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2021年3月17日 (水)

ヘッドホンアンプ保護回路の製作

以前自作したヘッドホンアンプは、ほぼ常時パソコンに接続した状態になっています。
音楽や動画などを視聴するときは、ヘッドホンアンプの電源を入れていますが、
ヘッドホンアンプを使わないときは電源を切っています。

この電源を切った状態でパソコンのヘッドホン端子と接続するのは、好ましくありません。
例えばパソコンの警告音やゴミ箱を空にする音など、不意に音声が出力されたとき、
無電源状態のヘッドホンアンプ入力回路 (IC) に電圧を掛けてしまうことになってしまいます。

IC には絶対最大定格が定められており、自作ヘッドホンアンプの入力 IC である DRV135 の
入力端子の絶対最大定格は、V- 〜 V+ (すなわち負電源電圧 〜 正電源電圧) となっています。
(DRV135 データシートより)
電源を切った状態では、負電源電圧 = 正電源電圧 = 0 V なので、入力端子には正負どちらの
電圧も印加してはならないのです。
絶対最大定格を超えると、IC がダメージを受ける、壊れるなどの可能性が非常に高くなります。

パソコンとヘッドホンアンプの接続を外す、音声出力ボリュームを最小にしておく、もしくは
パソコンを使うときは常時ヘッドホンアンプの電源を ON にするなどすれば問題無いですが、
面倒くさかったり、たまに忘れてしまったりすることもあります。

 


前置きが長くなりましたが、ヘッドホンアンプの電源を OFF にしているときは、
入力回路も切ってしまおうということで、保護回路を作ることにしました。

回路は単純で、ヘッドホンアンプの電源に連動してリレーで入力回路を切り替えるだけです。
ついでに出力回路側もリレーで切り替えるようにしました。
また、電源 ON 時の簡単な遅延回路も入れました。

 

下図は製作当初の回路図です。
12 V 用のリレーを、MOSFET 2N7000 で制御しています。
R1 (470 kΩ) と C1 (10 µF) で、簡単な遅延回路を構成しています。
C1 が電解コンデンサであり温度特性が良くないこと、MOSFET の閾値電圧 (VTH) に
温度特性があることから、遅延時間の精度はあまり良くなく、あくまでも簡易的なものです。
電源 OFF 時には、C1 の電圧を D1 で急速に放電させます。

20210317_0001

ヘッドホンアンプの大きさに合わせて、プリント基板を作り、基板を組み上げました。

20210317_0002

20210317_0003

ケースへの組み込みは、多層構造 (ヘッドホンアンプの下に配置) としました。

20210317_0004

 


動作を確認しましたが、入力回路、出力回路の切り替えは問題無さそうです。
特に電源 OFF 時のボツ音は、かなり軽減されるようになりました。

しかし、電源 ON 時の遅延がほとんど無く、電源 ON とほぼ同時にリレーが切り替わってしまいます。
何故そうなってしまうのか少し悩みましたが、
 ① CR の時定数が小さいこと
 ② 2N7000 の閾値電圧 (VTH) 2.1 V に対し、電源電圧が 12 V と高いこと
が原因と考えました。

特に ② が支配的であるのではないかと考え、対策として C1 と並列に 470 kΩ の抵抗を
追加することにしました。
変更後の回路図は次のとおりです。

20210317_0005

これで、約 1 秒程度の遅延が得られるようになりました。
追加の抵抗は、基板の裏面に付けました。

 


あまり褒められた回路ではないと思いますが、
これで気兼ねなくパソコンとヘッドホンアンプを常時接続し、
ヘッドホンアンプの電源を切ることができるようになりました。

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コメント

 初めまして(ではないかも知れません)。美しく製作していらっしゃいますね! 見習わねば…
 ところで電源off時に入力を直接接地なさってますが、ここに10~30Ωくらいを入れておくというのはいかがでしょうか。

ji3kdhさん、こんばんは。
自作ヘッドホンアンプの入力部は、TI の DRV135 にしています。
 https://ji3csh.air-nifty.com/blog/2020/08/post-233053.html
DRV135 のデータシートで、等価回路と入力インピーダンスを見るとお分かりいただけると思いますが、
入力部には 10 kΩ の抵抗が直列に入っていると思われますので、直列に 10 〜 30 Ω くらいの抵抗を入れる
メリットは無いように思いますが、いかがでしょうか。
何か私が見落としている点があれば、ご教示いただけると幸いです。
よろしくお願いいたします。

ごめんなさい、リレーの向き(というか回路自体)を逆に見ていました。
まだ呑んでる時間帯ではなかったはずなんですが(^^;;
基板への入力つまりPCからの出力が短絡されているのかな、と勘違いしたための発言でした。スミマセン。
僕だったらoff時は直接出力につなぐかな、とか考えながら拝見してたものですから…(言い訳)
失礼いたしましたm(_ _)m

ji3kdh さん、おはようございます。
電源 OFF 時にヘッドホンアンプをスルーすることも考えていたのですが、ヘッドホンもヘッドホンアンプに繋ぎっぱなしにしているので、電源を OFF にしてもヘッドホンから音が出ているのはどうかと思いまして、このような回路にしました。
kdh さんが仰るようなアンプスルー回路にしておくと、ヘッドホンアンプ有り無しでの比較が簡単ですよね。

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