30ドル以下のための独自のヘッドフォンアンプを構築–Kuosch NS-01

30ドル以下のための独自のヘッドフォンアンプを構築–Kuosch NS-01

50ドル以下のための午後に高性能アンプを組み立てるためのステップバイステップガイド。

NS-01とは何ですか？

NS-01は小型のDIYヘッドフォンアンプです。 それは心のサイズそして性能と設計されていたので、それは最も簡単な可能なプロジェクトではない。 ここに提示されたバージョンは、90ボルトRMSで7mAを出力し、低インピーダンスのヘッドフォンでも動作できるはずです。

物理的なサイズを小さく保つために、ボードは表面実装部品を使用して設計されています。 これらはかなり小さいので、部品を誤って失わないように注意する必要がありますが、アセンブリ自体は比較的簡単でなければなりません。 簡単にするために、部品数は最小限に抑えられています。 たとえば、デフォルト設定では、2つの異なる抵抗値のみが使用されます。

アンプ自体は二段で構成されています:

1. は電圧増幅段、
2. はバッファ段。

同じデバイスが電圧と電流の増幅の両方に対処する必要がないため、この2段階のアプローチは理論的に歪み性能を改善する必要があります。 残りの回路は電源を構成します。 その後の改訂では小さな変更が生じる可能性がありますが、全体的な構造は同じままである必要があります。

smt/SMDがどのように使用するのが難しいかについて愛好家のコミュニティの間で多くの話がありますが、私の個人的な経験では、SMTは実際にはスルー 最大の障害は、コンポーネントのサイズですが、それは虫眼鏡や顕微鏡を使用するだけで助けることができます。 物事を簡単に保つために、NS-01の最小の部品は0805サイズ、つまり2.0×1.2mmです。

はんだ付けの方法

SMD部品をはんだ付けする方法はたくさんあります。 いくつかは簡単に行うことができますが、特殊な機器が必要な場合があります。 これらのほとんどは、本質的に溶融はんだが流れるのを助ける小さなはんだボールとフラックスで作られた粘着性のあるペーストであるはんだペー

リフローオーブン

変換されたトースターから大規模な産業システムまで、これらははんだペーストが溶け、表面張力が部品を所定の位置に引っ張るまで板を加熱する。 ボードは、はんだ接合部が脆くなるのを防ぐために制御された方法で冷却されます。

ホットプレート/フライパン

基本的にはリフローオーブンの貧しい男のバージョン。 回路基板は、はんだを溶融して部品をリフローするのに十分な温度になるまで、下から加熱されます。 ボードの冷却は制御が困難です。 ガラス繊維材料の回路基板が良好な断熱材で作られているという事実は、この方法も非効率的である。 最初の加熱期間はかなり長く、何も起こらず、突然すべてが一度に起こります。

Hot air reflow station

は、部品を加熱し、はんだペーストを溶融するために熱風を吹きます。 熱風ステーションは、オーブンとは異なり、小さな領域に熱を集中させることができるので、小さな修正が必要なときに優れていますが、鉄とは異なり、一度に全成分を加熱することができます。 残念なことに、気流は小さな部品を動かすことができるので、注意が必要です。

昔ながらのやり方。 かなりの結果を生成するためのより多くの努力を取ります。 固体はんだを使用することができる唯一の方法。 安価な鉄でさえ十分ですが、それが温度制御されていることを確認してください。

オーブンとホットプレートの方法では、加熱する前にすべての部品を最初に置きます。 熱気方法によって、部品の小さいグループの仕事、およびはんだごてによって、働く部屋があるように少数の部品だけ一度に置きなさい。

部品を配置するには、PCB上の各パッドにはんだペーストの小さな塊を置き、ピンセットで部品を所定の位置に置きます。 部品のサイズによっては、鉄ではんだ付けするときに部品を静かに押したままにすることをお勧めします。

このガイドでは、はんだごてとはんだペーストを使用します。 部分的には、「難しい方法」がどのように行われているかを示したいのですが、主にこれらのツールが私が簡単にアクセスできるものであるためです。

独自のヘッドフォンアンプを構築するためのガイド

• 必要なもの
• はんだ付けの順序
• ステップ1：USBコネクタ
• ステップ2：ゲイン段
• ステップ3：バッファ段
• ステップ4：電源
• ステップ4：電源
• ステップ5：電源
• ステップ6：電源
• ステップ7：電源
• ステップ8：電源
• ステップ9：電源
• ステップ5:

あなたが必要とするものをクリーンアップ

ここでは、ビルドに必要なツールと部品の短いリストです。 多くの選択肢といくつかのサプライヤーがありますので、提案としてのみ次のリストを取ってください。 あなたがより多くの電子機器を構築することを計画していない場合は、ツールを借りるか、makerspaceを訪問することを検討する価値があります。

• それが温度制御されている限り、あなたは大丈夫です。 私は私の20歳のウェラーを使用していますが、TS100は良いレビューを得ています。
• 私はこのChipQuick製品を使用しましたが、他のブランドも同様に動作します。
• それが抵抗と電圧を測定できる限り、あなたは大丈夫です。 例えば、ANENGはまともな安価なモデルを持っています。
• ピンセット（非磁性）。 あなたの好みに応じてまっすぐまたは湾曲しています。
• 検査用ルーペまたは顕微鏡
• アルコールを擦る

コンポーネント

以下は、推奨される電子部品のリストです。 そこにいくつかの代理店がありますが、明確にするために、私は一つだけにリンクを追加しました。 また、抵抗器やコンデンサなどの場合には。 価値および包装のマッチ限り別のプロダクトとそれらを取り替えることは可能です。 時には代理店は、特定の項目に在庫が不足しているので、時には代替案を見つけることが推奨されます。

上記の量は、完成したアンプに入力された成分であることに注意してください。 時々間違いが起こるので、余分なコンポーネントまたは二つを購入するのが賢明かもしれません。 複数の地域のためにディストリビューターはまたあなたの順序が十分に大きければ自由な船積みを提供します、従ってあなたがあなたの順序をパッドに使用できるほしい何でも持っているかどうか点検して下さい。 私は多くの場合、異なる色のLedと様々なオーディオコネクタを購入します。

はんだ付けの順序

SMDアセンブリとスルーホールアセンブリでは、部品が最もはんだ付けされる順序が大きく異なります。 従来、集積回路ははんだ付けする最後の部品でしたが、表面実装では、Icは最初に実装する部品の一部でなければなりません。 これは、Icは他のほとんどの部品よりも平坦で幅が広い傾向があるため、最初に実装する方が簡単であるためです。

ステップ1:USBコネクタ

NS-01は、電源入力にマイクロUSBコネクタを使用しています。 コネクタはビルドの中で最も難しい部分なので、開始するのに適した場所です。 私はパッドの上にはんだペーストの小さなビットを配置するか、はんだワイヤを使用している場合は、できるだけ少ないはんだでパッドを事前に錫。

コネクタがはんだ付けされたら、マルチメータで電源ピン間の短絡をチェックします。 スイッチSW1の中央ピン間に短絡がない場合は、すべてが良好であり、ビルドを続行できます。 ピンが一緒に短絡されている場合は、はんだ付けを確認して再度測定してください。 最悪の場合は、コネクタを取り外して再度はんだ付けします。

ステップ2：ゲインステージ

電源コネクタが安全に取り付けられた後、私はゲインステージから始めます。

ゲインステージは入力信号を取り込み、それを増幅してオーディオ信号の電圧レベルを増加させます。 言い換えると、この段は信号にゲインを適用します。 また、無線周波数などのシステムを妨害する可能性のある信号からノイズを除去するために、いくつかのフィルタリングを実行します。 増幅は、実際には1つのパッケージに2つのオペアンプであるOPA1656によって実行され、そのうちの1つは左チャンネルに使用され、もう1つは右チャンネルに使用されます。

まず、オペアンプ（オペアンプ）を配置し、向きが正しいことを確認します。 Icの場合、ドラッグはんだ付けと呼ばれる方法を使用するのが最も簡単な場合がありますが、これらのオペアンプの場合、ピンピッチは十分に大きく、一度に1つのピンをはんだ付けするのは簡単です。 私はピンセットでICを静かに保持し、コーナーピンのいずれかを選択し、それをはんだ付けします。 それから私は反対側の角をはんだ付けし、残りの脚をはんだ付けします。

先に進む前に、ピンのいずれも短絡されていないことを確認することは決して悪い考えではありません。 あまりにも多くのはんだペーストを使用した場合、部品の下に流れている可能性があり、問題が発生する可能性があります。

次にデカップリングコンデンサを追加します。 これらは100nf0805コンデンサなので、紛失しないように注意してください。 これらのコンデンサは、オペアンプの電源を滑らかにし、突然の需要の場合にはエネルギーリザーバとして機能するのに役立ちます。 それらがなければ、オペアンプが発振し始める危険性が高くなります。

次は抵抗です。 これらはすべて10kOhm0805抵抗です。 その後、1µ fの1206サイズのコンデンサにはんだ付けし、その後に68pfのコンデンサを4個付けます。

68pfコンデンサは、信号入力とフィードバックループ内の他のチャネルごとに二つの異なるローパスフィルタを形成します。 入力フィルタは高周波ノイズがアンプに入るのを防ぎ、帰還フィルタはアンプの帯域幅を制限してシステム全体のノイズを低減します。

フィードバックフィルタのコーナー周波数（フィルタが信号レベルを-3dBにする周波数）は約230kHzです。 コンデンサの値を上げることで低く調整することができますが、他のフィルタと同じ部品を使用したかったので、アンプが”ハイエンドをロールオフ”しているという苦情は聞きたくありませんでした。

1µ fコンデンサは各チャンネル入力にハイパスフィルタを形成し、入力信号のDCバイアスを遮断し、亜音速のゴロゴロを低減します。 このハイパスフィルタのコーナー周波数は16Hzです。

次に10kOhmの抵抗を取り付け、その後に1µ fのコンデンサを取り付けます。 抵抗は帰還ループを形成し、コンデンサはハイパスフィルタを作成し、DCでのアンプ利得をユニティに減少させます。 このフィルターにまた16のHzのコーナーの頻度がある。

アンプのゲインは、左チャンネルのR3とR5の比、右チャンネルのR4とR6の比によって決まります。 これらの抵抗はすべて等しい値であるため、アンプのゲインは2、つまり+6dBになります。 抵抗の比を所望のゲインに調整することは可能ですが、最大増幅信号を10ボルトの動作電圧以下に保つように注意する必要があります。

私の使用のために、6dBは現代のソースで十分なゲイン以上ですが、あなたのニーズは異なるかもしれません。 ゲインの調整はこれらすべてのフィルタのコーナー周波数にも影響するため、コンデンサ値の調整が必要になる場合があることに注意してください。

ステップ3: Buffer stage

buffer stageはgain stageから増幅された信号を受け取り、ヘッドフォンに送ります。 本質的には、利得が1のアンプです。 したがって、電圧利得は提供されませんが、電流利得は提供できます。 これは、特に低インピーダンスのヘッドフォンを使用する場合に重要になります。

各チャンネルには、2つの並列オペアンプ（チャンネルごとにフルICパッケージ）を備えた独自のバッファステージがあります。 並列オペアンプは、アンプが単一のオペアンプよりも多くの電流をヘッドフォンに供給できることを意味します。

セクションが同じなので、同時に組み立てるのは簡単です

もう一度Icから始めます。

次の行はコンデンサです。 これらはDCブロッカとして機能し、電圧利得段が生成した可能性のあるバイアスを除去します。 これらは、ゲイン段階と機能的に同じです。 これらはゼロオームのリンクに置き換えることもできますが、これは入力オペアンプに大きなバイアスが導入されないことがかなり確実な場合に

次は100nfオペアンプのデカップリングキャップであり、その後にバッファアンプのグラウンドパスを提供する抵抗が続きます。

バッファ段の最終部品は1オームの出力抵抗です。 これらは、バッファ段の小さな差のバランスをとるのに役立ち、オペアンプが互いに駆動しようとしていないことを保証します。

ステップ4：電源

信号経路の準備ができたら、電源セクションに取り組む時間です。 私はインジケータLEDから始めます、そしてそれは抵抗を制限しています。 私の経験では、20mAの公称電流は通常、Ledをすべて明るすぎます。 アイデアは、部屋を明るくするのではなく、デバイスがオンになっていることを示すことです。

R15は10kOhmで、これはかなり高い値ですが、LEDは-10V電源レールに接続されているため、電流の流れは約1mAに制限され、これで十分です。 R15の値が低いと、LEDが明るくなります。 1kOhmの上の何でもよく働くべきである。 または、指示が必要ない場合は、D1とR15を完全に未実装のままにすることができます。

インジケータの後に、電源コンデンサを装着します。 これらの2.2µ fコンデンサはエネルギー貯蔵所として働き、電圧調整の馬小屋を保ちます。

今度は、低ドロップアウトのリニア電圧レギュレータ(Ldo)を配置します。 私は正のレールレギュレータから始め、負の電圧の対応物でそれに続いています。 これらはピン配置が異なる異なるコンポーネントなので、交換しないように注意してください。

次に、三つのデカップリング/パワーフィルタリングコンデンサが登場します。 これらの1μ fキャップをはんだ付けすることは、今では日常的であるべきです。

パッドにはんだペーストを入れすぎてLDOにショートを引き起こすのは非常に簡単ですので、マルチメータで確認してください。 私はその間違いを犯し、Ldoの1つを交換しなければなりませんでした。 彼らは物事を修正しようとしている間に壊れやすいので、幸いにも私は、予備の部品を購入していました。

私はその大きなサイズのために後でDC/DCコンバータを残し、代わりに最初に部品の残りの部分をはんだ付けします。

四つのフットプリントのラインの最も内側の部品から始めて、インダクタを配置してはんだ付けします。 これは入って来る流れをろ過し、電源から騒音を取除く。 次に、4.7μ fのコンデンサを取り付けます。 最後に、私は1nfコンデンサにはんだ付けします。 これらの4つの部品は、DC/DCコンバータEMIフィルタリングの一部です。

今度はコンバータをはんだ付けする時間です。 パッケージは残りの部分よりも高いですが、パッドをはんだ付けするための正しい角度を見つけることは難しくありません。

コンバータの後、入出力端子をはんだ付けします。 部品を購入するとき、この回路で使用されているスイッチのないタイプ（SJ-3523-SMT-TR）が在庫切れだったので、スイッチ付きモデル（SJ-3524-SMT-TR）を使用し、余分な脚をペンチで曲げたので、他の部品に触れないようにした。

電源スイッチ

最後は電源スイッチです。 これは、貫通穴部分であり、脚が取り付け後にボードが揺れる可能性があるため、最後に置くのが最善です（表面によっては）。 デバイスを常にオンにしたい場合は、接続を永久に配線できます。 両方の列の中央のパッドをusbコネクタに最も近いパッドに接続します。 入力ジャック側のパッドは接続されておらず、無視することができます。

ステップ5: 清掃

すべてを半田付けしたら、今度は基板を清掃します。 私はイソプロパノールと柔らかいブラシまたは綿棒を使用して、ボードからフラックスとはんだペースト残渣を除去します。 変性アルコールはイソプロパノールの代替品としても機能しますが、使用するのはそれほど素敵ではなく、ボードに残渣を残す可能性があります。 アセトンを使用しないで下さいまたは他の溶媒、それらは部品を損なうかもしれません。

次に、マルチメータを使用して、電源レール間に短絡がないことを確認します。 これを行う簡単な方法は、コンデンサC1、C6、C9、C22、C23、C24、およびC26の抵抗を測定することです。 コンデンサの作用により、メーターは測定中に抵抗が変化することを示しますが、コンデンサが充電されるにつれて値が上昇する）約半分メガオームよりも

入力と出力の両方について、左右のチャンネル間、および各チャンネルとグランド間の抵抗も測定します。 これらはすべて開回路として読み取られるか、少なくとも高い抵抗を有するべきである。

回路に短絡がない状態で、USBケーブルを差し込んでスイッチをオンにしました。 表示器LEDはつきました。 私はすべての電圧をチェックするためにマルチメータを使用し、すべてがokでした。 VCCは+10とVEE-10で、各ICのピン4と8の間に20ボルトでなければなりません。