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【ネタ】シングルA級1Wオーディオアンプを設計してみる。

エミッタフォロワアンプを、8Ω負荷で1Wまで出力が出せるように部品を選定してみました。
まず部品表からご覧ください。
※電源部は含んでいません。
品名メーカー型番単価数量小計販売店
NPNパワートランジスタ東芝2SD201240円280円秋月
無誘導メタル
クラッド抵抗
ビシェイ
・デール
NH-25 25W 12Ω 1%1,470円22,940円海神
金属皮膜抵抗タクマンR​E​Y​7​5​F​Y18​0​Ω​B
1W 180Ω 1%
70円2140円千本B
金属皮膜抵抗タクマンR​E​Y​7​5​F​Y47​0​Ω​B
1W 470Ω 1%
70円2140円千本B
電解コンデンサ東信工業1HUTSJ101M
50V100μF
60円2120円千本B
電解コンデンサ東信工業1HUTSJ102M
50V1000​μF​
300円3900円千本B
平ラグ板サトーパーツL-3522 8P180円1180円千本一
シリコンゴム被覆銅線小柳出RSCB 0.5sq赤168円1m168円小柳出
シリコンゴム被覆銅線小柳出RSCB 0.5sq白168円1m168円小柳出
シリコンゴム被覆銅線小柳出RSCB 0.5sq黒168円1m168円小柳出
合計5004円
販売店の凡例
千本一:千石電商本店一階、千本二:千石電商本店二階、
千本B:千石電商本店地階、千2二:千石電商2号店二階、
秋月:秋月電子通商秋葉原店、小柳出:小柳出電気商会、
海神:海神無線
特に目を引くのは、部品代の約6割を占めるメタルクラッド抵抗ではないでしょうか。他の部品がお手軽なだけに、1個約1500円もするのは異様かもしれません。
詳細解説は後日。
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平ラグ板アンプを缶詰にしたー

前回小さく作り直した平ラグ板アンプを、アルトイズの缶に詰めました。

1-DSC03406.jpg
ケーブルが出ていなければ、そのままキャンディーの缶です。

1-DSC03403.jpg
ぴったり収まっています。

1-DSC03409-001.jpg
入出力やスイッチもぴったり。

1-DSC03408-001.jpg
惜しむらくはスイッチの穴加工に失敗して(大きくしすぎた)ガタついてしまったことです。
ホットボンドで固定しました。

1-DSC03401.jpg
スイッチは、千石電商本店2階に出物として置いてあったミニシーソースイッチを使いました。150円。
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フェアチャイルド社のの互換トランジスタ一

フェアチャイルド社で生産しているトランジスタの中で、日本で生産されている(されていた)製品の互換品と思われる型名のものを一覧にしてみました。
※データはフェアチャイルド社ホームページに掲載のものをそのまま載せてあります。
Part
Number
VCEO
(V)
IC (Max)
(mA)
PD
(mW)
VCE(sat)
(V)
fT
(MHz)
PackageDatasheet
KSA473-30-300010000-0.8100TO-220 3LKSA473
KSA539-45-200400-0.5TO-92 3LKSA539
KSA614-55-300025000-0.5TO-220 3LKSA614
KSA643-20-500500-0.4TO-92 3LKSA643
KSA708-60-700800-0.750TO-92 3LKSA708
KSA733-50-150250-0.350TO-92 3LKSA733
KSA812-50-100150-0.3180SOT-23 3LKSA812
KSA916-120-800900-1120TO-92 3LKSA916
KSA928A-30-20001000-2120TO-92 3LKSA928A
KSA931-60-7001000-0.7100TO-92 3LKSA931
KSA940-150-150025000-1.54TO-220 3LKSA940
KSA992-120-50500-0.350TO-92 3LKSA992
KSA1010-100-700040000-0.6TO-220 3LKSA1010
KSA1013-160-1000900-1.515TO-92 3LKSA1013
KSA1015-50-150400-0.380TO-92 3LKSA1015
KSA1142-180-1008000-0.5180TO-126 3LKSA1142
KSA1156-400-50010000-1TO-126 3LKSA1156
KSA1182-30-500150-0.25200SOT-23 3LKSA1182
KSA1220A-160-120020000-0.7175TO-126 3LKSA1220A
KSA1281-50-20001000-0.5100TO-92 3LKSA1281
KSA1298-25-800200-0.4120SOT-23 3LKSA1298
KSA1381-300-1007000-0.6150TO-126 3LKSA1381
KSB546-150-200025000-15TO-220 3LKSB546
KSB596-80-400030000-1.73TO-220 3LKSB596
KSB772-30-300010000-0.580TO-126 3LKSB772
KSB834W-60-300030000-19TO-263 2L (D2PAK)KSB834W
KSB1015-60-300025000-19TO-220F 3LKSB1015
KSB1017-80-400025000-1.79TO-220F 3LKSB1017
KSB1151-60-500020000-0.3TO-126 3LKSB1151
KSB1366-60-300025000-19TO-220F 3LKSB1366
KSC38825503000.2300TO-92 3LKSC388
KSC815452004000.4100TO-92 3LKSC815
KSC945501502500.3300TO-92 3LKSC945
KSC1008607008000.430TO-92 3LKSC1008
KSC10091407008000.730TO-92 3LKSC1009
KSC1623501002000.3250SOT-23 3LKSC1623
KSC167420202500.3400TO-92 3LKSC1674
KSC1815501504000.2580TO-92 3LKSC1815
KSC18451205050050TO-92 3LKSC1845
KSC207315015002500014TO-220 3LKSC2073
KSC222320201500.3400SOT-23 3LKSC2223
KSC23161208009001120TO-92 3LKSC2316
KSC2328A30200010002120TO-92 3LKSC2328A
KSC233030010010000.550TO-92 3LKSC2330
KSC23316070010000.750TO-92 3LKSC2331
KSC23334002000150001TO-220 3LKSC2333
KSC23341007000400000.6TO-220 3LKSC2334
KSC238316010009001.540TO-92 3LKSC2383
KSC2690A1601200200000.7155TO-126 3LKSC2690A
KSC2752400500100001TO-126 3LKSC2752
KSC3265258002000.4120SOT-23 3LKSC3265
KSC32961501500200001.54TO-220F 3LKSC3296
KSC350330010070000.6150TO-126 3LKSC3503
KSC50191020007500.5150TO-92 3LKSC5019
KSC5026M800150020000215TO-126 3LKSC5026M
KSC5027800300050000215TO-220 3LKSC5027
KSC5305D4005000750000.5TO-220 3LKSC5305D
KSC5305DF4005000400000.4TO-220F 3LKSC5305DF
KSC5338D4505000750000.7511TO-220 3LKSC5338D
KSC5402D4502000300000.7511TO-252 3L (DPAK)KSC5402D
KSC5402DT4502000500000.7511TO-220 3LKSC5402DT
KSC5502D6002000500001.511TO-252 3L (DPAK)KSC5502D
KSC5502DT6002000500001.511TO-220 3LKSC5502DT
KSC5603D80030001000002.55TO-220 3LKSC5603D
KSD261205005000.4TO-92 3LKSD261
KSD363120600040000110TO-220 3LKSD363
KSD471A3010008000.5130TO-92 3LKSD471A
KSD526804000300001.58TO-220 3LKSD526
KSD5601005000300001.5TO-220 3LKSD560
KSD794A45300010000260TO-126 3LKSD794A
KSD8806030003000013TO-220 3LKSD880
KSD882303000100000.590TO-126 3LKSD882
KSD1408804000250001.58TO-220F 3LKSD1408
KSD1588607000300000.5TO-220F 3LKSD1588
KSD1616A6010007500.3100TO-92 3LKSD1616A
KSD1691605000200000.3TO-126 3LKSD1691
KSD16921003000150001.2TO-126 3LKSD1692
KSD20126030002500013TO-220F 3LKSD2012
KSD50412050007501150TO-92 3LKSD5041
結構沢山ありますね。
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「利きはんだセット」が一時販売中断

ただいま、はんだづけカフェさんで委託頒布していただいている「利きはんだセット」が在庫切れとなり、一時的に販売を中断させていただいております。
頒布再開の時期については改めてお知らせいたします。
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フェアチャイルドの互換トランジスタでひと騒動

日本のメーカーでかつて製造されていたトランジスタと互換のありそうなトランジスタが、フェアチャイルドセミコンダクター社で生産されていることは以前にも記事にしました(2SA1015・2SC1815の代替品が販売されています。)。

しかし今年の3月になって、データシート上のピン配置が変わっていることに気づいた人がいてひと騒動ありました。
ツイッター上で公表されていたのでTogetterでまとめてみました
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円安でMSP430 Launchpadが値上がり(円建て)その2

円安が始まって間もない2月にもMSP430 Launchpadが値上がりした記事(円安でMSP430 Launchpadが値上がり(円建て))を書きましたが、つい先日になって再度調べてみたらとんでもないことになっていました。

まず、595円だった千石電商では円安に入ってからしばらく店頭在庫がありませんでしたが先日復活し1050円に。
chip1stopでは430円だったのが965円と、現状最安値ながらも比でいえば約2倍に。
共立電子では450円だったのが1480円と一気に1000円以上値上がり。
Digikeyでは1048円で円安前の3倍弱にまで跳ね上がっています。

それこそ1000円でおつりがくる安さが売りのようだったMSP430 Launchpadですが、これではその安さもあまり感じられなくなってしまいます。他との差別化が難しくなってきました。

※リンクURL間違いを修正。
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エミッタフォロワアンプで最大の電力付加効率を与える条件

エミッタフォロワアンプにおいて、最大の電力付加効率を与える条件は、
 RE = k × RL

としたとき、
        VCE(sat)
 k = { 2 × ( -------- + 1 ) }^0.5
         VOp-p

であることが分かりました。
出力の電圧振幅VOp-pは、
 VOp-p = VREmax - VREmin  ・・・(1)

ここで、
 VREmax = VCC - VCE(sat)
 ・・・(2)
です。
VREminは、
       RE
 VREmin = -------- VREbias  ・・・(3)
      RE + RL
RE = k × RL
とおくと、
      k
 VEmin = ------- VREbias  ・・・(4)
     k + 1

また、
     k
 VREmin = --- VOp-p ・・・(5)
     2

なので、
      k + 1
 VREbias = ------- VOp-p  ・・・(6)
       2
     k + 2
 VREmax = ------- VOp-p  ・・・(7)
      2

となります。
出力電圧VO
    1
 VO = --- VOp-p × sin t  ・・・(8)
    2

とおくと、平均出力電力PO(AVE)は、
        VOp-p
 PO(AVE) = {-------------}^2 ÷ RL
       2 × 2^0.5
       1   
    = --------- × VOp-p^2  ・・・(9)
      8 × RL

となります。
一方、エミッタ抵抗REで消費される電力PEは、
    VRE^2
 PE = -------
     RE
    ( VO + VREbias )^2
   = ------------------
       k × RL
      1    1          k + 1
   = -------- { --- VOp-p × sin t + ------- VOp-p }^2
    k × RL  2           2
    VOp-p^2   1          k + 1     (k + 1)^2
   = -------- { --- ( 1 - cos 2t ) + ------- sin t + --------- }
    k × RL  8            2        4
           ・・・(10)

これを平均してPE(AVE)とすると、sinとcosの項は消えるので、
      VOp-p^2   1  (k + 1)^2
 PE(AVE) = --------- { --- + --------- }
      k × RL   8    4
      2 k^2 + 4 k + 3   
    = ----------------- VOp-p^2  ・・・(11)
       8 × k × RL

また、トランジスタで消費される電力PCは、
 PC = VCE × IC  ・・・(12)

ここで、
 VCE = VCC - VRE
   = VREmax + VCE(sat) - ( VO + VREbias )
     1
   = ----- ( 1 - sin t ) VOp-p + VCE(sat)  ・・・(13)
     2
 IC = IO + IRE
     VO   VO + VREbias
   = ----- + ------------
     RL     RE
     VO   VO + VREbias
   = ----- + ------------
     RL   k × RL
      k + 1
   = -------------- VOp-p ( sin t + 1 )  ・・・(13)
     2 × k × RL

より、
      k + 1
 PC = -------------- VOp-p^2 ( 1 + cos 2t )
    8 × k × RL
        k + 1
     + -------------- VOp-p × VCE(sat) ( sin t + 1 )  ・・・(14)
       2 × k × RL

これを平均してPC(AVE)とすると、sinとcosの項は消えるので、
        k + 1
 PC(AVE) = -------------- VOp-p^2
      8 × k × RL
        k + 1
     + -------------- VOp-p × VCE(sat)  ・・・(14)
       2 × k × RL

最後に、全消費電力Paは、
 Pa = VCC × IC
     k + 2
   = ( ------- VOp-p + VCE(sat) )
      2
         k + 1
     × -------------- VOp-p ( sin t + 1 )  ・・・(15)
       2 × k × RL

これを平均してPa(AVE)とすると、sinとcosの項は消えるので、
       k + 2
 Pa(AVE) = ( ------- VOp-p + VCE(sat) )
        2
         k + 1
     × -------------- VOp-p  ・・・(16)
       2 × k × RL

ここで、電力負荷効率ηは、
 η = PO(AVE) ÷ Pa(AVE)  ・・・(17)

ですが、まともに計算すると非常に面倒なので、VOp-pとRL、VCE(sat)をパラメータにしてηが最大になるkを、プログラムを組んで解析したところ、RLには依存せず、
        VCE(sat)
 k = { 2 × ( -------- + 1 ) }^0.5  ・・・(18)
         VOp-p

に非常によく近似したので、これを解としました。
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平ラグ板アンプを缶詰にする

先日作った平ラグ板アンプはコンデンサが大きすぎたので、小さいもので再度作り直してみました。

部品表
品名メーカー型番単価数量小計販売店
NPN小信号トランジスタ東芝2SC1815(Y)30円260円千本2
炭素皮膜抵抗(不明)1/4W 51Ω1円※22円秋月
炭素皮膜抵抗(不明)1/4W 470Ω1円※22円秋月
炭素皮膜抵抗(不明)1/4W 680Ω1円※22円秋月
電解コンデンサ東信工業1CUTSJ470M
10V47μF
50円2100円千本B
電解コンデンサ東信工業1CUTSJ331M
16V330​μF​
60円2120円千本B
3.5mmステレオプラグ(不明)(不明)80円180円千2二
3.5mmステレオジャック(不明)(不明)70円170円千2二
平ラグ板サトーパーツL-3522 8P180円1180円千本一
シリコンゴム被覆銅線小柳出RSCB 0.2sq赤84円1m84円小柳出
シリコンゴム被覆銅線小柳出RSCB 0.2sq白84円1m84円小柳出
シリコンゴム被覆銅線小柳出RSCB 0.2sq黒84円1m84円小柳出
合計868円
販売店の凡例
千本一:千石電商本店一階、千本二:千石電商本店二階、
千本B:千石電商本店地階、千2二:千石電商2号店二階、
秋月:秋月電子通商秋葉原店、小柳出:小柳出電気商会

なんと、前回のアンプと部品代が同じになりました。
結構小さくできたので「ALTOIDS」というキャンディの入っていた缶に納めてみました。この缶はたばこのパッケージ程度の缶です。電池で駆動させるので電池ケース(表外:80円)と電池も一緒に収めましたが、難なく収まりました。
1-KIMG0103.jpg
缶に穴を開けて入出力をできるようにすれば、持ち運びも便利になりますね。
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プロフィール

@ぽっけ

Author:@ぽっけ
底辺Makerを自負する@ぽっけが日々製作している「初歩の電子工作」の記録です。
自分で「あっ、あれ欲しい!」と思ったものを猪突猛進、地で製作しています。

★略歴

電子工作は中学のとき、授業でやるよりも早く自分で始めました。・・・といっても小遣いも少なく技術も未熟だったので、ラジオを作るのさえもやっとでした。

高校・大学でも工作を続け、大学在学中にようやくトランジスタ回路の基礎が理解できるようになってきました。

大学卒業後はメーカーに就職し設計職で忙しい毎日を過ごす中で工作からは遠ざかっていましたが、事務職に配転となり時間に余裕ができてまた工作を始めました。そんな中で2011年のCP+(カメラショー)併設展の「Business Meets」に出展していたテキサス・インスツルメンツのブースで「MSP430 Launchpad」に出会ってから、マイコンを使った電子工作を始めました。

また、鉛フリーはんだに興味を持って、10数種類のはんだをリールで購入。個人で使うには約1200年分の在庫を持つという暴挙を成し遂げ(?)ました。

★イベント出展実績
●Make: Tokyo Meeting 07
●Make: Ogaki Meeting 2012
●Maker Faire Tokyo 2012
●ニコニコ超会議「作ってみタワー ワークショッププロジェクト」
●NT金沢2013
●Maker Faire Tokyo 2013
●ポタアン自作er展示会 atポタ研2014冬
○NT金沢2014(予定)

☆TwitterID:
  @pokke_yamada

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