ワレコ
左の脇の下を虫に刺されて痒い。
一週間くらい経つが未だ治らない。
変な所を刺すなよ、虫さん！
さて、大型で猛烈な台風14号は日本海側の佐渡市のあたりを東北東に移動中との事だ。
速さ 55km/h 中心気圧 980hPa 最大風速 30m/s
引用元 Yahoo天気
そんな時には自宅で電子工作をやるのが良い。
日立製作所のパワーMOS FET（2SK134, 2SJ49）を使った「金田式No. 128オールFETスーパーストレートパワーアンプ」製作プロジェクトであるが、前回まででパワーアンプユニットの動作確認は完了し、シャーシの組み立ても完了している。
パワーアンプ用にKiCadで設計した専用基板とシャーシに使う前後アルミパネルは共にPCBWayさんに発注して作成したものだ。
あとはこのシャーシにスイッチング電源を取り付けてパワーアンプユニットとの配線作業を残すのみだ。
この三連休の最終日に一気に配線作業を終える事が出来た。
結論としては、いい感じで動作したぞ！
前回記事はこちら↴
では本題に入ろう。
スイッチング電源四台で±30V電源を作る
ワテの場合、金田式オーディオ機器を製作するのは今回で四回目かな。それも代替部品を多用しているので金田式と言うよりは金田式風と言う事になる。
今回製作している「金田式No. 128オールFETスーパーストレートパワーアンプ」の無線と実験のオリジナル記事（1993年3月号）では、電源には乾電池かニッカド電池が使われている。
乾電池を使えばノイズやリップルの無いクリーンな電源を作る事が出来るのは分かるが、日常的に使うアンプの電源に乾電池を使うと言うのは実用的では無い。先日の動作確認ではこのアンプは無信号時でも片チャンネル当たり 0.6A程度の電流が流れていた。両チャンネルで1.2Aだ。1.5Vの乾電池を40個使って±30V電源を作ったとして、何時間持つのかな？
と思って調べたらパナソニックのサイトにまさにそのデータが掲載されていたので以下に引用させて頂く。
| マンガン乾電池 | 定電流連続放電（20℃±2℃） | 詳細グラフ | ||
| 10mA | 100mA | 500mA | ||
| 単１形 | 約800時間 | 約60時間 | 約6時間 |
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| 単２形 | 約400時間 | 約26時間 | 約2時間 |
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| 単３形 | 約100時間 | 約6.8時間 | 約0.5時間 |
|
| 単４形 | 約50時間 | 約2.5時間 | 約0.1時間 |
|
表 定電流連続放電時の持続時間（終止電圧0.9V、持続時間は全て目安時間）
引用元 パナソニック
上表を見ると単一電池なら0.5Aで約六時間なので、1.2Aの電流が流れるワテ自作パワーアンプの電源をもし乾電池式にすると三時間くらいで電池切れになりそう。
兎に角、ワテの場合はそんなめんどくさい電源は嫌なので、普通にAC100V電源を採用する事にした。かつ、トランス式の電源では無くて、安易にスイッチング電源を採用する事にした。
二台のスイッチング電源を積み重ねて連結する
今回使うTDK-Lambda製のスイッチング電源（15V3.5A）の写真を以下に示す。
写真 TDK-Lambda製のスイッチング電源（15V3.5A）を四台使う
15V電源を四台直列接続して、(-30V) – 0 – (+30V) の正負30V電源とするのだ。
小型シャーシ（A4サイズ、高さ60mm）を採用したので、スイッチング電源を二段重ねにしてシャーシに取り付ける事にした。
下写真のようにM4x30の鍋ネジを使って二台のスイッチング電源を二段重ねにする。
写真 M4x30の鍋ネジを使って二台のスイッチング電源を二段重ねにする
下写真のようにM4x30の鍋ネジに長さ20mmのスペーサーを通す。
写真 M4x30の鍋ネジに長さ20mmのスペーサーを通す
ここで使ったネジやスペーサーの写真を以下に示す。
写真 スイッチング電源の二段重ねに使ったネジやスペーサー
そして下写真のように二台のスイッチング電源を結合した。
写真 M4x30鍋ネジとスペーサーを使って二台のスイッチング電源を結合した
なお、本当ならM4x20の六角スペーサーを使えば、もっと簡単に出来たと思う。でも手持ちにM4用の六角スペーサーが無かったのでホームセンターで入手出来る部品を組み合わせてスイッチング電源を連結したのだ。
四台のスイッチング電源を直列接続配線する
今回使うスイッチング電源の電極は端子台が使われているので、下写真の丸形圧着端子を使ってしっかりと配線する事にした。
写真 電源周りの配線は丸型圧着端子を使う
この手の丸形圧着端子は電気関連の様々な箇所で使われているので電気的な接続と言う観点では非常に信頼性は高いと思う。
でも、オーディオ機器ではあまり使われないと思う。例えばアンプのスピーカー端子にはバナナプラグを挿し込める大型のジョンソンターミナルが使われる事が多い。
でもジョンソンターミナルにバナナプラグを挿し込むよりも、端子台に丸型圧着端子をネジ止めするほうが接触抵抗も少なくなると思うし、引っ張っても抜けないし、良いこと尽くめだと思うのでワテは端子台や丸形圧着端子は大好きだ。
さて、下写真のように四台のスイッチング電源の15V出力を直列に接続した。かつ、入力AC100Vの部分は並列接続してAC100V配線をやり易いようにした。
写真 四台のスイッチング電源（15V出力）を丸型圧着端子で直列接続
このように配線した四台のスイッチング電源を下写真のようにワテ自作のシャーシに収納する。
写真 四台のスイッチング電源をワテ自作のシャーシに収納する
上写真において、スイッチング電源は強力な両面テープを使ってシャーシ底板に張り付けている。
このニトムズの粗面用超強力両面テープは使用可能温度範囲が-20℃～180℃と広く、接着力も強力なのでDIY用途には最強なのだ。自動車DIYでも活躍する。
このテープは超強力なので2cm角くらいのテープ小片を二箇所くらいに貼るだけで文字通り超強力に貼り付く。
まあ両面テープでパーツを固定するなんてのは、純正金田式だけでなく世間の自作アンプ製作例でもあまり見かけない手法だと思う。
通常はシャーシにネジ穴を開けてM3ネジなどを使ってパーツを強固に固定するのが一般的だろう。
ワテも昔は自作アンプ製作でそんなふうにやっていたのだが、最近では強力両面テープや接着剤を使う事が多い。その理由はお手軽なので。
さて、電源部分が完成した。
プリント基板のフラックスをクリーニングする
アンプユニットは前回までで動作確認は出来ている。
あとはアンプユニットの取り付け作業だが、その前にプリント基板をクリーニングする事にした。
現状では下写真のようにアンプ基板の半田面は半田付けの際に付着したフラックスが沢山付いている。
写真 アンプ基板の半田面は半田付けの際に付着したフラックスが沢山付いている
下写真はその拡大だ。
写真 アンプ基板に付着したフラックス（拡大写真）
サンハヤトのスプレー式フラックスクリーナーを使って清掃する。
写真 サンハヤトのスプレー式フラックスクリーナーを使って清掃する
このサンハヤトのスプレー式フラックスクリナーはワテお勧めだ。
使い方は簡単で、下写真のように基板にスプレーを噴射して、歯ブラシや綿棒で擦れば良いのだ。
写真 基板にクリーナーをスプレー噴射して歯ブラシで擦ると良い
上写真のように歯ブラシで擦ったら、綿棒で汚れを拭き取る。
この作業を二～三回繰り返すと茶色のフラックス汚れは殆ど除去出来る。
ワテの場合はこのあと、下写真のように無水エタノールを使って同様に歯ブラシで擦ってクリーニングしている。
写真 フラックスクリーナーのあとは無水エタノールを使って歯ブラシで擦る
その結果、下写真のようにフラックスが除去出来て綺麗になった。
写真 フラックスが除去出来て綺麗になったアンプ基板半田面
その拡大写真を以下に示す。
写真 フラックスが除去出来て綺麗になったアンプ基板半田面（拡大写真）
上写真のようにフラックス汚れも殆ど除去出来て綺麗になった。
必要ならこのあと、下写真のような防湿剤を塗布しておいても良いだろう。
有名なハヤコートだ。
シャーシに入れて配線を行う
いよいよ最終組み立て作業だ。
電源周りの配線を行う
今回製作したアンプ基板は電源部分はサイド型VHコネクタ（3ピン、3.96mmピッチ）を取り付ける予定であった。
でも手持ちには垂直取り付けタイプのVHコネクタしか無い。垂直型はアルミ製ヒートシンクに干渉するので使えないのだ。
そこでネット通販でサイド型VHコネクタを買おうかなと思ったのだが、四個しか使わないけれど100個単位などでしか買えないようだったので購入は断念。
そこで下写真のように電線をプリント基板に直接半田付けする事にした。
写真 スイッチング電源からの±30Vはプリント基板に直接半田付けした
まあ前回まででアンプ基板は正常動作する事は確認済だし、発振などの不具合も無さそうなので、多少メンテナンス性が悪くなっても良いので電線を直接半田付けした。
スピーカー出力端子に配線する
ワテの場合、パワーアンプのスピーカー接続にはノイトリックのスピコンを使う事が多い（下写真）。
写真 ノイトリック（Neutrik）スピコン NL4MPを使う
スピコンはPA用のオーディオ機器では定番だし、差し込んで回すとロックされるので引っ張っても抜けない。そう言う点でもジョンソンターミナル式のスピーカー端子にバナナプラグを挿し込んで配線する一般的な方式よりも遥かに信頼性が高いとワテは思う。
さて、スピコンだけだと使い勝手が悪いので、下写真のように普通のスピーカーターミナルも取り付ける設計にしている。
写真 スピコンと普通のスピーカーターミナルの両方を取り付ける設計にしている
上写真のアンプリアパネルはPCBWayさんのレーザーカット加工でアルミ板3ミリ厚を切断加工して、黒色アルマイト仕上げを施したものだ。
自作では到底こんなに綺麗な金属加工は不可能だが、PCBWayさんでは約60ドルくらいでこのようなパネル加工を発注出来るのだ。
パネル製作記事はこちら↴
さて、左右二枚のアンプ基板からスピコンやスピーカー端子まで配線する。
赤黒と青黒の電線で配線したかったのだが、手持ちの手頃な電線は黒色が無かったので緑で代用。
写真 スピーカー端子とアンプ基板の配線に赤緑、青緑を使った
でも赤緑、青緑の組み合わせはちょっと違和感がある。赤白、青白にすれば良かったかな。まあいい。
下写真のように赤緑、青緑ケーブルで配線したのだが、うっかりして左右チャンネルの色を間違えてしまった。
写真 スピーカー端子とアンプ基板との配線作業中
上写真で赤色と青色の電線を間違えて逆にしてしまった。まあ半田付けしてしまったので入れ替えるのも面倒なので、このまま行く。
入力RCA端子と基板間はXHコネクタ採用
次は入力RCAジャック端子からアンプ入力部までの配線だ。
この部分には手持ちにあった下写真のAWG24ワイヤーで配線する。
ごく普通の電線だ。
写真 入力RCA端子からアンプ基板まではAWG24ワイヤーで配線する
最近のワテはこの住友電気工業のイラックスA耐熱電子ワイヤーを好んで使う。
アマゾンで住友イラックスを検索する。
この入力ケーブルはプリント基板に直接半田付けしても良かったのだが、KiCadの基板設計では2ピンXHコネクタ（2.54mmピッチ）を取り付けられる構造にしている。
そこで、設計通りにXHコネクタ接続式にする事にした。
まずはケーブルの作成だ。
下写真のように圧着ペンチを使って赤黒、青黒の二本のケーブルを自作した。
写真 XHケーブルを圧着ペンチで自作する
下写真のようにアンプ基板の入力部にXHコネクタ2ピンを半田付けして、自作XHコネクタケーブルで接続出来るようにした。
写真 アンプ基板入力部はXHコネクタ式にした
と言う訳で、下写真のように入力部はXHコネクタ式に出来た。
写真 アンプ基板入力部はメンテナンス性を考慮してXHコネクタ式にした
上写真のように一応念のために赤黒、青黒ケーブルは捩じってツイストペアにしておいた。
AC100Vをスイッチング電源に配線
残す作業は、AC100V入力から電源スイッチ、ヒューズホルダなどの配線作業だ。
下写真はそれらの配線作業がほぼ完了した状態だ。
写真 AC100Vをスイッチング電源に配線する途中で配線間違い発覚
ところが最後の最後でミスが発覚。
それは、スイッチング電源にAC100Vを供給する部分の配線を間違えていたのだ。
つまり今回使用したTDK-Lambdaのスイッチング電源は、AC100V入力配線部分は以下の三つの端子が出ている。
L N GND
ワテは L（LINE）とGNDを使ってAC100Vを配線していたのだが、これは間違い。
これだと電源をONしてもスイッチング電源が動作しない。
正しくは L（LINE）と N（NEUTRAL）を使う必要があるのだ。
そこで配線のやり直し作業を行ったのだが、強力な両面テープで貼り付けていたスイッチング電源を底板から引き剥がしていたら下写真のように接着剤で貼り付けていたフロントパネルが剥がれてしまった。
あかんがな。
写真 スイッチング電源の配線間違い修正作業中にフロントパネルが剥がれた
まあ、逆に考えればフロントパネルが剥がせたのでスイッチング電源の配線間違いの修正作業がやり易かったと考える事も出来る。
つまりワテ考案の接着剤貼り合わせ方式によるシャーシ製作は、必要なら分解する事も出来るのだ！
何事も前向きに捉えるのだ。
で、下写真のように無事にスイッチング電源周りの配線間違いを修正して、無事にアンプが完成した。
写真 スイッチング電源周りの配線間違いを修正して、無事にアンプが完成
なお、剥がれたフロントパネルは今後、再接着を予定している。
ただし、アンプの動作確認が完了するまでは貼り付けない。
なぜなら、何らかの理由で再びスイッチング電源周りの配線をやり直す可能性も無きにしも非ずなので。
あるいは当初の案の通り、電源供給部はサイド型VHコネクタ（3ピン）を購入して配線をやり直すかな。そうすればアンプユニットを簡単に取り出す事が出来るので。
アンプの動作確認を行う
ぺるけ式アンプ試験ワークベンチを使って動作確認
さて、アンプの動作確認作業だ。
下写真左下にあるBNCケーブルが接続されている機器が「ぺるけ式アンプ試験ワークベンチ」だ。
このワークベンチに内蔵しているダミーロード（10Ω）を使って動作確認を行う。
写真 「ぺるけ式アンプ試験ワークベンチ」内蔵のダミーロード（10Ω）を使って動作確認を行う
下写真のリアパネルにあるRCA入力にはパルジェネの方形波がぺるけ式アンプ試験ワークベンチ経由で入力されている。
写真 リアパネルの各種端子は「ぺるけ式アンプ試験ワークベンチ」に接続する
一方、スピーカー出力はぺるけ式アンプ試験ワークベンチ内蔵の10Ωダミーロードに接続されている（下写真）。
写真 「ぺるけ式アンプ試験ワークベンチ」は文字通りアンプの動作確認に最適なツールだ
アンプの動作確認を行う場合には、下写真のようなケーブルを持っていると便利だ。
早速動作確認を行う。
10KHz方形波の応答を観察
まずはパルスジェネレータから10KHz、2Vp-pの方形波を入力した。
下写真のように入力2Vp-pに対して、出力は22Vp-p程度が出ているので、設計通りゲイン11倍になっている。
写真 上：入力（10KHz, 2Vp-p）、下：出力
前回記事でも類似の計測を行ったがその時には出力波形に多少のリンギングやオーバーシュートなどの波形の乱れが目立った。その理由は、テストケーブルを使って仮配線して動作確認したので配線の引き回しが原因で波形が乱れたようだ。
今回の計測では、なるべく短い配線になるように配慮し、かつ、入力部分のケーブルはツイストペアにしたので、それらの効果によって前回発生したようなリンギングやオーバーシュートなどが改善された様だ。素晴らしい。
このあと、別のチャンネルも同様の波形観察を行ったが、上写真とほぼ同じの写真が得られた。
と言う事で、金田式No. 128オールFETスーパーストレートパワーアンプは無事に完成したぞ！
出力段パワーMOS FET（2SK134, 2SJ49）の発熱80℃
さて、パワーアンプの自作で最も気になるのが発熱だ。
写真 出力段パワーMOS FET（2SK134, 2SJ49）の温度をデジタル温度計で計測
上写真のようにデジタル温度計のセンサーを出力段パワーMOS FET（2SJ49）の上にマスキングテープで貼り付けて温度を計測した。
その結果、デジタル温度計は81.7℃を示した（下写真）。
写真 出力段パワーMOS FETは81.7℃を示した
現状では天板無しで開放状態で出力段パワーMOS FETは80℃前後の高温になる。
もし天板をして塞いでしまうと100℃以上になるだろう。まあ100℃くらいなら壊れる事は無いと思うが、日常的に使う予定のパワーアンプなので出来れば60℃前後くらいまで下げたい。
その対策として考えているのは、以前にぺるけ式トランジスタ式ミニワッターPart5（19V版）の発熱対策で採用した放熱フィンを追加する作戦だ。
上記事で紹介しているように、アルミLアングルを買って来て、下写真の金色アルミヒートシンクの上に貼り付けて表面積を増やす作戦を考えている。
写真 発熱対策として金色ヒートシンクにアルミLアングルを貼り付けて表面積を増やす予定
ぺるけ式トランジスタ式ミニワッターPart5（19V版）の発熱対策でアルミLアングルを貼って表面積を増やした時には、約15℃くらい温度を下げる事が出来た。
なので、この金田式No. 128オールFETスーパーストレートパワーアンプの場合でも同様の効果が期待できる。そうすると現状の80℃を65℃程度まで下げられると期待している。
もし必要なら小型ファンを取り付けるなどの案も検討中だ。
まとめ
ワレコ
PCBWayさんに発注した専用基板を使ったおかげで大きなトラブルも無く短期間で金田式No. 128オールFETスーパーストレートパワーアンプを完成させる事が出来た。
すばらしい！
当記事では「金田式No. 128オールFETスーパーストレートパワーアンプ」の最終組み立て作業と完成後の動作確認作業を紹介した。
TDK-Lambda製スイッチング電源を四台使って±30V電源を生成しアンプの電源として供給した。
本家金田式では恐らくスイッチング電源なんて使った製作例は無いと思うが、ワテの場合は無線と実験は滅多に買わない（と言うか最近では全く買わない）ので、詳細は未確認だ。
兎に角、ワテ自作のスイッチング電源方式の金田式風パワーアンプは無事に動作した。
10KHzの方形波を増幅する実験では、出力波形は大きく乱れる事も無くいい感じで増幅出来ている。
今回の組み立て作業中に、接着剤貼り合わせ方式のシャーシリアパネルが剥がれたが、今後、再接着する予定だ。
かつ、本文末尾で指摘したように、出力段パワーMOS FETが80℃前後の高温になる問題が懸案事項として残っている。
当件に関しては、アルミLアングルをヒートシンクに貼り付けて表面積を増やす作戦で冷却効果を高めて対策を施す予定だ。
台風が過ぎ去ったらホームセンターでLアングルを買って来るかな。
兎に角、大きなトラブルも無く非常に短期間で「金田式No. 128オールFETスーパーストレートパワーアンプ」をほぼ完成させる事が出来たので気分爽快だ！
（続く）
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