チャンネルデバイダ製作2(製作編9)

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製作編9

基板2のLowブロックの動作確認から再開します。

Lowブロック動作確認

バッファアンプ用オペアンプMUSES01を実装します。他と同様にソケットに挿した上で基板実装しました。

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最初にバッファアンプの出力オフセット電圧を確認します。-2.2/-0.8mVで問題ありませんでした。次にLPFアクティブフィルタ用オペアンプを実装します。オペアンプはMUSES8920です。トータルの出力オフセット電圧は-2.1/-0.4mVで問題ありません。続いて正弦波応答を確認します。波形はColdチャンネル700Hz時の正弦波応答です。

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減衰量は約9.1dBで遅延量は0.467mS(117°)です。カットオフはもう少し低い周波数と考えられます。10Hzから1MHzまで波形応答を確認してグラフ化しました。下図はLowブロックColdチャンネルの周波数特性です。

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減衰域は-55dBまで確認できています。同様にHotチャンネルも確認してグラフ化しました。

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Hot/Coldチャンネルともに同等の特性の確認ができました。

Highブロック動作確認

Lowブロックと同様にバッファアンプ用にMUSES01を実装します。出力オフセット電圧は0.1/-2.5mVでした。次にHPFアクティブフィルタ用にMUSES8920を実装します。Highブロックトータルの出力オフセット電圧は、-0.5/0.2mVで問題ありません。続いて他ブロックと同様に正弦波応答を確認します。波形はColdチャンネル7KHz時波形応答です。

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減衰量は約6.6dBで、遅延量は30uS(76°)でした。Hot/Coldチャンネルともに10Hzから1MHzまで波形応答を確認して結果をグラフ化しました。

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基板1の結果も同じですが、低域の減衰量約47dBと、他のブロックに比べて測定限界が下がりません。原因はノイズレベルの違いです。実用時に影響がでるかは不明です。

総合特性

基板2のいままで測定したLow/Mid/Highブロックの特性をまとめてみます。

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特徴的な点は、Midブロックの2~3KHzで減衰量が下がりますが、0dBまで下がっていません。基板1も同様の特性です。先ほども書きましたが、Highブロックの低域の減衰量がノイズの影響で下がりません。Midブロックとの違いはどこからきているのでしょうか?クロスオーバー周波数は、700Hz弱と約7KHzとなっていて基板1とほぼ同等でした。これでアクティブフィルター基板2枚が完成しました。

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ケースその後

設計編3にて、従来使用してきたケースは販売終了となり、従来とは別のケースを選択して、リアパネルの加工図を作成した事を紹介しました。

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作成したリアパネルの加工図をDXF変換して、タカチ電機のHPからカスタム加工の見積もり依頼をしました。

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見積もり申し込み用フォームに必要事項を記載して、準備したDXFファイルを添付します。また、今回の取引で使用する代理店を記載します。私の場合は部品購入の実績があるマルツオンライン様を指定させていただいています。今後の必要なやりとりは全てマルツオンライン様と行います。この見積もり依頼を1/15に送信したところ、1/18に見積もりを入手しました。価格は22,588円です。指定のケースOS88-32-33SSの標準価格が11,620円なので加工費は10,968円ということになります。価格はこんなものかと思いましたが、問題は納期です。下記が見積書のコメントです。

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カスタムサービスは、穴加工だけであれば、受注後5日目発送を唱っていますが、選択したケースの部品の一部か欠品しているため、最短納期が3月上旬との事でした。他に選択肢がないため、記事を途中で中断する覚悟の上、発注しました。やれやれ。次回は電源基板の実装を行います。

 

つづく(制作編10)

チャンネルデバイダ製作2(製作編8)

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製作編8

基板2の実装が完了したので、通電確認から再開します。

基板2通電確認

基板1の記事では触れませんでしたが、CRの実装後にも通電確認を行いました。方法は、CR実装前と同様に電源端子台から+/-12Vを供給して、各オペアンプのソケットの端子電圧の確認をします。ユニバーサル電源の過電流保護は100mAに設定しています。

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Midブロックのバッファアンプ用オペアンプソケットの端子から確認していきます。アクティブフィルタのCRを実装した事で、HPFアクティブフィルタ用のオペアンプソケットの端子電圧が変わります。参考に回路図を再掲載します。

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順調に確認が進みましたが、HighブロックHPF用オペアンプソケットの端子電圧が、CR実装前と変わりません。具体的には3pinと5pinが不定のままです。本来は3.9KΩでGNDに接続されるため、0Vとなるはずです。配線を確認したところ原因がすぐにわかりました。CR取り付け用ポストの一番端(写真下)の外側の端子が未接続で、GND配線を忘れていました。

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ご丁寧にHot/Coldともに配線を忘れていました。追加で配線します。

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他には問題なく確認は完了しました。下記が確認結果です。基板1に比べて基板2はミスが多く、まさに慣れによる注意不足が原因と考えられます。気を引き締めなければ。

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基板2動作確認

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ブロック単位でオペアンプを実装していき、その都度動作確認を行います。動作確認は正弦波を入力して、波形応答をポケットオシロで確認します。Midブロックのバッファから確認を行っていきます。MUSES01を付属のソケットに挿して基板ソケットに実装しました。

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この状態で電源オンして、出力オフセット電圧を確認します。0.1/-1.7mVで問題ありません。次にLPF用にMUSES8920を実装します。同様に出力オフセット電圧を確認しました。0.4/-1,8mVで問題ありません。この状態で正弦波応答確認を行います。入力電圧は2.0Vppです。現状でLPFとなり、高周波域で減衰するので、10倍(20dB)のプリアンプを使用して測定限界を広げます。

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Coldチャンネルから確認を行います。写真は7KHz時の正弦波応答波形です。

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減衰量は約6.4dBで位相差は38.3us(96°)です。設計どおりの応答です。10Hzから1MHzまで確認し、結果をグラフ化しました。

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測定限界は約-55dBで素直な特性となっています。同様にHotチャンネルも同様に波形応答を確認してグラフ化しました。

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HotチャンネルもColdチャンネルとほぼ同等の特性になっています。高周波の減衰域で、やや特性があばれていますが、測定誤差の可能性が高いです。続いてMidブロックのHPF用のオペアンプを実装します。

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Midブロックのトータルの出力オフセットは、0.1/-0.2mVと問題ありませんでした。Coldチャンネルから波形応答を確認していきます。波形は700Hz時応答波形です。

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減衰量は約5.4dBで、位相差は0.476ms(119°)となっていました。Cold/Hotともに波形応答を観測して結果をグラフ化しました。

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Hot/Coldともに素直な特性が確認できました。次回はLPFの動作確認から作業再開します。

 

つづく(制作編9)

チャンネルデバイダ製作2(製作編7)

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製作編7

基板2の実装が、アクティブフィルタCRを除いて終わったので通電確認から再開します。

基板2通電確認

確認方法は基板1と同様に、電源端子台から+/-12Vを供給して、オペアンプソケットの各端子電圧を確認します。ユニバーサル電源の過電流保護を念のため100mAに設定しました。

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Midブロックのバッファ用オペアンプソケットから確認します。開始早々、3pinが-12Vとなっていました。この端子は入力なので47kΩを介してGNDに接続されているので、本来は0Vとなるはずです。隣の端子がマイナス電源なのでハンダ不良の可能性が高いと考えられます。

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予想通り、4pinと接触していました。被覆電線で電源配線を行ったときにつないでしまったようです。こてを当て直して、修正して通電確認を続けます。その後順調に確認が進み、最後のHighブロックの確認で異常が見つかりました。バッファアンプとアクティブフィルタ用両方のオペアンプの4pinにマイナス電源がきていません。不定の状態なので配線が正しくされていません。配線をたどったところ「いもはんだ」が見つかりました。

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写真中央のハンダ部で、3本のジャンパを接続したうちの1本がいもハンダとなっていました。ここもハンダを当て直して修正しました。今回の通電確認で都合2件のミスが発見できました。たいした手間ではありませんが、確認実施してよかったと思います。下記が最終的な確認結果です。

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アクティブフィルタCR実装

MidブロックのLPFアクティブフィルタから行います。基板1実装時に参照した実装図を再掲載します。

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各ポストに所定のCRをハンダで取り付けていきます。コンデンサは、フィルムコンデンサを使用し、リードをフォーミングして取り付けます。

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CRを交互に取り付け、1つのオペアンプあたり8個取り付けると完了です。

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続いてMidブロックのHPF用CR取り付けです。CRの取り付け順番がLPFと反対となりますが、同様に8個のCRを取り付けます。

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次はLowブロックのLPF用CRの取り付けです。取り付けるCRの定数は、MidブロックのHPF用CRと同じですが、取り付ける順番が異なります。

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最後はHighブロックのHPF用CRの取り付けです。取り付けるCRの定数は、MidブロックのLPF用CRと同じですが、取り付ける順番が異なります。

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これで基板2の実装が完了しました。

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ハンダこて

昨年、学生時代に購入してずっと使ってきたgoodのこての電源コードが劣化してきて危ない感じになってきたので新調しました。特に使い勝手に問題なかったのでgoodのこてにしました。ここのところ記事に余裕がないので、こての余熱時間も無駄にしない手順で作業を開始したところ、段取りが終わりコテを取ったところ、まったく熱くなっていません。やれやれ。購入後それ程使っていないのにと思いつつ、作業再開できるように近所のビバホームで調達する事にしました。残念ながらgoodのコテはなく、白光のコテのみです。ややサイズが異なりますが、こて先は細く、作業には問題なさそうです。

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購入したものは、電子工作用のセラミックヒータ15Wのもので、こて先の形状によるところか、goodのものよりも使い勝手が良かったです。購入後に、アマゾンで購入すれば、400円(約25%)程安く買う事ができた事がわかりましたが、予備を買っておくべきか思案中です。

 

つづく(制作編8)

チャンネルデバイダ製作2(製作編6)

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製作編6

基板2のLowブロックの実装から再開します。

Lowブロック実装

最初はアクティブフィルタCR実装用のポストを取り付けます。数をこなし、こつがつかめているので実装は容易ですが、この油断がミスを招くので気を抜けません。

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続いてGNDラインを敷線します。敷線方法は基板1と合わせています。

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パスコンを実装しますが、バッファアンプは最初に入力抵抗47kΩを接続してからフィルムコンを実装しました。

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次に出力端子台への配線を行います。発振防止用のダンピング抵抗100Ωを介して端子台に接続します。

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次はバッファアンプとアクティブフィルタ間の配線をします。基板1と同様にジャンパ線を使用します。

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なかなか見た目をきれいに配線できません。最後は入力端子台とバッファアンプ間の配線です。ジャンパ線を駆使して被覆線を使わずに配線しました。

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Lowブロックの実装が終わったので、次はHighブロックの実装を行います。

Highブロック実装

Lowブロックと同様にアクティブフィルタCR取り付け用ポストから実装します。

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次にGND配線をしますが、Lowブロックのポストを迂回して配線します。美しくありませんが仕方ありません。敷線の位置を後の電源配線を考慮して基板1と一部変更しています。1目ずらす程度なので特性への影響はありません。

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続いてバッファアンプの入力抵抗とパスコンを取り付けます。0.47uFを使用していますが、各オペアンプに取り付けているため、各電源には、0.47uF x7個、電源出力にも同様に実装しているのでトータルで3.76uFの容量負荷が付いています。三端子レギュレータの負荷として問題ない範囲と判断しています。

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次に出力端子台配線を行います。発振防止のダンピング抵抗位置は他のブロックと合わせています。Highブロックの最後は、段間の配線と入力端子台配線です。

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きれいに配線できない原因の1つは、ジャンパのフォーミング位置のずれです。現物合わせでおこないますが、微妙なずれによって実装時にジャンパが弛んだり、長さがたりずに、フォーミング位置が持ち上がったりします。

電源ライン配線

電源ラインの配線は被覆電線を使うため、最後にまとめて行います。各ブロックのオペアンプを挟む形で、+12Vと-12Vの電源ラインを敷線します。

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続いて、上記で敷線したラインから各オペアンプの電源端子へ、被覆電線を使用して電源配線を行います。

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Midブロックの電源配線は素直にできます。

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Lowブロックの電源配線は、-12V電源ライン敷線を1本省略したため、Midブロック用の-12V電源配線と共用します。最後はHighブロックの電源配線です。

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これで電源配線は完了です。

Mid/Highブロックボリューム用端子台配線

基板2最後に残ったボリューム出力用端子台配線を行います。Lowブロック入力用端子台とパラレル接続します。Hot側は普通に配線しますが、Cold側は被覆電線を使用しました。

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これでアクティブフィルタのCRを除き、基板2の実装は完了です。次回は通電確認から再開します。

 

つづく(制作編7)

チャンネルデバイダ製作2(製作編5)

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製作編5

Highブロックの通電確認から再開します。

Highブロック通電確認

最初にバッファアンプ用のオペアンプを装着します。前回も紹介しましたが、MUSES01です。ソケットを装着した上で、基板に実装します。

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MUSES01を使い始めた最初の頃は、ソケットの影響を嫌ってそのまま実装していましたが、2回目以降の再装着にて端子を曲げてしまう確率が高く、壊してしまったらもともこもないので、今では添付のソケットを素直に使用する事にしています。

他ブロックと同様に出力オフセット電圧を確認します。-1.2/0.6mVで問題ありません。続いて、HPF用のオペアンプを実装します。MUSES8920ですが、MUSES01に比べて価格は圧倒的に安いですが、オペアンプ自体の性能が高いため、アクティブフィルタ用に選択しています。

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出力オフセット電圧は-0.1/-0.3mVでした。

Highブロック動作確認

他ブロックと同様に入出力波形比較を行います。写真は6KHzの測定時の波形で、出力レベルは0.8Vppで約-8dBの減衰量です。

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位相差は40uSで86.4°でした。これもほぼ設計値どおりでした。

Highブロック周波数特性測定

測定は低い周波数から上げていくため、最初にプリアンプを使用します。減衰量が低下してきたら、プリアンプ出力がクリップする前にダイレクト測定に切り替えます。結果は以下のとおりです。

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Hot/Coldともにほぼ同じできれいな特性です。

総合周波数特性

全チャンネルの周波数特性の測定が終わったので、3wayの結果を1つのグラフにしてみました。

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クロスオーバー周波数は設計値よりもやや高くLow-Mid間が、600Hz弱, Mid-High間が7kHz弱になっています。微調整は音を聴いてから行う事とします。

基板2実装開始

基板1の動作確認が完了したので、基板2の実装を行います。手順は基板1と同じですが、基板1をまねするだけなので気は楽です。最初に保護用のスタッドを基板の4角に取り付け、先に取り付ける大物部品を準備します。

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次に入出力用の端子台を取り付けます。3極の端子台を9個取り付けます。基板1と同じ位置に取り付けますが、同じ位置に間違えないように気を使いました。

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続いて、オペアンプ用のソケットを7個取り付けます。基板1と同じ位置に並べて仮止めします。

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次にMidブロックのアクティブフィルタCR取り付け用のポストを取り付けます。取り付け前にガイド用のモールドの先端部分をカットします。

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次は、GNDラインを引いてGND配線を行います。GNDラインの敷線も基板1を踏襲しています。

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GNDラインを引いたので、Midブロックの3つのオペアンプパスコンを実装します。基板1と同様に0.47uFのフィルムコンデンサを使用します。MidブロックのHPFも同様にCR実装用のポストを実装します。入力段のボルテージフォロワに入力抵抗47kΩを実装すればMidブロックの部品実装はほぼ完了です。

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最後にダンピング抵抗100Ωを介して出力端子台への接続および各段間の配線および、入力端子台とボルテージフォロワの配線をすればMidブロックの実装は完了です。

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次回はLow/Highブロックの実装を行います。

 

つづく(制作編6)

チャンネルデバイダ製作2(製作編4)

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製作編4

フィルタ基板の実装が完了したので、ブロック単位で通電&動作確認を行います。

Midブロック通電確認

通電前にオペアンプを装着します。今回購入したオペアンプはトータル14個で、総額24,840円になります。壊さぬように慎重に作業していきます。

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バッファアンプから順にオペアンプを装着して通電確認を行います。バッファアンプ用には、MUSES01を選択しました。MUSES01は無酸素銅フレームを採用しているため、端子の強度が弱いのでソケットが付属します。素直にソケットに装着した上で、基板のソケットにセットしました。

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出力オフセット電圧は-0.4/1.6mVで問題ありません。次はLPFです。オペアンプはMUSES8920です。このオペアンプは通常フレームなのでソケットは付属しません。そのまま装着します。

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同様に出力オフセット電圧を確認しました。バッファの出力電圧が加算されますが、0.2/3.2mVで問題ありません。この状態で周波数特性の測定をしておきます。

Mid_LPF周波数特性測定

2Vppの正弦波を入力し、出力波形をポケットオシロでモニタして伝達特性を測定します。久しぶりに発信器を引っ張り出しました。

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いつものとおり、10Hzから周波数を上げていきます。写真は1kHz時の入出力波形です。

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測定結果は以下のとおりです。

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6kHzの減衰量が約-4.8dBで、減衰特性は約-12dB/octとなっていてほぼ設計どおりです。但し、測定系のダイナミックレンジの関係からすぐに測定限界に達して、系本来の特性が見えません。そこで以前に作成した10倍(20dB)のプリアンプを減衰域で使う事にしました。

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改めて減衰域の特性の測定を行いました。結果は以下のとおりです。

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結果は、15dB以上測定限界が下がり、これで本来の特性がだいぶ見える結果となりました。注意点は、通過域で使用すると出力がクリップするので、減衰域でのみ使用する必要があります。結果を見ると、1MHzでも-55dB以上の減衰量を確保しているので、フィルタの特性としては問題ありません。

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写真は6KHzの入出力波形です。減衰量は約-4.9dBです。ほぼ設計どおりの特性となっています。

Mid HPFフィルタ通電確認

Mid HPFもMUSES8920を実装します。出力オフセット電圧は-0.9/1.9mVで問題ありません。初めに通過域でゲイン1倍を確認した上で、10Hzから確認をスタートします。減衰域なのでプリアンプを最初から使用します。結果は以下のとおりです。

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以上は、Coldチャンネル特性の測定結果ですが、Hotチャンネルも同様に測定をしました。Coldチャンネルと同等の特性となっています。

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Lowブロック動作確認

Midブロックと同様にボルテージフォロワとアクティブフィルタ用のオペアンプを実装します。それぞれの出力オフセット電圧は、-1.3/0.6mVと-1.2/0.3mVです。特に問題はありません。

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Lowチャンネル周波数特性の測定

Midチャンネル同様に周波数特性の測定をします。結果は以下のとおりです。

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Hot/Coldともに素直な特性です。カットオフ周波数500Hzの波形の確認を行いました。

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減衰量は、約-5.2dBでした。位相差は、0.517mSで-93°です。これもほぼ設計どおりです。ここまでほぼねらいどおりの特性の確認ができました。次回はHighブロックの通電確認から行います。

 

つづく(製作編5)

チャンネルデバイダ製作2(製作編3)

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製作編3

1枚目の基板のレベルバランスボリューム用端子台配線から再開します。

レベルバランスボリューム端子台配線

1枚目の基板の残りの配線は、入力信号を一旦基板で受けて、その信号をMidとHigh用のレベルバランス調整用に出力する端子台配線です。単純に配線するとGNDループができますが、端子台への配線は普通に行い、このループで問題が発生した場合は、配線側(電線)で対応することにします。Hot側の配線はジャンパ対応できましたが、Cold側は被覆電線を使わざるを得ませんでした。

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通電確認1

アクティブフィルタ用のCRを実装していませんが、基板配線が終わったこの状態で一旦通電確認を行います。確認の方法は、電源端子台から+/-12Vを供給し、オペアンプ用のソケットの各端子電圧確認を行います。合わせて段間および端子台への配線確認をテスタで行います。各オペアンプソケットは、アクティブフィルタのCRを取り付けていない為、電源以外ボルテージフォロワの入力抵抗くらいしか端子電圧を決める部品はありません。それでは確認を始めます。

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+/-12Vはユニバーサル電源から供給します。万が一を考えて過電流保護を100mAに設定しました。確認結果は以下のとおりです。

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ほとんどの端子が不定ですが、所定の状態を確認しました。続いて電源を切り、端子台および各オペアンプソケット間の接続確認を行います。テスタで抵抗値測定を行いましたが、微妙な数値は0Ωと見なします。

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出力段のオペアンプと出力端子台間のみ100Ωで、それ以外は0Ωと所定の状態の確認ができました。現状で出きる範囲で配線確認が終わりました。

アクティブフィルタCR取り付け

改めて最終回路図を掲載します。

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1つのフィルタ当たり、計4個のCRを取り付けます。回路図を見ながらの取り付けはミスをしそうなので、実装用の資料を作成しました。

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それぞれのポストに取り付けるCRの定数を記載しています。どのポストにもCとRを交互に取り付けますが、LPFとHPFでは順序が異なります。選定したコンデンサは誤差5%品のフィルムコンデンサーですが、写真のとおりフォーミングして取り付けました。

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それではMidブロックから取り付けていきます。抵抗は、適当な長さでリードの片側をカットし、それをポストにハンダ付けし、続いて反対側をハンダして余分なリードをカットします。ポストのモールドは熱に弱い為、手早くハンダします。コンデンサも上記でフォーミングしたものの片側のリードをカットし、それをポストにハンダ付けし、続いて反対側をハンダして余分なリードをカットします。この作業を延々繰り返します。

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続いて、LowブロックのアクティブフィルタCRを取り付けます。シャーシ実装時にレベルバランス調整用のボーリュームとのクリアランスが気になる為、スチコンは実装後に倒して背が低くできるように配慮しました。

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最後はHighブロックです。前回の製作までは、CR取り付け用のポストは2pinを選択し、基板実装は2個のポストを1穴開けて行いましたが、4pinを使ってもCRの取り付けは窮屈ではなかった為、ポスト自体の取り付けを考えると、4pinの選択の方が格段に良かったとおもいます。

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CR実装に当たり、コンデンサは必要部品をほぼ必要な数分購入しましたが、抵抗は100本単位で購入しました。現状、普通の製作であれば、ほぼ在庫対応できますが、今回はカットオフ実現の為、普段使用しない定数が必要となり、新たに3.9k, 5.6k, 6.8kを在庫する事になりました。これで基板1の実装完了です。次回は通電確認2を行います。

ps.週末に本当に久し振りにカゼにつかまってしまいました。上記の作業は比較的具合の良い合間に行い、なんとか記事分の作業をこなす事ができましたが、先週まで持っていた1回の記事分の余裕を吐き出してしまいました。とほほ・・・。

 

つづく(製作編4)