2012/10/28(日)トランジスタ式簡易レギュレーター

3端子レギュレーターで除去しきれない商用電源ノイズ(50Hz/60Hz)を除去するため、トランジスタで簡易レギュレーター回路を製作しました。

ことの発端

以前から書いてるとおり箱まで作りこんでるため、TPA3110D2アンプに少し負けるけどTPA1517 スピーカーアンプの製作を愛着を持って使い込んでいますが、このアンプちょっと気になることがあります。

  • 電源はトランス式ACアダプタ(SBD改造済)
  • 消費電力がそれなりにあること(100~200mA)

という状況なのですが、電源をonにすると商用電源ノイズ特有のジー音がスピーカーから漏れてしまいます。音を再生してないときにこれが結構気になってしょうがない。

このとき3端子レギュレーター手前をオシロスコープで見てみるとこんな感じです。

tr-reg_before.png

10mVppぐらいの100Hzのノイズです。これが原因であることは明らか。*1

*1 : 3端子レギュレーター通過後はオシロでは観測できませんが、除去しきれず残ってるのでしょう。

トランジスタ式レギュレーター回路

3端子レギュレーターをもう1つ追加すれば良いのですが、電源電圧は固定されていない状況ですし、あまり中途半端に電圧を下げて3端子レギュレーターがドロップ電圧不足で性能を発揮しきれなくなったら元も子もありません。

ですので、100Hz程度のノイズ除去を目的として、電源から一定電圧をドロップさせるレギュレーター回路を作りました。

tr-reg.png

入力電圧のピークを平滑してC3に充電します。C3の電圧は入力電圧より0.2Vぐらい低い電圧になります。トランジスタQ1はC3の電圧を基準として、そこからVbe(0.7V)低い電圧を出力します。回路全体としては、入力から約1V低い電圧を安定化して出力するようになります。

100mA~最大1Aぐらいの出力を想定した回路です。電流が変わる場合はトランジスタの容量やhFEの選択、R1の値を変更する必要があります。

メモ 2014/09/19

LTspiceでシミュレーションした感じでは、大きなコンデンサを載せるスペースがないとき、C1の容量を削るのが一番影響が少なそうです。

部品の選択と製作

最大入力電圧16Vを想定した部品選定です。電圧によってコンデンサの耐圧などを変更してください。

部品番号部品使用部品補足
Q1電力用NPNトランジスタ2SC47931A以上流せてPoが高め
D1ショットキーバリアダイオード-100mAぐらい流せれば十分
R1カーボン抵抗。220Ω220Ω 1/4W値は適当に。
C1,C2OS-CON SEPC 16V/470uF16SEPC470M適当に。
C3OS-CON SEPC 16V/100uF16SEPC100MWOS-CON等推奨
以下、回路図からは省略
FB1電力用フェライトビーズMI1206K601R-103216サイズ/1.5A
FB2フェライトビーズMMZ2012R102A2012サイズ/500mA
L1チップコイル 100uH/40mA/4.5ΩGLCR2012T101M-HC2012サイズ
CxPSチップフィルム 0.1uFECP-U1C104MA52012サイズ
CyPPSチップフィルム 0.01uFECH-U1C103GX52012サイズ
  • Q1はコレクタ電流よりも、許容コレクタ損失に注意してください。
  • Q1は高周波まで伸びていると高周波までのノイズ除去が期待できます。hFEも高いほうがのぞましいです。
  • D1は100mA程度流せれば逆耐圧も、電流量も必要ありません。漏れ電流が少ないものを選択することが望ましいです。
  • コンデンサは適当で大丈夫です。ただトランジスタの安定動作のため、1次側(入力側)にはそれなりの高周波性能があるものを使ってください。

回路への部品追加

ついでに高周波ノイズも少し減衰できるよう回路を変更しています。

  • FB1は入力直後(C1手前)に入れました。
  • FB2、L1はR1と直列に入れました。
  • Cx,CyはC1,C3と並列に、トランジスタになるべく近づけて入れました。

結果

tr-reg.jpg

製作物は写真のようになりました。厳密にはこれはR1なくてC3と並列に抵抗入ってたりすると途中バージョンですが(苦笑)

電流をたくさん流すときは、Q1のコレクタ損失に注意して必要に応じて放熱板を付けてください。

完成した回路を組み込んで出力電圧を測ったところ以下のようになりました。

tr-reg_after.png

商用電源ノイズがまだ少し残っていますが、完全に除去することが目的ではないので今回はこれでokです。

問題のジー音は?

無事、電源onしたときにジー音がしなくなりました。

そして、それどころかアンプ全体の明瞭感が明らかに向上しました。わかってたことですけど、アナログ回路は電源重要ですね

まとめ

ほとんどCRフィルタの効果なのでSBD(D1)はなくてもいいような気がしますが、気になる人は検証してください。ちなみにD1は入力側電源が負荷によって変動して下がった場合の影響を少なくしたり、商用電源変動のピークホールド的な狙いがあります。*2

結構応用範囲の広い回路なので、レギュレーターまでは用意したくないけど簡単に安定化したいとき等に使ってみると良いかと思います。小信号ならば2SC1815(と小容量コンデンサ)で十分ですし、負電源でもPNPで全く同じようにできます。除去ターゲットとする周波数が高めならばR1の代わりにコイルのみにするとか色々考えられます。

*2 : あくまで狙いだけで、どの程度効果があるかは検証してません。

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