアンプ両方に使用できます。アンバランス時においても負荷の信号ラインを左右でわけることで本機による電圧降下やクロストークの悪化を防いでいます。
出力側はXLR 3pin(NEUTRIK NC3MAH-0)で、これをオーディオアナライザに接続します。また、オーディオインターフェイスに接続してRMAAで特性を取るのも良さそうです。(どこかの記事でヘッドホン端子の測定を無負荷でやってツッコミ入れられてたことがありましたね…)

ケースはタカチのEX8-4-9SSで、これに合わせてプリント基板を設計しています。

hpaload4.png

ケーブルはCANARE L-2B2ATを最短で使用しました。アンバランス用はヘッドホンプラグの部分でCOLDとGNDを接続しています。XLR側はハウジング部の金属は電気的に浮くのを懸念し、念のためGNDと接続することとしました。

なお、3.5mmプラグ用と6.3mmプラグ用を両方製作したのは、変換プラグを使用すると、接触抵抗が測定に影響する可能性があるためです。


これで十分といえるかどうかはわかりませんが、今後これを使用して測定してみようと思います。
ちなみに測定時にはオーディオアナライザとの接続についても注意をする必要があるようです。例えば写真のように接続した場合、ケーブルの這わせ方によってGNDループノイズが発生することがわかりました。正しく測定するにはケーブルを最短にし、ループしないように這わせる必要がありそうです。


■特に意識せず引き回した場合
GNDループ1

GNDループ2



■ノイズが減るように引き回した場合
GNDループ3


GNDループ4



なお、これはオーディオアナライザの仕様にもよるようで、例えばAudio Precision社のアナライザはジェネレーターにライントランスが入っているためか、このようなことが気になったことはありませんでした。



ひきつづき何かあれば追記することとします。
製作した基板については用途的に数が見込めないため委託販売までは考えていませんが、個別対応をするかもしれないので興味のある方はご連絡ください。

さようなら_












下記はクリックしないでください
こんにちは









ぺるけ氏の新作、エミッタ共通回路2段ヘッドホン・アンプを作ってみることにしました。
アナログ回路向けのトランジスタがどれも廃番になりつつある中、入手が容易なパーツを採用した設計とのことです。

元記事
Headphone Amp Project <入手可能部品で作る> ヘッドホン・アンプ

記事をもとに製作しつつ、随時ここに記録していきます。


自分用に作った部品リストを公開しておきます。
https://fixerhpa.web.fc2.com/V5_partslist_20190816.pdf
partslist.png
※間違いや足りないものがある可能性があります。各自確認して利用してください。なにかあればコメントへ書き込んでください。
※2019.8.4 6.8kΩ抵抗の欄の部品番号を修正しました。
※2019.8.16 LEDの商品情報を追加しました。基板を譲った方々から良い品番を教えてもらいました。ありがとうございました。


回路図に部品番号を割り振ったもの
https://fixerhpa.web.fc2.com/V5_partsno_20190804.pdf
partsno.png
※2019.8.4 J1,J2の位置を修正しました。

とりあえず自分用にプリント基板の設計をして中国の工場に製造依頼しているので、届きしだい製作してみます。
アートワークrevb_2s


ちなみに今回はユニバーサル基板用の配線図は公開されていないので、Version 4のを元にして電源の±を逆にして電源回路は新たに書き起せばよさそうです。(だれかやってあげて)


必要なパーツを秋月電子、千石電商、マルツ電波、門田無線に発注しました。
東信工業の電解コンデンサを千石電商から通販で購入すると10個単位になるので、余って困る場合は別のところから調達するのが良さそうです。
EAsy1wSUIAABMLU[1]



トランジスタについては「厳密な選別の必要はありません」とのことです。とりあえずhFEを手持ちのテスターで測ってみました。

2SC1815GR (UNISONIC製)
EA3ScYGUYAAe1L4[1]


2SA1015GR (UNISONIC製)
EA3ZnIUUEAEqvMC[1]


TTC015BおよびTTA008B
EA3qzdrVUAAGLiT[1]

hFEについては思ってたよりはバラツキが少なく優秀なようです。(東芝のオリジナルの2SC1815はもっとバラついていたというような話も…)
「厳密な選別の必要はありません」について基準が曖昧なので困っていたところ、掲示板で解説していただきました。
https://8604.teacup.com/very_first_tube_amp/bbs/26977

さしあたり「トランジスタは選別しなくて良い、半固定を回しきってもDCオフセットが調整しきれなかったら2SA1015を交換してみる」くらいで問題なさそうです。
※現在は元記事で選別について補足が追記されています。


ランプとしてではなく基準電圧として使用されている3つのLEDについては「3mm径の赤かオレンジの通常品」であれば良いとのことで秋月電子で簡単に買えるものをピックアップしました。しかし実際の回路で測定すると1.75Vと記されているところ、1.85Vくらいになってしまいます。1.75Vになるものも探せば無くはありませんが、入手が容易ではなくなります。
実際、1.85Vだと設計値から外れるのかは回答がもらえていませんが、歪率の測定による比較にて特に違いはありませんでした。
EBIk5j4UcAAKt-b.png
(最初の状態より、手持ちのVfの低いLEDに交換した時の音のほうが魅力的な印象があったのですが、気のせいかなと思いつつもメモとして残しておきます。各自試すといいと思います。)
※LEDはSLP-9118C-51Hが良さそうだと情報をいただきました。パーツリストに追加しました。こちらを5mAで測れば実回路と同じくらいの値を示すようです。バラツキもあるようなので組んだ後に1.75Vから大きくはずれる場合は交換するといいでしょう。



ケースの加工
CADで適当にパーツ配置して印刷した紙を貼り付けて位置決めして穴あけました

https://fixerhpa.web.fc2.com/V5_case_20190803.pdf
※プリンタの誤差があるので印刷後に寸法が正しいか確認し、ズレていたら適宜、拡大縮小して調整してください。

EA3-DHLU0AAeOfC[2]


EA39da1UwAEAsni[1]

ケースのネジ止めの部分はアルマイトを削っておかないと導通しないので注意



ボリュームの軸を切る作業
入手が容易なアルプスRK27ボリュームは軸が無駄に長いので、13mm程を切り詰めます。
切削屑がボリューム内部に入らないように保護し、本体ではなく軸側を万力で挟んで鉄ノコで切断します。
EBBWMKMUIAAmgl5.png
注)ツッコミが入ったので追記します。軸を切る時、軸とネジの堺のところも養生しないと隙間から切削屑が入ると怒られました。実際、あの部分にグリスが塗布されていて、そこに切削屑が付着して面倒でした。写真撮らなければ袋も被せないで切るつもりだったので、一応気にしたということで許してください



切断面はヤスリで整えておいてください。
EBBWMW_UwAAAHnK.png


ジャック等のパーツをケースに取り付けていきます。
EBBW9yVU8AAsU8k.png


ケース内の配線をしていきます。
EBBqLmcUEAAjE-l.png

過去の作例を参考にし、ケーブル色は
電源+ :赤
電源- :白
LED+ :赤
LED- :黒
信号L :茶
信号R :紫
信号GND:黒
としました。

信号ラインは左右間やボリューム入出力間で干渉するので本当はシールド線のほうが良いと思います。
ボリュームのGNDまわりの配線はボリューム動作の異常につながるので引き回し方を気をつけてください。
引き回しが悪いと絞りきり近くでギャングエラーが強調されたり、左右逆相の信号が出たりします。



パーツとケースの下準備が済んだところで、中国の業者に頼んでいた基板が届きました。
EBGhXaIUwAAGMs3.png
(実は重大な配線ミスがあったので作り直して2回目)



背の低い部品からどんどん実装していきます。
EBGlWfmUcAA6x-r.png


抵抗だけで45本も
EBGq7VJUYAAS_1G.png


こんな感じで基板ができあがり
EBGxrB0U0AATz9x.png


ケースに組み込んで配線。いよいよラストスパート
EBG1xfWUIAUC3O0.png


おそるおそる電源を入れてみると、DCオフセットは半固定抵抗が中間の状態でほぼありませんでした。トランジスタの選別をしたおかげで揃っていますが、半固定を回して調整できる範囲なら問題なしといって良いようです。
EBG4y55UcAExGQq.png
注) 組立前に知人から指摘があったのですが、終段および電源部のトランジスタがけっこう発熱するので、電解コンデンサから離さないと寿命を縮めそうです。過去の設計のアンプではユニバーサル基板でトランジスタが電解の直近に置かれているのでてっきり近くて問題ないものと思ってましたが、基板の設計も少し変更して当初より距離を取りました。これでもまだ発熱が気になり、もっと距離を離すべきか、放熱板をつけたほうが良いかと検討しています。
これからユニバーサル基板等で製作される方はこの点を留意されると良いかと思います。ご参考までに。




【完成】
V5_1.png

これで一旦完成ということで、ひきつづき記事をわけて測定等を行っていこうと思います。








追記
基板のアートワーク(配線引き回し)にも宗派があるそうなのでこれも作ってみました。比較して差が出るかな?
IMG_5141.png




ヘッドホンアンプキット「アンバラ王」

ヘッドホンのバランス接続をひと通り経験したのち、あえて製作したアンバランス型のヘッドホンアンプ「アンバラ王」がようやくリリースできるようになりました。
従来通りのアンバランス接続環境下でも違和感なく、大音量でも聴き疲れのしないモニタリングができることを目標にチューニングしています。
構成は、ヘッドホンアンプICのTPA6120と入力段およびDCサーボにOPA21234を採用。電源はDCDCコンバーターによる±5Vとなっています。

プリント基板(パーツ未実装)と、特に入手の難しいパーツとしてボリュームつまみとスペーサーをセットにして家電のケンちゃんで委託販売します。
組み立てに必要なパーツ類はリストを参考にMouser、秋月電子、マルツ等でご用意ください。

なお、取扱説明書は特に用意していませんので、このブログ記事や写真を参考に組み立ててください。
必要な情報はここにアップデートしていきます。

家電のケンちゃん キット販売ページ
パーツリストや回路図、ケース加工用台紙


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LEDの足に絶縁のためチューブを被せてください



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TPA6120の裏側からハンダを流して固定してください。TPA6120のパッドにもハンダが乗るように。



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ケースに台紙を貼り付けて穴あけをしてください。1mmずれただけで入らないかもしれません。印刷時に寸法が合っているか確認してください。

参考
よくわかる!「原寸印刷」への道! セブン‐イレブンのマルチコピー機で同人活動をもっと手軽に・もっと楽しく!

Demiawaking 六角軸 ステップドリル ステンレス用 穴あけ チタンコーティング (3~13mm)
速い回転数で一気に開けるとプラが溶けるので気をつけてください



unba_lao_7.jpg
ジャックに当たる部分をカッターナイフで削ってください。



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ナット側には0.5mm厚、スペーサー側には1mm厚のワッシャーを入れてください。
ワッシャーは平らな面を基板側にしてください。逆にすると基板に食い込みます。

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■その他、注意事項など

・できれば通電前に出力にDC漏れがないかテスターで確認してください。0.1V以上となるような場合は異常があり、ヘッドホンを壊す可能性があります。電源ONの状態でプラグを抜き差しした時に大音量が出る場合は異常です。
オペアンプを刺さない状態で通電すると出力に2VくらいのDCが現れ、ヘッドホンが壊れます。気をつけてください。


■試作時の参考データー等
https://twitter.com/fixerhpa/status/1119907036869713922
パーツリストなどは最新版を利用してください。歪率についてはフェライトビーズの違いにより試作時より若干悪化します。気になる方はブログの過去記事等を参考に工夫してみてください。



■参考

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maru.png



変換プラグについて

いまどき3.5mmプラグが主流で、GNDの接触抵抗で考えても3.5mmのほうが良好な値が出ることも多いのですが、今回はGNDの接触抵抗を意識しなくていいようなサウンドにしている(つもり)なのと、業務用機材ではいまだに6.3mmが主流ということなので今回は6.3mmを採用しています。
変換プラグを使用する場合、性能面でいえばGND極がコイルスプリング式になっているものが接触抵抗が低く、かつ安定して使用できる傾向にあるようです。うちではこれを使っています。
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基板用6.3mmステレオジャックに関する覚書

自作ヘッドホンアンプをケースに収めるにあたって基板取付用のジャックを選定したのですが、予想外に苦労したので書き残しておきます。
メーカーは2種類ありますが、一番左のもの以外は基板への取付寸法に互換があるものです。
(一番左のは前から見たときに穴の位置が違うのと、一番右はジャックの穴の寸法と、基板に刺さる樹脂のピンがある点が異なります)

まずは各ジャックを写真でご覧ください。

IMG_4067.png



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IMG_4068.png



一番左から解説していきます。
■Amphenol ACJS-MHDRM

ACJS-MHDRM Amphenol Audio | Mouser

M Series (Single) – Entertainment@Amphenol

一番最初に買ってみたジャック。
GND極の接触抵抗が低くなることを期待して差込口のナットの部分が金属製のものを選定したものの、テスタで測ってみるとこの部分はGND(スリーブ)に繋がっていなかったことが判明したので却下。
プラグを挿した時だけシャーシGNDとシグナルGNDが接続される構造は複雑なトラブルの元にしかならないと思うのですが、何故にこのような構造になっているのでしょうか。



■Amphenol ACJS-MHOM

ACJS-MHOM Amphenol Audio | Mouser

最初に買ったのがダメだったので次に試したのがこれ。スリーブがナットの部分と導通していることが記されているので試してみたところ、GND極の接触がルーズすぎて全くもってダメな不良品。
ヘッドホンを繋いだら初っ端から接触不良でGNDが完全に浮いてしまい、LR差信号が聴こえてきてカラオケマシン状態

動画
fixerさんのツイート おいおいおい アンフェノールのジャック 勘弁してくれよ…



■NEUTRIK NRJ6HM-1

NRJ6HM-1 Neutrik | Mouser

NRJ6HM-1 - Neutrik

アンフェノールの製品はダメだということでメーカーを変えて今度はノイトリックを購入。
こちらはナットの部分とGND極はきちんと導通しているし、接触的にも大丈夫そうです。測定はしていませんが聴感上では問題もなくむしろ優秀な感じがしています。
ただ、このノイトリックのジャックはナットとワッシャーが付属していません。ナットはNRJ-NUT-MNとして販売されていますが、ワッシャーは販売されておらず困ったものです。



■NEUTRIK NRJ6HF

NRJ6HF Neutrik | Mouser

NRJ6HF - Neutrik

ワッシャーの入手ができないことと、あと今回のアンプでジャックの接触抵抗が高めでルーズくらいなサウンドでいいかなというのがあり、試しに買ってみたのがこれ。ナットの部分がプラスチックなのでGND(スリーブ)への接点は板バネのみとなります。
こちらもナットワッシャーは別売りです。
これはこれから試してみます。このモデルのみパネルの穴寸法が大きくなります。
なお、基板への取付寸法は他モデルと互換がありますが、このモデルのみ樹脂のピンが2本出ているのでピンを切り取るか、基板に穴を開けておく必要があります。

IMG_4071.png



プロフィール

fixer

Author:fixer
http://fixerhpa.web.fc2.com/
Twitter @fixerhpa
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