はじめに
製作の理由
現在私は、RaspberryPi用のオーディオDACを製作しています。しかし、DAC単体では音量の調節ができず、試聴の勝手が悪かったため音量調節を可能とする簡易的なアンプを作りたいと思っていました。このような背景から自作アンプ基板を製作しました。
裏の理由
DACの製作頓挫してるし、この辺で代替品作って誤魔化したかった。- 手軽に作れるキットを作ってみたかった。
- 大学で、新入生を電子工作沼に誘いたかった。
基板の名称は「PolarisAmp_v1.0」です！
要求仕様
自作アンプを製作する上で、その仕様について考えてみました。
- 安価に作ることが出来ること。（原価：2000円以内）
- 電子工作初学者が組み立てやすい構造にすること。
- RCAジャック、3.5mmジャックを備え、拡張性を高くすること。
- OPアンプの取り替えで、音質の違いを楽しめるものにすること。
- 電子工作初学者が十分に楽しめるものであること。
回路設計
電源
レールスプリッタを用いて、角形電池の9Vを±4.5Vにします。
レールスプリッタには、トランジスタを４つ使用したカレントミラー回路を使用します。
OPアンプ
内部に２チャンネルあるOPアンプを利用し、各チャンネルで右、左それぞれの音声を増幅します。
チャンネル間のクロストークを気にする人は、片チャンネルをボルテージフォロアで潰して２石使うそうですが、今回は「安価に作れること」「設計の簡易化」を条件としているので、１石で設計します。
基板設計
KiCadを使って設計しました。
適当にルーティングして、基板の外形を決めます。外形サイズは名刺よりも若干小さめのサイズに抑えました。
いざ基板発注
業者選び
今回はPCBWayを利用しました。理由としては、基板見積もり画面が日本語に対応していたこと、納期が見積もり入力段階ではっきりしていたことです。
初回にもらえる5ドルの割引券も嬉しい….
これは発注後に知ったことですが、PCBWayのカスタマーサイトから、基板の製造状況を確認することが出来ます。
PCBWayから基板が届く
想像以上に早く基板が到着しました。まさか発注して一週間以内に届いてしまうとは…
シルクスクリーンの噂
PCBWayで発注した基板のシルクは「文字が潰れる」と噂に聞いていたのでビクビクしていましたが、杞憂でした。
ロゴマークを含め、綺麗にシルク印刷されていました。
また、工場内での基板の管理ナンバーが、組み立てた時に目立たない場所（OPアンプの下）に印刷されており、個人的には満足な出来でした。
こういう気配りされると、次もここに発注したいと思っちゃいますね。
組み立て＆試聴
組み立てました。ここ最近は表面実装の部品ばかりハンダ付けしていたので、久々のリード線付き部品のハンダ付けでした。初心に帰りますね。
それでは実際にヘッドホンを繋いで音を出していきます。
設計のバグ、見つかる
入出力共に3.5mmジャックを使用してアンプのテストを行ったところ、出力される音が明らかにおかしい….増幅されていることに間違いはないのですが、うまく動作していないことは確かな音が出ていました。
まさかのアサインミス
今回、3.5mmイヤホンジャックに「MJ8435」を採用したのですが、ピンアサインをミスしていました。
初歩的なミスなだけに凹んでしまいました……
v2.0製作に向けて修正＆改善
3.5mmジャックのアサイン修正
3.5mmジャックのアサインミスを修正しました。
| ピン番号 | 割り当て |
|---|---|
| ① | 左音声 |
| ② | 右音声 |
| ③ | GND |
ボリュームの回す向き修正
ボリュームの回す向きを全く考慮せずに設計していたため、通常の機器では右回しで音量上昇するのに対して逆になっていました。
トランジスタのフットプリント変更
トランジスタのフットプリントが、トランジスタの足を曲げずにハンダ付けするタイプで、組み立て時にハンダ付けに慣れていない初学者にやさしくないと判断しました。そこで、トランジスタの足を曲げて仮止めすることができるフットプリントに変更しました。
またこれにより、トランジスタの足同士がハンダ付けでショートする可能性を低く出来ました。
RCAジャックの間隔修正
RCAジャックの間隔が狭く、RCAプラグがものによっては干渉することがわかりました。そこで、干渉を防ぐために可能な範囲でRCAジャック同士の間隔を広げました。
シルクの修正
組み立て前の基板と、組み立て後のシルクの見え方を確認し、シルクの配置を修正しました。
まとめ
一応試聴はできた。
3.5mmジャックはアサインミスで使用できませんでしたが、RCAジャックは生きていたため、RCA変換ケーブルを使用して普通にアンプとして使うことができました。
「拡張性を高くする」という仕様が図らずも機能した結果ですね（）
電子工作は楽しい！
自分が設計したモノが動いたときの快感は素晴らしいものです！自分が設計した基板が届いた時、基板を組み立てている時、ちゃんと設計通り動くかというドキドキ感！すべてが楽しく感じました。熱中する人が居るのも頷けます。
修正基板を発注してみた！
今回制作したv1.0の基板の修正を行い、FusionPCBで量産してみました。
基本的にはFusionPCB使った感想の記事ですが、興味があれば是非。
キットの販売
今回設計した簡易アンプですが、基板の販売をする計画があります。まだ計画中という形ではありますが、修正基板を発注し、販売が決定したらTwitter(@polaris581)でお知らせします。よろしくお願いします！
下記リンクのBOOTHより販売しております！価格は送料込みとなっております！
https://mechatroman.booth.pm/items/3563806
BOOTHにて販売中！よろしくおねがいします！
後編
後編の記事を公開しました。
今回発覚した修正点や、部品の定数を変更しました。
