ClassAAヘッドホンアンプの作例

t.i様のClassAAヘッドホンアンプ作例を紹介します。
アルトイズ缶に素敵に収まってます。

黒いボリュームつまみと良くマッチしております。

なんだかあつらえたのごとく素敵に綺麗に収まってますね。
実装技術の高さをうかがえます。

LEDやスイッチの実装なんて素敵。LEDは、たぶん意図的に缶の穴から離して配置しているように感じます。

JJも、泣きながらアルトイズのミントを完食して、空き缶を持ってますが、最近歳のせいか小さな回路の作成が億劫になっております。
この作例をモチベーションとし、ポタアン作成を検討してみます。。。検討だけしてt.i様が作ることを期待してたりして。

t.i様、初段のオペアンプの型番が読めないので教えてくださいね(笑)

他の方も作例があればぜひ紹介してください。
コメントいただければ、一時的にメアドを公開しますー


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振り返り「ヘッドホンアンプ編」その２

トップの序列が変わってしまった。

①究極のClassAAヘッドホンアンプ。設計＆実装編
あんな簡単な回路で②を抜いてしまった。ClassAA恐るべし。
フルディスクリートじゃないから悔しい。でも、①＞②じゃなくて、①≧②なんだからね！

②低歪ディスクリートヘッドホンアンプの作製Vol2
シミュレーション上で、はるかに超える特性を持った①に負けた。
でも、こいつは生々しい音がするのだ。情感たっぷり。

以下の序列は同じ。


当分ヘッドホンアンプはこの２つのローテーションで生きていけそう。
何か新しい回路や閃きがあったら、またその時考えてみよう。

大昔の回路とか今見ると参考になったりするんですよね。シンプルなんだけど奥が深かったり。
アンプって、あっち立たすとこっち立たずみたいなとこがあるんですが、そいうとこを清々しさを感じるぐらい割り切ったり。
色々と勉強になったりします。

次は「究極のClassAAパワーアンプ（仮称）」なんかを作って、その後は久々にポタアンでも行こうかな。
まだ目が見えるうちに(笑) だって、ポタアンって細かい作業なんだもん。
ClassAAって、もの凄く効率が良いんじゃないかと感じていて、ポタアンに合うんじゃないかと思ってます。


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【訂正記事 完結】ClassAA再び。パワーアンプ編（★★★★お勧め）

前回の投稿より、

R1～R4全ての抵抗の誤差が5%の場合、

R1*R3=R2*R4

が成り立つためには、R3が約±2Ωの調整が必要なことがわかった。
しかし、10Ωを中心として±2Ωとすると、12Ωの可変抵抗器（それも多回転）が必要となる。しかし、そんな都合の良いものは存在しない（あるかもしれないがたぶん高価）。

ここでR3の理想的な回路を考えてみる。実はR3は10Ωを中心として±2Ωが可変であればいいのである。したがって、

これがR3の理想的な回路だと思う。この合成抵抗の抵抗値の範囲は、
8.2Ω～11.79Ωであるので、前回の投稿のR3の最適値範囲を完全にカバーしている。それに加え、10Ω可変抵抗器での調整幅が2Ωになり、超精密な調整が可能となる。

が、しかし！

既に回路を実装済み、かつ、Wブリッジ部分は混み合っており、今さら抵抗1本と多回転可変抵抗器を実装する場所が無い。。。

そこで、次のように妥協した。

つまり、R1の抵抗値を少し大きくして、R3を10ΩのVRとするのである。
結局は、R1*VR3=R2*R4さえ成り立てばいいのである。ホイートストンブリッジのテクニクスが考えた黄金比は崩れるが、JJには黄金比の論理的理由が分からないからいいのだ。

この変更により、VR3は、

	最悪ケース１		最悪ケース２
	最大値		最小値
R2(33Ω)	34.65		31.35
R4(0.1Ω)	0.105		0.095
R2*R4	3.63825		2.97825
	最小値		最大値
R1(0.39Ω)	0.3705		0.4095
VR3(10Ω)の最適値	9.819838057		7.272893773

となるので、完全に調整範囲内に入る。

ということで、修正後の回路図。

Wブリッジ部分のみ修正。

パーツレイアウト図は、、、

Wブリッジ部分が重なってるやん！

※NJM7915部分も重なってるが、この重なってるコンデンサってタンタルコンだから実際はずっと小さいんですよ。


いや、既に実装済みだもんで、分かってますよ、無理矢理ですよ。
ここはJJの実装技術を屈指してと。

先ずはポテンショメータ（多回転可変抵抗器）の下準備。真ん中の端子は予めどちらか一方の端子と接続しておく。

Wブリッジの実装部分はこんな感じ(笑)

この投稿は、既に実装した人向けに書いてある（あまりにも申し訳ないので…）から、新規に実装する人はちゃんとレイアウトを引き直してね。

Wブリッジの調整方法であるが、一端ブリッジに繋がっている全ての線（パターン）をカットして、

この状態でポテンショメーターを回し、電圧がゼロになるように調整する。
その後は、一端カットしたパターンを再度繋げて終わりである。

出来上がったアンプの全貌。

回路正面見えるアングル。

回路背面が見えるアングル。

ホムセンのＬ字金具が良い仕事をしている。
見ての通り、オペアンプとパワーオペアンプ以外は全て一般品である。
抵抗はカーボンに酸金、電源用の電解コンは一番安い一般品。
この中で一番高価なのは、やっぱり大きさに比例してトランスだ。でも、やっぱりトロなんとか、なんとかコアと違っていたって普通のトランス。
あっ！ボリュームにちょっといいの使ってた(笑)

今回の修正の結果としては、

この修正前は初段のオペアンプがギリ触れるぐらいアッチッチだったのが、ほんのり温かい程度までに下がった！

良かった、大成功。やっぱりいい加減に作っちゃダメよね。反省。。。

相変わらずClassAAの音は素晴らしい。終段オペアンプの出力が最大2Aなため、パワーアンプとしては小出力であるが、全くそれを感じさせない。
究極のClassAAヘッドホンアンプ編でも使ったが、マジ鳥肌。

このアンプはLM675TをClassAAで試すための、少々企画モノと考えている。
そして、まだこのアンプには改善点があるのだ。
それは、究極のClassAAヘッドホンアンプ編と同じロジックにすること。

つまり、今はオペアンプの1回路をボルテージフォロアで眠ってもらっているが、こいつをバランサーとして、終段（というか、Wブリッジの前）に大きな電流を流せるトランジスタなりFETでバッファを付けることである。

現在、お気に入りのサンケン製トランジスタで構想中。。。
おそらく、究極のClassAAパワーアンプとなり、お勧め★が1つ増えるはず！


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【訂正記事その１】ClassAA再び。パワーアンプ編

今回のパワーアンプ、ホイートストンブリッジが崩れると初段のオペアンプが過負荷になる可能性が分かった。ここに訂正する。
もし実装前なら中止、実装後ならごめんなさい。。。

下図に今回のホイートストンブリッジを示す。

ホイートストンブリッジの前提は、

R1*R3=R2*R4

である。これが崩れると、ホイートストンブリッジの性質を失ってしまう。
この性質というのは、A-B間の電圧がゼロになることである。

ここで、全ての抵抗が誤差5%だとすると、次の２つの最悪ケースが考えられる。

	最悪ケース１		最悪ケース２
	最大値		最小値
R2(33Ω)	34.65		31.35
R4(0.1Ω)	0.105		0.095
R2*R4	3.63825		2.97825
	最小値		最大値
R1(0.33Ω)	0.3135		0.3465
R3(10Ω)の最適値	11.60526316		8.595238095

最悪ケース１は、R2とR4が最大値、R1が最小値のケースである。この場合のR3の最適値は、約11.6Ω。
最悪ケース２は、R2とR4が最小値、R1が最大値のケースである。この場合のR3の最適値は、約8.6Ω。

したがって、R3は±約2.0Ωの幅を持たせないといけない。つまりR3を可変抵抗器として、ホイートストンブリッジが成立するようにR3を調整する必要がある。

ヘッドホンアンプ程度なら誤差1%の金属被膜抵抗も使えるし、たとえ1%の誤差範囲で最悪ケースになっても、そこまで問題にならない。少々オペアンプが頑張れば良い。

ただし、パワーアンプになると扱う電力が大きいため、最悪の場合はオペアンプが昇天する可能性がある（たぶん）。そもそもホイートストンブリッジが成り立ってないなら、そのご利益にも預かれないし。

回路の見直しと、調整方法の検討をして、出直してきます。。。

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究極のClassAAヘッドホンアンプ。最後に。

最後に、パーツ表とレイアウト図を公開し、ホイートストンブリッジを考えたサミュエル・ハンター・クリスティさんと、それを実用化したチャールズ・ホイートストンさん（Wikipediaを参照）、さらにオーディオへの応用を考えついたテクニクスの中の人に敬意を表したい。

パーツ表。電源は別途用意すること。

パーツ	個数	購入先	備考
10Ω金属被膜抵抗	2	千石など	Wブリッジ用。誤差1%以内のもの
33Ω金属被膜抵抗	2	千石など	Wブリッジ用。誤差1%以内のもの
1kΩ金属被膜抵抗	2	千石など	Wブリッジ用。誤差1%以内のもの
3.3kΩ金属被膜抵抗	2	千石など	Wブリッジ用。誤差1%以内のもの
24kΩ金属被膜抵抗	2	千石など	負帰還の接地抵抗。誤差1%以内のもの
47kΩ金属被膜抵抗	2	千石など	負帰還抵抗。誤差1%以内のもの
2.2Ωカーボン抵抗	6	千石など	Trプッシュプルの出力抵抗と、最終出力抵抗
22Ωカーボン抵抗	4	千石など	電源用電解コンデンサ1000uFとローパスフィルタを構成
16kΩカーボン抵抗	2	千石など	入力抵抗
4.7pマイカコン	2	東京ラジオデパートなど	位相補償
0.1uフィルムコン（小さいのがいい）	4	秋月、千石など	オペアンプの高周波ノイズ取り。積層フィルムなど
1000u/16V電解コン	4	千石など	回路全体の電源用。22Ω抵抗とローパスフィルタも構成
LME49720NA	2	秋月、千石など	LM4562NAでも良い。2回路入りのお気に入りのもので
2SK246	4	秋月、千石など	2mAの定電流源として使用。可能なら選別すること
2SC2120	2	秋月など	2SA950とプッシュプルを構成。Wブリッジへのバッファ
2SA950	2	秋月など	2SC2120とプッシュプルを構成。Wブリッジへのバッファ
1N4148	4	秋月など	プッシュプル回路のバイアス生成用
10kΩ Aカーブ2連ボリューム	1	若松、マルツなど	抵抗値が入力抵抗以上のものは使わないこと
ユニバーサル基板	1	秋月など	秋月のユニバーサル基板Bタイプなど

パーツレイアウト図。ユニバーサル基板は、秋月Bタイプを想定。それより大きければ何でも良い。

あらためてClassAAの素晴らしさを知った週末であった。

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究極のClassAAヘッドホンアンプ。設計＆実装編（★★★★★お勧め）

最終的な回路図。

※回路図に色々間違いがありました。ごめんなさい。差し替えました。
※電源部分を間違っていたので修正。

シミュレーションでの評価回路。

※シミュレーションは似通った適当なパーツを使用。

周波数特性。

300kHz近くまでフラット。その後の減衰もなだらか。

歪率。

2Vpp出力時。

Total Harmonic Distortion: 0.000022%

6Vpp出力時。

Total Harmonic Distortion: 0.000064%

この時のバッファ出力抵抗（2.2Ωの両端電圧）の波形は、

B級に近いAB級。したがって、ここでは歪みが発生しているはず。
それでも上記の歪率である。

6Vpp時のオペアンプの負荷状況。

緑線が出力電圧（左縦軸が目盛）。上が+3V、下は-3Vまでスイングしている(6Vpp)。負荷抵抗は、2.2Ω＋32Ω（ヘッドホンを想定）。
青線は初段のオペアンプ出力電流（右縦軸が目盛）。±100uAしか流れていないことが分かる。負荷が少ない分、歪みの除去に専念できているはず。
緑線は二段目段のオペアンプ出力電流（右縦軸が目盛）。上が+400uA、下が-600uAしか流れていない。電流増幅よりバランサーの役割の方が大きいことが分かる。

実装。

オペアンプ周辺と、1ch分のバッファまで実装。

全パーツの実装完了。

ケースへ組み込み。オフセットは左右とも数mV以内（全く問題無い値だったため数値は忘れた）。
百均で買ったヘッドホン（吸音材でぐるぐる巻き）をダミーロードとして、ボリュームMAXにしてもオペアンプ・トランジスタ共に全く熱くならない。ぬるま湯ぐらい。

実際の音を聴いてみた。
LME49720NAが支配的な音である。
と言うか、LME49720NAの能力・性格を全て出し切っている音だ。
言葉で表現すると。そうだな、

鳥肌が立った。

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究極のClassAAヘッドホンアンプ。構想編

ClassAAの回路は、電流の増幅が肝ではないかと思うにいたった。
ということで、このような回路を考えてみた。

つまり、元々電流増幅を担当していたオペアンプにバッファを追加して、バランサーとして専念してもらい、初段のオペアンプはひたすら電圧増幅と歪み除去に専念してもらうのである。

バッファーを追加したおかげで、入力に2Vppのサイン波を印加しても、初段の出力は160uApp、二段目の出力は1mAppに収まる。余裕の動作である。
また、バッファを追加することでドライブ力が超絶に上がり、出力抵抗を2.2Ωまで低くできるため、出力インピーダンスを劇的に下げることができる。

この評価回路で、2Vppのサイン波を印加した場合、出力は約5.5Vppにもなるが、その時の歪率は、

0.000060%

ほんまかいな？

さて、週末は部品集めと実装に取りかかろう。


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LM324N使用、ClassAA 3パラヘッドホンアンプ。実装編（★★★お勧め）

LM324Nを使った３パラClassAAヘッドホンアンプを実装してみた。

回路図。部品点数は少なめでスカスカ。配線がちょっとめんどい。
一応、チャンネルセパレーションを考慮して、電源はローパスフィルタを構成してある。

実装後。なんだかLM324Nが高級に見えてくる不思議(笑)

JJには珍しく、抵抗・電解コンデンサ共にオーディオ用と謳っているのを買ってしまった。。。やっぱり高い。抵抗はタクマンREYで１本３０円、電解コンデンサは、「Jovial」なんて呼称が付いてる東信のUTSJで１本１６０円。。。高い！
メインのLM324Nが１個２５円なのに(笑)
※一応位相補償として、4.7pのマイカコンを付けてます。茶色いやつね。

その音はどうだろうか。。。

ぶったまげた！

１個２５円が１個２５０円にグレードアップしたような感じだ。
これがClassAAの威力なのだろうか、驚きである。
こんな簡単な回路で、こんな汎用なオペアンプでここまでの音が出るとは。
もし、実際作る人がいたら、オーディオ用なんて全く必要ないから、一般品で作ってください。ただし、抵抗だけは誤差１％の金属被膜抵抗を使うことよ。
とても安く作れるし、LM324Nでこの音が出るのか！と驚きを感じます。

しかし、問題も１つあり、それはオペアンプが少し熱を持つことである。触れるくらいだから特に問題は無いのだが、理論上は３パラもしてるんでヘッドホンぐらい余裕ぶっこいていいはずなのに。
色々調べてみると、どうも３パラが３倍の働きをしてないようで、その分を初段のオペアンプが超絶に頑張っていることが分かった。シャア専用とはならなかった。。。

しかし、これが大きなヒントになり、たぶん次回の究極のClassAAヘッドホンアンプに繋がるのであった。


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LM324N使用、ClassAA 3パラヘッドホンアンプの構想。

もう少しClassAAに拘ってみるとする。今度はヘッドホンアンプ。

単純に２つのオペアンプだと面白くないから、電流増幅部をパラってみる。
これにうってつけのオペアンプがある、そうこいつだ、LM324N(笑)
1パッケージあたり25円、1回路あたり6.25円という、庶民的というか底辺なオペアンプだ。
1chあたり1つのパッケージとすると、オペアンプ4つ入りなので必然的に電流増幅部は3パラになる。

こんなんできました。

これ以上ないほどに単純にパラレル。
一応、シミュレーションはしてみるか…

LTspiceによる評価回路。本当に単純にパラっただけだ。
さっそくシミュレーションしてみる。

先ずは周波数特性。ClassAAの特徴なのか、やっぱり100MHz付近に山がある。まぁ、そんなに鋭くないし、位相補償は入れないでおくか…

2Vpp時の出力波形。綺麗にサイン波が出ている。この時の初段の出力電流は、

最大500uAである。
少なっ！ClassAAの特徴がもの凄く出ている結果だ。

歪率はどうだろうか。

これは出力が1Vpp時の歪率である。

Total Harmonic Distortion: 0.000196%

まぁ、オペアンプがアレだし、ClassAAでもこんなものか。最近、下4桁までゼロでないとイマイチ感が出てきた。

ちなみに、2Vppまで出力を上げると、

Total Harmonic Distortion: 0.000394%

それなりに悪くなるが、下3桁ゼロはキープしている。

ClassAAは、ホイートストンブリッジの精度が肝であるので、不本意ながら今回はカーボン抵抗は止めて精度の良い金属被膜抵抗を使ってみよう。

さて、明日から部品集めを始めるか。


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ClassAA再び。パワーアンプ編。その後。

ClassAAパワーアンプ、悔しいかなディスクリートで作った10Wパワーアンプと遜色ない音が出てしまった。
特に締まった低域のアタック感が凄い。低～高域に渡りメリハリと力強さがある。

ディスクリート10Wアンプは、決して悪い音では無く、バランスの良い温かみがあり、生々しさを表現できるが、ClassAAは全てをさらけ出すような、少し尖った音である。

比較はできないが、オペアンプたった２つでここまでとは、ClassAA恐るべし。
作ってはいけないアンプだったかもしれない。。。

あともう少し、今度はヘッドホンアンプで研究してみる。

※後日訂正記事を投稿します。
・訂正記事その１
・訂正記事完結


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ClassAA再び。パワーアンプ編。設計＆実装＆完成！

あれから色々検討した結果、最終的には次のような回路となった。

※Zobelフィルタが抜けてたので差し替え。
※LM675直近の電源用コンデンサ(1000u)が抜けてたので差し替え。

前段のオペアンプには贅沢にもMUSES8920を奢ってみた。それも左右別基板としたので、１回路分はボルテージフォロアで殺してある。

前記事より、ブリッジの抵抗値をそれぞれ1/10とし、定格ワット数を0.33、0.1、0.22を1Wとした。シミュレーションでは、入力に2.0Vppを与えても1Wで収まる結果である。

シミュレーションでの周波数特性。

100KHz付近に少し山があるけど、そう鋭くもないし良しとする。

約1W出力時の歪率。

Total Harmonic Distortion: 0.000034%

ClassAAの特徴なのか歪率は良い。パワーアンプにしてはアホみたいに良い値である。でも、やっぱり100KHz付近に山が(笑)

作ってみた。

水平に保つため、エアコンのリモコンの上に乗っけてあるが、気にしないで欲しい。1W抵抗は酸金を使っている。こいつら熱を出すから基板から少し浮かして取り付け。
中央奥に鎮座してらっしゃるのがLM675ご本尊である。3Aも流せるパワーオペアンプ。

LM675だけで基板を支えるのは心許ない（パワーなくせ足が細いんですよ）ので、ホムセンで買ったL字金具で取り付けを補強している。

LM675はケースで放熱してある。この放熱面、ちゃんと雲母版で絶縁してたのだが、最初は金属ネジを使ってしまい、

　・ヒューズを１回飛ばす
　・SBDブリッジが２回火を噴く（なぜか負電源だけ）

原因がさっぱり分からなく、うっちゃり投げ出しそうになったのだが、ふとLM675のデータシートを読んでみると、放熱面はVEE（つまり負側）だよと書いてある。それでやっと気がついた。金属ネジを通じて、アースと直結…つまりショートしてたんですわ(笑)それで、写真の通り、プラネジで固定してまつ。気がつくのに丸１日を費やしてしまった。その間、電源基板を２つダメにして、１つ新規で作ってしまった。。。

ヒューズが飛んでしまった応急処置。良い子はマネしちゃダメだ。

うっちゃり投げ出しそうな時、気分直しに餃子を作った。

今回は皮から手作り。

包む。

焼く＆食らう。
手作りの皮は、市販の物と比べものにならないくらいモッチモチしてて超絶美味しかった。ビールが進みまくった。皮の手作り、お勧め★★★★★★

ClassAAパワーアンプの話に戻すと、オフセットは０コンマ数mAの世界。流石オペアンプである。
音は、ClassAAのヘッドホンアンプと同じ傾向だ。上から下までとても綺麗な音。キッチリカッチリした音である。だからと言って、高域が耳に刺さることはない。割と大きな音を出しても、LM675は温かいぐらい。
回路図を見ると分かるとおり、初段のオペアンプはレギュレーターで±15Vまで落としてある。よって、レギュレーターによりリップルは除去されている。
特筆すべきは、LM675へはトランス２次側から整流したものを直接ぶっ込んでいる。リップルありマクリマクリスティである。
それでも、ノイズ皆無、ハムも皆無、クリアである。まぁ、そこまでフルスイングしてないせもあるが。
ちなみに、負荷6Ωで10W出力時（出力22Vpp）の歪率をシミュレーションしてみた。

さすがにノイズが増えるものの、それでも

Total Harmonic Distortion: 0.001177%

である。恐るべしClassAA。

このクリアな音を聴きながら、今は秋である、美味しい物が食べたくなった。

栗を剥くのはいつの時代も苦行である。。。これが美味しい栗ご飯になることを妄想してモチベーションを保つのであった。

虫さん、こんにちは。自主規制で画像を小さく＆モザイクをかけているが、苦手な方は閲覧注意。

炊けた。

食らう。

良い音で好きな音楽を聴きながら食べる秋の味覚は格別であった。
色々あったが良い連休になりそうだ。

アンプの全貌。
早くヒューズを買わねば。。。
回路自体は部品点数も少なく簡単なものだ。３連休、もう明日で終わりだけど、丸１日費やすぐらいの価値はあるかもしれない。この回路の肝であるLM675は秋○で売っている。

それとこのアンプ、案外パワフルである。かなり大きな音でJJが好きなメタル(笑)を流しても音を上げない。LM675も涼しい顔（熱くならない）をしてる。

もし、これを作りたいメタルファンがいたら、その旨のコメントをいただければ、パーツ表とパーツレイアウト図を公開するかもしれない。。。

なんと、リクエストがあったので、パーツ表とレイアウト図を公開するｗ

パーツ	個数	購入先	備考
10Ωカーボン抵抗	4	千石など	WブリッジとZobelフィルタ用
33Ωカーボン抵抗	2	千石など	Wブリッジ用
1kΩカーボン抵抗	2	千石など	負帰還の接地抵抗
9.1kΩカーボン抵抗	2	千石など	負帰還抵抗
100kΩカーボン抵抗	2	千石など	入力抵抗
0.1Ω/1W酸化金被膜抵抗	2	千石など	Wブリッジ用。1Wなら酸金でなくても可
0.22Ω/1W酸化金被膜抵抗	2	千石など	Wブリッジ用。1Wなら酸金でなくても可
0.33Ω/1W酸化金被膜抵抗	2	千石など	Wブリッジ用。1Wなら酸金でなくても可
100pフィルムコン	2	千石など	位相補償
0.1uフィルムコン	2	秋月、千石など	Zobelフィルタ用
0.1uフィルムコン（小さいのがいい）	2	千石など	指月SMCなど。7815のCout
0.33フィルムコン（小さいのがいい）	2	千石など	指月SMCなど。7815のCin
1u/16Vタンタルコン	2	千石など	7915のCout
2.2u/16Vタンタルコン	2	千石など	7915のCin
1000u/16V電解コン	4	千石など	LM675Tの電源用
NJM7815	2	秋月など	LM7815でも可
NJM7915	2	秋月など	LM7915でも可
好きな2回路入りオペアンプ	2	秋月、千石など	電圧増幅
LM675T	2	秋月など	電流増幅

以上全部、千石と秋月で全部そろう。

ユニバーサル基板は、秋月のCタイプ基板を前提としてあるが、それより大きければなんでも良い。
ただし、LM675Tの放熱を（アルミ）ケースに取り付けてするなら、基板のLM675Tの放熱面側を削る必要がある。ショートには気をつけて。
また、LM675Tは足を少し曲げて上図のように取り付けること。
オペアンプをソケットを使って取り付けるなら、必ず7815より先にソケットを取り付けること。パーツは背が低い物から順番に取り付ける鉄則である。
そうしないと、後で大変な苦労をすることになる。

※後日訂正記事を投稿します。
・訂正記事その１
・訂正記事完結

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