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トランス電源 VS スイッチング電源 おまけ

以前の記事で、nabeさんから「グランド揺れてるかも」という御指摘があったので、ちょっと実験してみました。まずは、スイッチング電源使用時のグランドです。完全に短絡させると綺麗な直線しか出てこないので、適当にオシロプローブとオシログランドを5mmぐらい離して計測しました。

GND1 GND2
(左)GND波形(10us)      (右)GND波形(20ns)

しっかりしてよグランド!Σ(TロT;;

揺れてるなあ、という感じですね。これじゃ、オシロでも正確な値が計測しにくいですし、この類の問題解決方法をカバオは知りません。お手上げです。
ついでに、前回平滑に使っていたLXZ50V1000uFはジャンク品だったので、普通に売られていたLXF10V6800uFと104を2つ入れて波形を測って見ました。
コンデンサ

平滑前負荷 平滑後の波形
     (左)平滑前            (右)平滑後

あれ?

10usごとのノイズが小さくなってます。 あ、次元10usの写真撮るの忘れてました、すいません(^^;
LXZが原因?でも100uFの一般品に変えた時も同じ症状でした。 ジャンク品扱いだからって中古じゃあるまいし、こんなことってあるんでしょうか? 104のつけすぎとかかもしれません。

とにかく、10usごとのノイズは目立っていませんが、3.33usごとのノイズはうっすらとパルス波のようになって残っています。3.33usごとに、5-10mV程膨らむのは、L入れてもR入れてもOS-CON入れても、どうにもなりませんでした。nabeさんの言うとおり、グランドが揺れているんでしょう。

 やっぱり、しっかりオーディオ鳴らそうと思ったら、トランスなんでしょうかね・・・・・・でもトランスだと本体大きく重くなるし、配置も磁界とかの関係で気をつけなきゃいけないように思います。また、こんな風に色々実験して試してはいますが、
音がどのように違いがあるか、絶対にトランスがいいのか
までは、私も主観が混じるので断言できません。皆トランスの方が良いという、カバオも良いと思う。じゃあ、何故良いといえるのか、波形でちゃんと確認してみようという企画ですので(^^;;;

また、平滑後の波形を見た感じでは、ミドルレンジのDACとかIV変換の電源なら、そんなに大きな差異はでないんじゃないかなーとカバオは思います。

ものが高性能になればなるほど劣化条件がなくなっていくので問題点が浮き彫りになって行きますし、DACではなくパワーアンプの電源なんかは、貴賎問わず電源が音質の決定的な差になる・・・・・・んじゃないかな、と(自信なさげ)。だって、アンプ系は、要は増幅してるだけなんですから、
キレイな泉(信号)を湖に(増幅)したいからって、泥水(SW電源)足しちゃ駄目でしょ、

とか思うのですよ。SW電源が小さくてでも出力大きくて、凄く便利なのは間違いないんですけどね。(^^;;;
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トランス電源 VS スイッチング電源 後編

前編はこちらです。

いよいよ、実際に波形を測ることになります。と、いっても、カバオ自身そんなに常識と違う結果が出るとは思っていません。60Hzで交流出力を出すトランスと、数百kHz単位でスイッチングして出力するスイッチング電源では、どちらのノイズが除き易いかは明らかです。あくまでも、この実験は、両者の差異がどのくらいあるかを確認するものです。

測定は、オシロスコープを用いていますが、あまり性能のいいものではない上に、詳しい使い方を私は知りません(^^;
周辺環境は電源装置や電気回路の密集地帯。さらに言えば、タコ足から電源を取っています。ろくな計測環境じゃありませんが、あまりにおかしなデータが取れた時のみ考え直すことにします。

さて、それでは、スイッチング電源の波形から見ていきましょう。ちなみに負荷はトランス電源が110~120mAぐらいしか出せないので、5V-グランド間に50Ωのセメント抵抗をはさんで、直流で100mAを消費させます。スイッチング電源にとっては軽負荷になりますが、ハンデのようなものと思ってください。

スイッチング電源無負荷 スイッチング電源負荷 スイッチング電源負荷拡大
 (左)スイッチング電源無負荷  (中央)スイッチング電源負荷(500us) (右) スイッチング電源負荷(2us)
 
 となります。いや、予想はしていたんですが、ひどいことになっています。40mVppといったところでしょうか。特にひどい負荷の波形では、3usごとにスイッチングノイズが発生していることがわかります。でも、通常使用ならこれぐらいの波形でも十分通用しますね。

 次はトランス電源の波形です。カバオもこちらの波形は初めてなのでちょっとわくわくします。 

トランス電源無負荷 トランス電源負荷
   (左)トランス電源無負荷       (右)トランス電源負荷

 波形では負荷の電圧が5mVほど下がっているように見えます。出力する電流が増えてどこかでドロップしてるのかもしれません。ノイズはスイッチング電源に比べればきれいなものですが、負荷の時若干のひげみたいなものが見えます。
 カバオの感想としては、もう少しきれいな波形が出て欲しかったって所です。 LDOを使ったのがまずかったんでしょうか? 7805か、よく使ってるLM317の方がきれいな波形になるかもしれません(どっちにしろ、7.5V以上出力するトランスが必須になりますが)。

おまけ

トランス電源の方では出力部に大容量コンデンサやPPSが差し込んでいるのに対し、スイッチング電源は、恐らく小容量の標準品をつかっているものと思われます。その差を埋めるために、こんな平滑回路を作ってみました。
平滑回路写真 平滑回路
LXZは、デジットで10個100円で売ってたジャンク品です。コイルは自分で巻きました。これをスイッチング電源の出力部に差し込んで、負荷をかけてみます。

スイッチング電源平滑  スイッチング電源平滑拡大
   (左)平滑後波形(500us)      (右)平滑後波形(10us)

トランス電源には劣りますが、かなり改善できているようです。しかし、なぜか10usごとにノイズが・・・・・・・コイルのせいか? と思い、コイルと抵抗を取り外しても同じ結果です。いまだ原因不明なので、心当たりがある方がいましたら教えてください(^^;;

結論(仮)

 やはりトランス電源の方がノイズは圧倒的に有利。また、負電源も出力できるので、DCDCやスイッチドキャパシタで負電源を作ってさらにノイズをのせる心配がない。しかし、廉価なオーディオ系なら、電源を受ける側の回路でRC、RLCフィルタなんかを駆使した方が、一々電源回路を自作する必要はないので面倒はないかも。と、いうか、トランス電源作ると費用がかさむので、作った回路のグレードに応じて決めればいいと思います。

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トランス電源 VS スイッチング電源 前編

予告にも書きました通り、トランス電源とスイッチング電源の評価試験を行います。と、いっても、前編はまだその準備段階ですね。

昨日、秋月電子で頼んだスイッチング電源が届きました。

スイッチング電源 タバコと比較
小っさ!!


予想以上の小ささです。右のタバコとの比較を見ると小ささが良くわかります。これで5V1Aが出力され、かつ直流安定化電源のようです。しかも600円って・・・・・・・・・・(^^;

さて、次はトランスです。ちなみに、全波整流器と三端子レギュレータで直流化するつもりです。LEDやトランジスタを利用するものもありますが、めんどくさいカバオの手には負えないので、今回はやめておくことにします。

さっさと調達して作ってしまいましょう。
と、思った矢先でなんなんですが、ちょうどいいトランスが
見つかりません・・・(T T
出力が5V1A同士での比較予定なので、1次入力AC100V、2次出力9V1.4Aぐらいのトランスを買うつもりでした。丁度いつも使っているお店で売り切れになっているという間の悪さ。次の入荷は一週間ぐらい先になるそうなので、仕方なく1次入力AC100V、2次出力6V120mA*2のトランスを購入です。センタータップありで、負電源も評価できるってことで良しとします。

さて、6V出力のトランスから5V出すのは割と無茶ですが、出力が120mAで、センタータップ型全波整流器を作りますので、三端子レギュレータに低ドロップアウトであるLM2940を使えば何とかなるでしょう(120mAの時、max0.11Vのドロップ)。整流器もショットキ・バリア・ダイオードである1GWJ42を使います(こちらは120mAで0.45Vのドロップ)。

 ※欲しかったトランスが手に入ったら、その評価結果も載せます。

トランス電源横 トランス電源縦 ケース

トランス電源回路図

こちらが今回作ったトランス電源となります。写真の下に回路図を載せています。ケースと基板が一緒になっているテイシン電機TB-11を使いました。トランス以外は余りもので作ったのに、何故か豪華な構成になっています。問題なく±5V出ることは確認できましたが、正直PPSなんてまるでいりません(^^;;

しかし・・・・・・・・・・
大きさ比較

左端がスイッチング電源5V1Aの本体、右端がトランス電源5V120mAの本体です。この写真を見ていると、一般用電源ではスイッチング電源しか見ない理由が良くわかります。

(後?編に続きます。とかいって、SE-U55SXのときみたいに、また前中後編になるかもしれません(^^;;)

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カバオ

Author:カバオ
1984年5月25日生まれ 2008年12月現在 電子回路歴3年、オーディオ回路歴1年の、いわゆる初心者。

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