電源回路のグランド配線について

質問

現在、3+SEというプリアンプの制作を行っているところです。
添付した画像のように、B電源、ヒーター電源、IC制御用5V電源の３系統を作ろうとしています。おそらく非常に初歩的なことなのかもしれませんが、質問したいことは３つです。

ア．実体配線として、GND1、GND2、GND3の位置はここで十分か。
イ．GND0がAC部、GND1～3がDC部であるが、実際にシャーシのどの部分に落とすべきか。
ウ．ヒーター回路とIC回路について、整流前にグランドを落とさなくてよいのか。

特にイについて、ACとDCのグランドを１点にまとめるのが気持ち悪いのですが、シャーシ内のグランド位置など実体配線的なところを聞きたいです。

よろしくお願いします。

回答No.4

bogen55 · ベストアンサー

こーゆー問題は、イトケン先生の「アース回路―こうすれば電子回路は正しく働く」に詳しいのですが、高すぎる（1000円以下でないと）ので薦めません。
http://www.amazon.co.jp/dp/4526006122
「アース回路」によると
> ア．実体配線として、GND1、GND2、GND3の位置はここで十分か。
十分です。

> イ．GND0がAC部、GND1～3がDC部であるが、実際にシャーシのどの部分に落とすべきか。
"GND0"は無視して、図の赤線のように接続します。
イトケン先生によると、元の絵のようにして整流・平滑の大きなリプル電流をわざわざシャーシに落として、アンプにリプル・ノイズをばらまくのは、愚の骨頂だそうです。
GND1～3は最もノイズが少なくなるところで接続します。
多分、GND1～3は真空管部分の初段（入力）で接続し、アンプの入力端子部分（多分GND3）でシャーシに落とします。

> ウ．ヒーター回路とIC回路について、整流前にグランドを落とさなくてよいのか。
再度書きますが、整流・平滑前にグランドを落とすのは愚の骨頂です。

前回閉めるのが速くて紹介できなかったんですが、低背型トランスはここが安くてエエですよ。
http://www.pnxcorp.co.jp/ra/ra.htm

お礼

なるほど、非常にためになります。
それから、トランスについて非常にありがたい情報です。ここで注文してみようかと思います。
しかし、このプリアンプのB電源の容量がわからないんですよね。LTSpiceでシミュレートしてみるとアンプ使用時の消費電力が約1Aなのですが、約270V-1Aって現実的な数字なのでしょうか？

回答No.7

kimamaoyaji

ア．実体配線として、GND1、GND2、GND3の位置はここで十分か。
イ．GND0がAC部、GND1～3がDC部であるが、実際にシャーシのどの部分に落とすべきか。
ウ．ヒーター回路とIC回路について、整流前にグランドを落とさなくてよいのか。
まずはシャーシーアースはすべての線が最短になる位置で1点アースが基本となります。
またリップルを減らすためには、電源のコンデンサーを対リップル電流の大きなコンデンサーにすることが重要ですし、できればチョークトランスを使うべきでしょう。
ヒーターはパワー3端子レギュレター等で直流点灯のほうが良いかと思います、また3端子レギュレターの前に制限抵抗は不要だと思います5V出力なら8V程度のトランスを使えば、電圧変動で６V以上は確保できますから、安定した直流は得られます。
また商用電源AC100Vは法律でAC101V±6VとなっていますからAC95V~AC107V以内に必ずなっています。
ゥの整流前？全波整流だとそれをやると倍圧整流になりコンデンサーの電圧が倍になりますが？つまり交流のアース点を中点0Vとして、コンデンサーの+が+約300V、コンデンサーのマイナスが-300Vと言う事になります、そして中点とコンデンサーのマイナスを短絡した場合は半波整流となり、電圧は300Vですが、リップルは増えます
N（アノード）コンデンサープラス（カソード）
P（アノード）コンデンサープラス（カソード）
P＝コンデンサーマイナス
と言う事になります
またヒーターをACで使う場合はPN両極から抵抗を使ってアースに落とす、バランスアースが有効だと思います。
http://www.op316.com/tubes/tips/trbl7.htm
ヒターの三端子レギュレターについて
http://801a-4242a.blog.so-net.ne.jp/2014-03-14

お礼

なるほど、非常に参考になります。
ありがとうございます。

回答No.6

bogen55

> まずB電源用は回路図に263V以上と書かれていますので270V、
> そして容量は40mA×1.6=64mAで注文すれば良いのでしょうか？
そうすると、直流出電圧は270V*1.2=324V～270*1.3=351Vですが、コンセントのAC100Vが低下して90V(-10%)になったときには、291V～316Vくらいですね。
平滑かレギュレータで20Vくらいは落ちるからOKでしょう。
電流もとりあえずOKでしょう。

> ヒーター電源は12.6Vで整流・昇圧、レギュレータで12.6V-1.5Aに固定すればいいということですよね？
> 容量は2.5Aもあれば足りるでしょうか？
1.5Aはレギュレータの最大出力可能な電流で、過熱保護内蔵だから、ヒートシンクが貧弱だと数100mAで出力が遮断されます。
出力電流は1.5A*0.8（80％低減）=1.2A以下で使用するのが一般的です。
ただし、ヒーターはオン直後の電流が大きいんで、それを考えるとこれがエエかも。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00159/
トランスの電流は0.15A×7=1.05Aより1.05A*1.6=1.68A→2AくらいでOKでしょう。
電圧は、12.6V+2V=14.6V→15Vくらいがよいでしょう。
2Vはレギュレータの負担電圧です。

トランスを入手したら、巻き線抵抗と無負荷時の入出力電圧を測定し、トランスモデルを作ってシミュレーションします。
平滑コンデンサを変えてみて、直流出力電圧のリプルの谷間による最低電圧が、AC90Vのときに12.6V+2V=14.6V以上であることを確認し、平滑コンデンサの容量を決定します。
270Vのところも同様に平滑コンデンサの容量を決定します。

> MOSFETについては勉強不足で、回路図がなんのことやらまるでわかりませんでした。
真空管はわかりますか？
元になった回路はここの「p.7 Figure 11A」です。
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an2f.pdf
丈夫な真空管を弱い半導体に置き換えるために色々保護回路を付けているだけです。
R7とC2は出力リプルを減らすための回路です。
NJM317のオリジナルLM317のデータシートはここです。
http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/lm317.pdf

お礼

イメージとしては出力が1.5A出るように設計し、実際の回路での消費は1.2A以下に抑えなければならないという認識でよいのですか？

いずれも非常に参考になりました。とりあえず、このあたりで設計をまとめて電源トランスを注文して測定してみます。
いろいろとありがとうございました。

回答No.5

bogen55

> LTSpiceでシミュレートしてみるとアンプ使用時の消費電力が約1Aなのですが、
> 約270V-1Aって現実的な数字なのでしょうか？
270V-1Aは、シミュレーションでしか得られないでしょう。
ここのデータシート見ても、1個あたり数mAくらいしか流せません。
http://tubedata.itchurch.org/sheets/093/1/12AX7A.pdf
合計で、約1mA×7本×2=14mAとし、2倍の余裕を見ても30mA、更に余裕を見て約3倍の40mAで充分でしょう。
トランスの注文の仕方ですが、安く上げるにはすべてブリッジ整流にし、巻き線電流（実効値）は直流電流の1/0.63=1.6倍にします。
LTSpiceでシミュレーションすれば、巻き線電流（実効値）も直流出力電圧もわかるんですが、トランスが手元にないと肝心な巻き線抵抗がわかりません。
巻き線抵抗がわからないと、巻き線電流（実効値）も直流出力電圧もわかりません。
とゆうことで、大ざっぱに巻き線電流（実効値）は直流電流の1/0.63=1.6倍にし、直流出力電圧は公称巻き線電圧（実効値）の低圧では1.1倍にし、中高圧では1.2～1.3倍にします。
また、12AX7のヒーターはダイオードの順方向電圧降下から、12.6Vがエエでしょう。
すべての電源にこんなレギュレータを入れて安定化すると安心です。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-08679/
ただし、ヒーター用は放熱に注意します。
チャンと放熱しないと100mAくらいがせいぜいです。
これでもエエんですが、放熱しなかったら、317と同じだし、フィンむき出しで絶縁が面倒です。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00159/

270V用は、ここを参考に設計し直します。
http://www7b.biglobe.ne.jp/~cpu_bach/ms-1111-sch.html
パワーMOSFETはこれがSOA（安全動作領域）が広くてお勧めです。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-09921/
ただしフィンむき出しだから、ヒートシンクにはこれを付けて取り付けます。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02688/
再設計としては、D7は不要だからショート、D8は9Vがエエでしょう。
R8は過電流保護だから、47～68Ω程度に大きくします。
R4,R9,R10,R11は270Vになるようにデータシートを見て、決定します。

お礼

やはりそうですよね。他のプリアンプ用の電源見ても1Aなんて見たこともなかったのでおかしいと思ってました。
確認なのですが、まずB電源用は回路図に263V以上と書かれていますので270V、そして容量は40mA×1.6=64mAで注文すれば良いのでしょうか？
次に、ヒーター電源は12.6Vで整流・昇圧、レギュレータで12.6V-1.5Aに固定すればいいということですよね？容量は2.5Aもあれば足りるでしょうか？
ちなみに、当初の想定では、なるべく降圧しないように整流にショットキーを使用しようと考えていました。

また、MOSFETについては勉強不足で、回路図がなんのことやらまるでわかりませんでした。

回答No.3

4810noja

ア．グランド処理は図面の通りで問題ないと思います。

イ．+B電源については、平滑コンデンサーのチャージ電流を考えると、290Vセンタータップを直接グランドに落とすのは好ましくありません。図中のコンデンサーの電荷放電用に入っている抵抗（R2かな？）と入力側コンデンサーのマイナス端子とが接続されている箇所に結線し、シャーシに落とすのはGND1のみを使用するのがよいと思います。

シャーシの場所はNo.2さんの回答がいいのではないでしょうか。
その場合、信号入力端子のグランドは端子取り付け部のシャーシから浮かし、1点アースの位置まで引いてくることになります。
そうすると、今の家庭ではデジタル機器やエアコンなどから発生するノイズの充満した状況にあって、長く引いた入力のグランド線にノイズが乗ってしまう可能性があります。その時の音は、ジーとか、チーという音です。
ノイズが乗った場合は各入力端子のグランドを、端子取り付け部直近のシャーシへ0.01μ程度のセラミックコンデンサーで落としてください。
昨今セラミックコンデンサーの音質がとやかく言われていますが、この使い方ではコンデンサーに音声信号は流れず、ノイズなどの高周波信号のみをシャーシへ逃がすので問題はありません。
とにかく、グランドの処理は悩みの種です。

ウ．整流前の回路をグランドに落とすことは原則としてしません。平滑コンデンサーへのチャージ電流が流れているからです。

蛇足ですが、各整流ダイオードに並列にコンデンサーが必要になるかもしれません。ダイオードは交流電流に従って導通・非導通を繰り返しますが、その切り替わりにノイズを発生することがあります。
電源が入っているときにAMラジオを近づけてみてください。もしブーやビーという音が聞こえたら、整流ダイオードからのノイズの可能性が高いです。その場合は吸収用に、0.01μ程度のコンデンサーを各ダイオードに並列に接続します。
なお+B電圧のダイオードにつけるコンデンサーには耐圧1kVまたはそれ以上が必要です。

お礼

な、なるほど、ジャックも１点アースのためには浮かすのですね。これまた盲点でした。
整流ダイオードのコンデンサについては初めて知りました。試してみたいと思います。
ありがとうございました。

回答No.2

John_Papa

こんにちは。

別に問題ないですが。
特に290VのCT（GND0）と+B電源のGND1は結線しないと+B電源電圧が得られません。

普通トランスの取り付けボルトがトランスのコアアースを兼ねていて、そこにアースラインをまとめるのが一般的でしょう。
一点アースにこだわる人は、取り付けボルトの一本をアース用にして、それ以外には絶縁ワッシャーを挟むようです。

お礼

なるほど。よかったです。
しかし１点アースにこだわるとそういうところもあるのですね。盲点でした。
ありがとうございました。

回答No.1

aokii

GND1、GND2、GND3は、つながないほうがいいです。

補足

それはなぜでしょうか？
電位不定になってしまわないのでしょうか？