アンプ回路 スピーカー繋ぐと発振？

質問

添付の回路を作成しました。マイクとアンプとスピーカーで構成されています。
スピーカーを接続するとマイクの入力が特に無くとも「ガーーー！！！」と音が鳴ります。
波形を確認すると発振？しているようでした。
OPアンプの取り扱いはほぼ初めてで、調査してみたのですが、良く分からず、原因や対策法を教えて頂きたいです。

・そもそも発振なのか？
・発振だとすると原因は何？
・位相が無くて発振している？だとすると対策法は？　・・・など
何が何だか良く分かっていない状態です。

回路図に記載は無いですが、
実配線ではMICとSPKが接続されています。
[PREAMP]の出力が[AMP]の入力に接続されており、
スピーカーを接続した時のみ、発振が発生します。
結果的になのか原因なのか、不明ですが、
発振時は[PREAMP]出力が発振しているように見えました。

回答No.8

kantaro1985 · ベストアンサー

回答No1の補足で、手書きの線を外したら、スピーカーからの音は出なくなったということなので、その状態で、回答No7の方が書かれているように、プリアンプ、後段アンプ、それぞれが単独では正常に動作するか検証するのは、やってみるべきことだと思います。

＞（スピーカー発振時、電源電圧が4V⇒約3Vに落ちていたのが気になりました。）

これは、以前の補足に書かれていたように、電池動作での話でしょうか？
電圧は、電池端子直近で既に3Vに落ちているのでしょうか？
それとも電池端子部分では、それほど落ちていないのに、ICの電源端子部分では3Vまで低下しているということでしょうか？
（電池自体の内部インピーダンスによる電圧降下か、電源供給経路のインピーダンスが大きいことによる電圧降下か）
いずれにしても、発振している時に電源電圧が下がるということは、発振している時には、電流も増大しているということ。

回答No6の方が言われているように、モーターボーディング（超低域発振）を起こしている可能性があると思います。
低い周波数帯で、正帰還を起こしていると、モーターボーディングが発生します。

参考URL
http://www.op316.com/tubes/tips/trbl8.htm

＞参考：現在グラウンドは電源も信号も関係なくベタパターンです
＞プリアンプと後段アンプはケーブルで繋がってます。

基板になっていて、GNDはベタパターン、プリアンプと後段アンプはケーブルで繋がっているということですが、プリアンプと後段アンプは、別の基板ということでしょうか？
それとも、同じ基板内でグラウンドはプリアンプと後段アンプの間もベタパターンで繋がっていて、信号のみをケーブルでつないでいるということでしょうか？（手書きの配線のみを基板内でリード線ジャンパー？）

また、別基板になっている場合でしたら、基板相互間の信号接続ケーブルとは同軸ケーブルでしょうか？
基板間のグラウンド接続は同軸ケーブルのシールド線による接続ですか？

別基板になっている場合は、それぞれの基板に対する電源供給はどのようにされているでしょうか？
（電池から、各基板に個別に供給？ or どちらかの基板に供給して、そこからもう一方の基板に供給？）

＞⇒もし可能であれば、下記お聞きしたいです。
＞（たくさんあります。すみません。答えられるものだけでも良いです。）
＞①正帰還の原因が特にグラウンドが怪しいと思われる理由は何でしょう？
＞②グラウンドが原因で正帰還しているとは具体的にはどのような状態なのでしょうか？
　イメージがわからず、参考URLなどありましたら教えて頂きたく。
＞③グラウンド以外に考えられる要因は何がありますでしょうか
＞④正帰還の話とは違うかもですが、スピーカーの駆動によりグラウンドが揺れ、プリアンプに影響する。などはあるのでしょうか？
（スピーカー発振時、電源電圧が4V⇒約3Vに落ちていたのが気になりました。）

以上の質問について
①ただの勘です。
　基板化されているのか、ユニバーサル基板なのか、ブレッドボードなのかも判らない状態での話ですので、これといった根拠はありません。
②スピーカー駆動電流は、最終的にはグラウンドを通って電源のマイナスに帰っていきます。
このリターン電流が流れる経路の途中に、プリアンプの入力段(マイクやR103のグラウンド）があると、入力段のグラウンドが振られて、その位相がどうなるかにもよりますが正帰還になる可能性はあります。
ただ、電源電圧低下の状況などを考えると、グラウンドではなく、正電源側の可能性の方が高いかも、という気もしてきました。
正電源側が振られても、R101,R102を通ってプリアンプ入力に帰る可能性はありますので。
③前述のように、正電源側も怪しいです。
　でも、電源・グラウンドだけが原因とも限りません。
　あらゆる可能性を一つ一つ潰していくことです。
④それはあり得ると思います。
　②の回答も、その一つですが、これについても、それだけとは限りません。

すごーく難しい問題かもしれませんし、もしかしたら現物を見たら、「なーんや。こりゃあかんに決まっとるわ。」というような簡単な問題なのかもしれません。
回路図には表せないものがありますから。

お礼

ありがとうございます。
それぞれのアンプごとでの検証を進めて
基板を再設計しようと思います。
参考URLなどありがとうございました。

皆さん本当に参考になりましたが、
特に詳細に説明を頂き、わかりやすかったと感じましたので、ベストアンサーとさせて頂きました。
ありがとうございました。

回答No.7

lumiheart

前出の先生方が何故か問題としてない事

プリアンプと後段アンプはそれぞれ単独では正常に動作するんでしょうか？

具体的に例えば
普通のテレビとかラジオのイヤホン端子に後段アンプを接続したら？
マイクとプリアンプのセットをステレオのライン入力に接続したら？

プリアンプか後段アンプのどちらかに不具合が有るのか？
或いは両方に不具合が有るのか？

プリアンプ或いは後段アンプそれぞれはオーディオ帯域全域で正常動作するのか？
例えば特定の周波数で歪みが大きくなるとか？
音質はどーなのか？　所謂HiFi音質か？昭和時代の電話並みか？

回答No.6

sonohenno_rf

＞（スピーカー発振時、電源電圧が4V⇒約3Vに落ちていたのが気になりました。）

こんな肝心な事を今更言う？
モーターボーディング起こしているのではないでしょうか
電源容量が足りないか、電源インピーダンスが高いのではないかと思う

回答No.5

kantaro1985

プリアンプ側に問題がありそうな事と、あと、スピーカーを繋いだ時に発振する（のですよね。スピーカー繋がなかったら発振波形も出てないんですよね。音がしなくなるだけではなくて）状況から想像すると、出力段の信号がプリアンプの入力側に正帰還してしまうルートが形成されてしまっているのではないでしょうか？

正帰還してしまう原因は、色々考えられますけど、やっぱり私はグラウンドが怪しそうな気がしています。

お礼

プリアンプ側に問題がありそうな事と、あと、スピーカーを繋いだ時に発振する（のですよね。スピーカー繋がなかったら発振波形も出てないんですよね。音がしなくなるだけではなくて）状況から想像すると、出力段の信号がプリアンプの入力側に正帰還してしまうルートが形成されてしまっているのではないでしょうか？

⇒その通りです。
　スピーカー（ないしは10Ω抵抗）を繋いだ時のみ発振波形が観測されます。
　オープン状態の時や1kΩを接続した際には正しく増幅された波形が出ていました（1kΩは増幅確認したか怪しいですが、少なくとも発振はしてませんでした。）
　プリアンプの信号入力が最終的にスピーカーのラインまで繋がってしまっているので、その可能性は考えられるかと思います。

正帰還してしまう原因は、色々考えられますけど、やっぱり私はグラウンドが怪しそうな気がしています。

⇒もし可能であれば、下記お聞きしたいです。
（たくさんあります。すみません。答えられるものだけでも良いです。）
①正帰還の原因が特にグラウンドが怪しいと思われる理由は何でしょう？
②グラウンドが原因で正帰還しているとは具体的にはどのような状態なのでしょうか？
　イメージがわからず、参考URLなどありましたら教えて頂きたく。
③グラウンド以外に考えられる要因は何がありますでしょうか
④正帰還の話とは違うかもですが、スピーカーの駆動によりグラウンドが揺れ、プリアンプに影響する。などはあるのでしょうか？
（スピーカー発振時、電源電圧が4V⇒約3Vに落ちていたのが気になりました。）

参考：現在グラウンドは電源も信号も関係なくベタパターンです
プリアンプと後段アンプはケーブルで繋がってます。
（容量性負荷となっている可能性がある）

回答No.4

ohkawa3

補足を拝見しました。
状況からすると、プリアンプ側に問題がありそうですね。
マイクに2.2kΩを介して電源を供給していますが、電源にノイズ成分が含まれていると、ノイズ成分も増幅して出力することになります。
マイクへの電源供給部がノイズの原因か否かを確かめるために、この部分だけ別の電池をつないで確認してみてください。これでノイズが減れば、マイクへの電源供給回路が不適切だと結論付けられます。
また、上記と並行して、マイクのアプリケーションノートを参照して、推奨する電源供給方式を確認することをお奨めしたいと思います。

回答No.3

kantaro1985

補足の状況から見ると、ハウリングでは無さそうですね。

ちなみにこの回路は、どのような実装状態でしょうか？

ブレッドボード？、ユニバーサル基板？、それも基板をパターン設計・制作して実装されているでしょうか？

ある程度のゲインのあるアナログ増幅回路の場合、回路図的には問題の無い回路でも、グラウンドの取り方だけで異常な動作をする事もよくあるので、そのあたりも見ていった方がいいように思います。
（見当違いかもしれませんが）

写真でもあれば、もう少し分かるかも知れませんが、質問者が後から写真を貼るには、一旦、この質問を締め切って、新しい質問で写真を貼るしかないので、それをやるのは、もう少し文字によるやり取りで状況を整理してからの方がいいかもしれませんね。

お礼

ちなみにこの回路は、どのような実装状態でしょうか？
⇒パターン設計したものに実装しています。

ある程度のゲインのあるアナログ増幅回路の場合、回路図的には問題の無い回路でも、グラウンドの取り方だけで異常な動作をする事もよくあるので、そのあたりも見ていった方がいいように思います。
（見当違いかもしれませんが）
⇒ベタパターンで、電源GNDも信号GNDも接続しています。
　ちなみにどのような取り方が良いなどあったりしますでしょうか？
　参考URLなどありましたら教えて頂きたく。

回答No.2

sonohenno_rf

こんなのは先ずマイクとスピーカーの間を音響的に遮断、つまりどちらかを手で覆ってみて症状が軽くなれば、ハウリングという現象で普通にあることです。

お礼

回答ありがとうございます。
ハウリングでは無いのかなと考えております。
というのもスピーカーの代わりに10Ωの抵抗を接続してみたのですが、同じく波形の発振が確認出来たためです。

回答No.1

ohkawa3

「ガーーー！！！」との音で、お困りであることは分りました。
ご提示頂いた情報で不具合の原因を言い当てるほど経験がある訳ではないので、ご確認になることをお勧めしたいことを幾つか記載してみます。

・5V電源と並列に接続されているコンデンサの容量が不足かもしれません。数100μF以上の電解コンデンサをAMP回路の近傍に接続して、様子をみてください。
・5Vを供給する電源は、十分な容量があるでしょうか？どの程度の電流容量がある電源をお使いになったのでしょうか？
・マイクを接続しなければ問題が生じないのか、マイクの端子をGNDと接続して様子をみてください。
・ゲインが高すぎで不具合が起きているかもしれないので、R105と並列に10kΩを接続して様子をみてください。また、R108と並列に10kΩを接続して様子をみてください。
・スピーカーを接続した状態で、回路図の手書きの線で表している接続を外して様子をみてください。
・的確な回路図の描き方から推測すると、出典がありそうに思えます。マイクで拾った音を拡大してスピーカーから出力するような応用回路なのでしょうか？ 出典をご教示ください。

お礼

ご回答ありがとうございます。
確認事項ご提案頂きましてありがとうございます。
手早く確認出来そうなものを実施してみました。
残項目も確認予定です。

・5V電源と並列に接続されているコンデンサの容量が不足かもしれません。数100μF以上の電解コンデンサをAMP回路の近傍に接続して、様子をみてください。
⇒100u, 470u を試してみました。
　特に変化は見られませんでした。

・5Vを供給する電源は、十分な容量があるでしょうか？どの程度の電流容量がある電源をお使いになったのでしょうか？
⇒こちら説明が漏れておりました。電池使用で、電源は約4Vです。
　安定化電源の類を持っていなく、試しにACアダプタ(5V)を試してみたところ
　音がより大きくなりました。

・マイクを接続しなければ問題が生じないのか、マイクの端子をGNDと接続して様子をみてください。
・ゲインが高すぎで不具合が起きているかもしれないので、R105と並列に10kΩを接続して様子をみてください。また、R108と並列に10kΩを接続して様子をみてください。
⇒未確認。検証予定

・スピーカーを接続した状態で、回路図の手書きの線で表している接続を外して様子をみてください。
⇒スピーカーからの音が消えました。
　ハム音というんでしょうか？完全に消えたわけでは無いですが
　少なくともノイズ音ではなくなりました。

・的確な回路図の描き方から推測すると、出典がありそうに思えます。マイクで拾った音を拡大してスピーカーから出力するような応用回路なのでしょうか？ 出典をご教示ください。
⇒各ICのデータシート、ネット情報を参考にしながらの為、特に出典は無いです。

補足

・ゲインが高すぎで不具合が起きているかもしれないので、R105と並列に10kΩを接続して様子をみてください。また、R108と並列に10kΩを接続して様子をみてください。
⇒こちらも検証を行いました。
　R105を10kΩに変更したところ
　電源を入れた瞬間の発振は無くなりましたが
　マイクに一瞬でも入力が入ると永続的にスピーカーがなり続けました。
　一応ハウリングの可能性も考慮し、スピーカーでなく10Ωの
抵抗を接続しましたが、現象は変わらずでした。

他にも気になる確認項目ありましたら教えて頂けると幸いです。