コンデンサの働き

質問

LM386のキットを使ってステレオアンプを自作したのですが、
右チャンネルの入力に繋がれていたコンデンサが壊れたらしく音が鳴らなくなりました。
色々いじってる内にこのコンデンサをバイパスしてしまえば鳴ることに気付いたのですが、その際ブーンと言う音がします。

で、コンデンサの働きについて質問したい次第です。

キット回路図としては
http://www.cypress.ne.jp/f-morita/parts/ic/lm386.html
コレに近いですが、手元にあるものには
3番から10Kの間に16V10uFのコンデンサが挟んでありました。

過去ログなどから
１、高周波を通して低周波を通しにくい
２、電源を一時的に溜める
程度まではわかりましたが、今回は１のノイズフィルタとしてコンデンサが使われているのでしょうが、なぜコンデンサをつないだことで「ブーン」と言う音が除かれたのかはわかりません。
あと16v10uFの電解コンデンサを使っていましたが、この容量にはどういう意味があるのでしょうか。（つまり他の容量を使ったらどうなるのか）

宜しくお願いします。

回答No.2

PMN · ベストアンサー

いわゆる結合コンデンサですね。この結合とは、入力とアンプをつなぐという意味です。その役割は、アンプに直流が流れるのを防ぐためです。LM386はICですが、その内部はトランジスタと同価の回路で構成されています。普通の低周波増幅回路の場合は入力にバイアスといって、わずかの＋電圧(0.6Vであることが多い)がかかっており、この電圧と0Vの間の入力のみ受け付けます。文字で書くとわかりにくいですが、+-ですから、入力信号の大きさはその倍の1.2VまでOKとなります。この電圧を超えてしまうと、信号がひずみます。
入力に直流が含まれている場合、本来トランジスタに入るはずの信号の電位が上がったり下がったりします。信号が小さいうちは問題がないのですが、マージンが小さくなるわけですから、なるべくはそうしたくはない、それを防ぎたいと思うわけです。そのためには直流をカットすればよいので、コンデンサを入れるわけです。
ここにコンデンサを入れると、その容量によってカットされる周波数が変わります。(当然低域がカットされます)計算式は示しませんが、10μFというのは、このアンプを設計した目的に（おそらく音声・音楽増幅用)に合致した容量です。この容量を大きくすると(たとえば100μFとする)カットする周波数が上がりますから、低域が聞こえにくく(正確にはICに入る低域の信号が減る)なりますし、少なくすればより低域が増幅されるようになります。しかし、出力のスピーカーの問題もありますので、あまり低域を下げても意味がないでしょう。また、電源ハム(電源に含まれる50/60Hzの交流成分）も回り込んできますので、実験的にはいろいろ変えて試してみるとおもしろいと思います。なお、電源ハムは、電池に代えれば完全に止まります。また、電源の+回路とアースの間（ICの6番ピンと4または2番ピンの間)に大きめの電解コンデンサを入れると低減できます。
また、コンデンサを入れることで入力インピーダンスも下がります。インピーダンスをきちんと理解することは難しいですが、一言で言ってしまえば、交流回路(低周波も含まれます)に働く抵抗のようなものでしょうか。交流回路ではこのインピーダンスが一致したときにもっとも効率が良くなります。1の方もおっしゃってますが、この手の簡単なアンプの場合はローインピーダンスで設計する場合がほとんどで、まず600Ω以下です。
私の理解ではこんなところです。実は回路の学習にはICはあまり向いていません。ディスクリート（バラバラの部品・トランジスタ回路など）で組み立てた方がよりよくわかります。その際、オシロスコープなどがあるとより理解が深まります。最近はパソコンにつないで簡易オシロスコープになるような部品/ソフトウェアも安価に手に入りますので、そんなものも利用するとおもしろいと思います。

補足

「遮断周波数」とはどうやって求めるものなのでしょうか？
＃１の方が
＞時定数＝６００×１０×１０＾-6＝６ｍ秒
＞つまり１０００／６＝１６７Ｈｚ
と求めてくださいましたが、つまりどういうことなのか、
167Hz以下をすべてカットすると見てもいいのでしょうか？

電源の間に400uF程度のコンデンサを挟んでみましたが何も変わりませんでした。
+_________________→IC
　　　　|ココ
- ----------------←GND
場所が悪かったでしょうか？

学習用途にICを組み立てたのではなく「需要があったので作ってみた。」
でも壊れたから直そうとしたら気になりだしてきたという状況です。

回答No.5

Piyo_S_E

No.4さんの

『通常オーディオ信号(交流)はゼロボルトを中心にプラスマイナスに電圧が変化しています。この信号を直接増幅するには、本来、電源装置にプラス電源とマイナス電源を必要とします。ところが、今回の回路のようにプラス電源しか無い(電池駆動のアンプの殆んど)ので、ひと工夫必要になります。

例えば電源がプラス９ボルトの場合、4.5ボルトを中心にして、内部回路を動作させます。(回路動作上の制限は有りますが)これで見掛け上マイナス4.5ボルトからプラス4.5までの電圧を扱えるようになります。』

まさにコレが中心電圧シフトの回答です。
中心電圧は要はある波形があったときに、何処を中心に振れるかということです。

No.4様の例の様に4.5V中心に振れていた場合、0V中心に直してあげなければいけません。
コレをコンデンサーが行っているのです。

回答No.4

pochi2tama

質問者さんの回路の場合、デカップリングコンデンサ(直流分を阻止)だと思います。
以下大雑把に説明します。
通常オーディオ信号(交流)はゼロボルトを中心にプラスマイナスに電圧が変化しています。この信号を直接増幅するには、本来、電源装置にプラス電源とマイナス電源を必要とします。ところが、今回の回路のようにプラス電源しか無い(電池駆動のアンプの殆んど)ので、ひと工夫必要になります。

例えば電源がプラス９ボルトの場合、4.5ボルトを中心にして、内部回路を動作させます。(回路動作上の制限は有りますが)これで見掛け上マイナス4.5ボルトからプラス4.5までの電圧を扱えるようになります。

中心となる電圧が外部と異なると内部回路の直流成分が流れてしまい誤動作してしまうので、直流分をカットするためにコンデンサを使います。

また出力側のコンデンサも同様に、中間電位がゼロボルトでない場合、スピーカーに音がでていないときでも電流が流れてしまうのを防いでいます。
で、ハム音が発生した原因ですが、入力側に繋いだ機器に寄りますが、本来中間電位(上記の説明でいう4.5ボルト)になっているはすが、コンデンサが無かったために直流分が若干低い電圧に引きずられて、中間電位に電源に含まれるリップル分(ハム音の成分になる)が乗ったためと思われます。

＃中間電位について
例えば１階に玄関のある家で地下１階と２階は１階の上下(それぞれプラスとマイナスの位置)にありますが、もしこの建物の玄関を地下１階につけると全てプラス(他の階は玄関と同じか上の階)になりますよね。
このときの階段の役目をするのがコンデンサです。

あと＃１さんの回答にある遮断周波数ですが、その回路定数だとおよそ26[Hz]です。ハム音にはあまり影響ないです。
また＃２さんの
> この容量を大きくすると(たとえば100μFとする)カットする周波数が上がります…
は逆です。直列に入れたコンデンサなので容量を大きくすればカットする周波数は「下がり」ます。

補足

＞直列に入れたコンデンサなので容量を大きくすればカットする周波数は「下がり」ます。
とはさらに低い低周波をカットすることになると考えていいのでしょうか？
コンデンサの容量を大きいものを取り付けてみたらかなり広い範囲で低周波がカットされたような気がしましたが。

やったのは400uFを2個直列にして吹っ飛んだコンデンサのところにつけて見ました。

回答No.3

Piyo_S_E

入力の際に直流やラジオ、電源からのノイズを防止するものだと思われます。
スピーカーに直流が流れると破損してしまうので、ソレを防止するのと、中心電圧をシフトすると言う働き、etc・・・があると思います。

コンデンサはある周波数に対して「抵抗」の働きを持つので(その周波数は回路・容量などで決まります)余計な信号をカットするためのものだと思われます。
この場合、ブーンとなっている信号に対しての抵抗として働くような容量だったのですね。
・・・あと、簡単だからよかったものの中心電圧をシフトする意味でコンデンサーをはさむことがあります。(Micプリアンプのファンタム電源周りや真空管回路、単一電源でのOPamp回路など)
コレをバイパスさせてしまうと、モロに次の回路に電圧が掛かって下手をするとICを破壊してしまうのであいまいなままバイパスするのはこれからは避けたほうがいいでしょう。
もっとも、alxanderさんがコンデンサの意味を知っていたのであれば問題ないですが。

補足

直流が流れなくなるのは理解しました。
中心電圧をシフトするというのはどういうことでしょうか？

回答No.1

ymmasayan

ノイズフィルター(ブーンという電源ハム防止)だと思います。
荒っぽい計算ですが、普通６００オーム回路ですから
時定数＝６００×１０×１０＾-6＝６ｍ秒
つまり１０００／６＝１６７Ｈｚが遮断周波数となって５０／６０Ｈｚがかなり減衰することが判ります。

補足

すみません「電源ハム」「600オーム回路」「遮断周波数」と言う言葉ですでにわからないです。
当方の知識は「回路図どおり電子部品半田付けすれば動くよ。」程度なので。
50/60Hzがかなり減衰ということはACアダプタではなく電池から電源を取ればこのノイズは発生しないと言うことですよね？