■はじめに

エフェクターも電気回路ですから大概の部品の値（諸元値）にはそれぞれ意味があります。にも関わらず怪しい回路、あやうい諸元値が跋扈しています。（基本的にMXR以降のエフェクターはスペックをキッチリと切って、品質管理に利用していたはずなんですけどね〜〜）
まあ、製作記事でも諸元値の求め方まで書いてある物が少ないので、フォロアが育たないのが原因のひとつだと思いますが…
（つーか、怪しい回路を作る人ほど”音が音で音な”耳で諸元を決めてしまう傾向があるような気がしてるのは私だけでしょうか(^^;)）

閑話休題、そこで、それらの諸元値の求め方を説明しようかと思ったのですが、骨董エフェクターの多くは電気回路の教科書の例題その物の物が多数あります。だったらわざわざ無能な私が設計力の無さを露呈する必要もなく、設計者の中でも優秀と思われる方々が書いた教科書に従って設計して見ようとする試みです。

いつもの手抜きのコバンザメ企画と言われてしまえば、そうなんですけど(^^ゞ
ちなみにタイトルのECBは国産トランジスタの足の並びでもありますし、トランジスタ技術誌ではエクボの妖精を召還する秘密の呪文とも言われています。(^^;)

と言う事で今回は基本中の基本”1石バイポーラブースター”を定本　トランジスタ回路の設計を参考に設計してみたいと思います。

■スペック決め
まずはブースターの主要スペック”ゲイン”をどれ位にするか考えました。

1. 80年代にデビューした名PU　ディマジオのスーパーディストーションはそれ以前のPAF(TM)タイプのハムバッカーの2倍（体感レベル）
2. PAF(TM)タイプのハムバッカーPUの出力は一般のシングルコイルPUのだいたい2倍(∴PUのタップ切り替え)
3. ビザールなギター（テスコの古いのとか）は前述のシングルコイルより小さい物が多い

■伏線
上記の議論と並行して回路をつらつらと考えます。今回はバイポーラトランジスタの1石ブースターですからこんな物でしょう。

まずはRvから

• 次段に接続する機器のZin<<本機のZout
• 次段のZinを大甘に見積もって1MΩとすると
• Rvは数100kΩのオーダーにしたいです。

• Rc<<Rv
• Rvが数100kΩのオーダーとすると
• Rcは数10kΩのオーダーにしたいです。

• ギターのZout<<本機のZin
• ブーストする位だからギターのボリュームは最大にしているはずで 大甘に見積もって10kΩ(上記の議論参照)として
• 本機のZinは希望としては100kΩ、最悪10kΩ（先に取ったマージン分）
• 本機のZin=(R1//R2//R3//(hfe+1)Re)
• R1はスイッチ切り替え時のパッチンノイズ防止用で1MΩ位だから無視すると
• R2、R3、(hfe+1)Reは最悪でも数10kΩのオーダー
• hfeをエイやーで100と見積もるとReは数100Ω以上

• シールド線の容量は大体50-300pF/mです。
• 本機の後ろに10mのシールド線をつなげるとすると
  300pF/m*10m=3000pFの容量が接続されることになります。
• シールドの容量<<C2
• が成り立たないとC2とシールドの容量で分圧されてしまいます。
  俗に言うリアクタンスアッテネータと言うやつです。
  この条件から
• 3000pF（シールドの容量）<<C2
• ここで10倍マージンを見込むと
• 0.03μF<C2
• で無いと、せっかく増幅した信号が減衰してしまう可能性があります。
  Queenのブライアン・メイなんて30mシールドを引っ張ったって話ですから
  これからすると0.1μFは欲しい計算になります。

■本題
ここからが本題です。定本　トランジスタ回路の設計のP37設計する回路の仕様を決めましょう。

• P37 設計する仕様
  

  バイポーラ1石ブースターの仕様

  電圧利得	16倍程度
  電源電圧	9V
  周波数特性	出たとこ勝負
  入力インピーダンス	10kΩ以上
  出力インピーダンス	100kΩ程度



• P37 電源電圧を決める
  電源電圧は9Vの積層型乾電池（通称006P）を使用しますから9V。
  ただし、電池の寿命は電源電圧で定義されていますから、ここでは6Vまで電圧の低下を見込みます。（Well Tempered Stomp Boxの電池の寿命参照）
  
  
• P38 トランジスタを選ぶ
  
  • 購入が容易
  • 設計資料、作例が豊富
  • プラス給電、マイナス側接地がしやすい
  以上の事からNPNトランジスタの2SC1815を選定しました。
  
  ここで、ゲルマをと言う声が聞こえてきそうですが、ゲルマトランジスタはIcboと言うパラメータがばらつく上に温度依存の関係が強く、こういうお気楽設計には不向きなので除外します。
  まあ、そこまでわかって設計してある作例ってあんまり見ないけど(^^;)
  （ゲルマ、ゲルマってぇ騒ぐ人ほど設計力に難がある人が多いような気が…）
  
  次にランクですが、先の入力Zの話を考えるとhfe > 100は必須です。
  

  2SC1815のhFE(1)分類

  ランク	O	Y	GR	BL
  hFE(1)の範囲	70〜140	120〜240	200〜400	350〜700
  ティピカル値	100	170	280	500

  ランクは東芝の資料から抜粋しましたが、ティピカル値はhfeの範囲を相乗平均して計算しました。
  
  今回のような場合はhfeは大きい方が、計算値に良く乗ってくるのですが、今後のコンテンツの展開を考えて、コンプリメンタリがとれるGRクラスを選びました。
  
  
• P40 エミッタの動作点を決める
  多くの書籍で”ここでは1mAとします”と決めうちで書かれている事が多いため、疑問に思う人が多いのでちょっと補足します。
  まず、トランジッション周波数fTはMHzオーダーですから、今回の様な場合は無視してかまいません。2SC1815のカタログには載っていませんが雑音指数NFに信号源抵抗Rg-コレクタ電流Ic特性と言うのがあって、これの特性の良い点が10μ-1mA程度にあるのが、主な要因です。
  
  今回の場合は、電池を使用しているため、消費電流と電池寿命の関係も発生します。私はこの手の回路はギターの中に突っ込んでしまっても不便無く使用可能なように、2ヶ月は持って欲しいので、1mAは流しすぎです。（ベースバイアス回路で消費する電流もあるから）
  そこで、今回は500μAとします。（Well Tempered Stomp Boxの電池の寿命再度参照）
  
  
• P40 RcとReの決め方
  教科書の(9)式よりRc:Re=16:1とします。
  ただし電源電圧が低いため、教科書のようにReの電圧降下を1Vとると利得を充分に取るRcが無くなってしまいます。（試しに計算してみるとわかると思います。）
  （Reの電圧降下を1Vとる方法については別の機会にまとめてみようと思います。）
  そこで、今回は最大振幅を得る方法でRcとReを求めてみようと思います。
  
  
• Ic=500μAとしてRcの両端の電圧が最大振幅(4.5V=9V/2)にするには
  4.5V/500μA=9kΩ
  ですが、ちょうど良い抵抗値がないため、利得に余裕がある方にとってRc=10kΩとします。
  
  
• 教科書の(9)式よりRe=Rc/16=9kΩ/16=560Ωとします。
  
  
• P40 ベース・バイアス回路の設計
  まず、hfeですが各ランクのワーストケース、今回はGRランクですからhFE=200と仮定します。
  また「”十分大きな”=10倍以上」と書いてありますが、30倍以上はほとんど性能が変わらない事がわかっています。またR1とR2に電流を多く流す=（入力Zを下げる&消費電流が増える）なので、ベース電流の10倍の電流をR2に流す事とします。
  
  Ib=Ic/hFE=500μA/200=2.5μA
  R2の両端の電圧VR2=VRe+0.6=Ic*Re+0.6=500μA*560Ω+0.6=0.9V
  R1=(9V-0.9V)/(2.5μA*10)=324kΩ
  R2=0.9V/(2.5μA*10)=36kΩ
  ここでR2=36kΩなんて抵抗値はありませんからちょっと多めに電流を流してR2=33kΩにします。
  同様にR1=324kΩもR1=330kΩにしても良いのですが、心持ちバイアス電流を流す方向にするためにR1=270kΩにします。（電池の電圧低下にも強くなる方向）
  
  
• Rvの決め方
  教科書に載っていないのですが、本機には負荷としてRvが接続されているため、Rvを決定します。
  Rcから見てRvは無視できるほど大きく、伏線の条件(Rv:数100kΩ)からRcの10倍としてRv=100kΩとします。
  カーブは一般の増幅器として使用するのならAカーブが適切ですが、今回はギターのボリュームの一環、音色コントロール機能も兼ねるため、Bカーブを選びます。
  
  
• P42 結合コンデンサC1、C2の決め方
  
  • 本機の場合のReが教科書と比較して小さめなのでトランジスタの入力Zが無視できる値になっているか確認する必要があります。
    トランジスタのベースから見たインピーダンスはhie+(hfe+1)Reですから、 まずデータシートのhパラメータ-ICの表から
    Ic=0.5mAの時のGRのhieを調べると15kΩ
    hfeはワーストで200
    以上よりhie+(hfe+1)Re=15kΩ+(200+1)*560=128kΩ
    R2=33kΩに対して128kΩですので、無視するか微妙なところです。
    物のついでに計算してみましょう。
    Zin=R1//R2//(hie+(hfe+1)Re)=270kΩ//33kΩ//128kΩ
    Zin=23.9kΩ
    
  R1//R2=29.4kΩですから無視するかやっぱり微妙ですね。(^_^;)
  
  
  
• C1の決定
  フルレンジブースターを設計する場合、6弦開放が82Hzですから
  fc=82Hzとします。（もっとハイファイをねらうならfcを1/10位に設定します。）
  教科書の(14)式からC=1/(2π*fc*R)
  


• ギターのピックアップ直後につなぐ場合
  C1=1/(2π*82*(ギターのZout+Zin))=1/(2π*82*(10kΩ+23.9kΩ))=0.057μF
  こんな諸元値はありませんから、帯域に余裕を持たせる方向でC1=0.068μFとします。
  


• 前段にエフェクターをつなぐ場合
  エフェクターの出力インピーダンスは本機の入力Zと比較して小さいとして無視すると
  C1=1/(2π*82*Zin)=1/(2π*82*23.9kΩ)=0.081μF
  これも帯域に余裕を持たせる方向でC1=0.1μFとします。
  

接続する位置に依存しないようにするにはC1=0.1μFにすれば良いと思います。


• C2の決定
  
これも教科書の(14)式から
C2=1/(2π*82*(Rc+Rv))=1/(2π*82*(10kΩ+100kΩ))=0.018μF
これも、こんな諸元値はありませんから、帯域に余裕を持たせる方向でC2=0.022μF
ただし、これもアンプに直に接続する場合はこれでよいのですが、前述の通りケーブルを引っ張る場合は下限値が制限されますから、ケーブルの長さで音量が変わらないようにする場合はC2=0.1μFにします。（このC2を大きくすると音量は変わりませんが、ケーブルの容量の影響は受けるので、ハイはやっぱり落ちます。この現象を回避するには出力インピーダンスを小さくするための回路が必要になります。）


• P44 電源のデカップリング・コンデンサC3、C4の決め方
  教科書通りC3は0.1μのセラミックコンデンサを使用します。 電池の内部抵抗は思ったほど低くないのでC4には470μF位の大きめの電解コンデンサを使用します。
  
  
• R3の決め方
  これはTips capacitorの片端開放のコンデンサを作らないことで説明している抵抗で、直流的に開放になっていなければ良く、あまり小さくすると入力Zがいよいよ下がってしまうのでR3=１MΩとします。
  
  
• R4の決め方
  この抵抗は複数のエフェクターと電源を共用した時に電源経由で回り込んできたノイズ、および粗悪なACアダプターを接続された場合のリップルフィルターとして使用するための抵抗です。ですが、今回はACアダプターを接続する予定も、複数のエフェクターと混載させる予定もないのでR4=0Ω(ジャンパー線を飛ばす)にします。
  
  
• P60 ローパス・フィルター回路
  C5は本機に回り込んできた高周波信号を減衰させる目的でfc=50kHz位に設定します。（AMラジオが500kHz位からあるのでなるべく低く設定したいけど、可聴帯域の上限が20kHzなのであまり下げられない。）
  
  
• C5の決定
  C5=1/(2π*50kHz*Rc)=1/(2π*50kHz*10kΩ))=318pF
  ちょっと位50kHzから下がってもわからないので減衰率優先の方向でC5=330pF
  

■PARTS LIST
以上をまとめると次のようになります。

ZAK PARTS LIST

Number	Value	Comment
BATT1	006P 9V alkaline	9Vアルカリ積層乾電池
C1	0.1μF	マイラーコンデンサー
C2	0.1μF	マイラーコンデンサー
C3	0.1μF	積層セラミック
C4	16V 470μF	電解コンデンサー
C5	330pF
J1	TRS Phone Jack	ステレオフォンジャック　非絶縁タイプ
J2	TS Phone Jack	モノラルフォンジャック　絶縁タイプ
R1	270kΩ
R2	33kΩ
R3	1MΩ	金属皮膜
R4	0Ω	Jumper
Rc	10kΩ
Re	560Ω
Rv	100kΩ B	Linear Curve
Tr1	2SC1815-GR
SW1	DPDT	MIYAMA DS-008
---	SNAP BATTERY	電池スナップ（英語はいい加減）
CASE	-------	気に入ったヤツ

■デバッグ
まず、お湯を沸かしてゆっくりお茶かコーヒーを飲みます。
集中すると脳がエネルギーを大量に消費するのでケーキ等を用意するともっと良いです。
ゆったりと休んだ後に、基板、配線等を穴があくほど見つめます。ここで誤りを見つけたら修正します。
それでも問題がなかったら本機のRvを絞った状態にして電池を挿入します。
次に入力J1にCD等の長時間音が出る物を接続します。
そしてテスターを使用して直流電圧が上記の設計通り（20%位の誤差はでる可能性があります。）になっているか確認します。
その後、音量を絞った小型アンプ（パソコン用の小さいスピーカ付きアンプが最適）に入力し正常に音が出るかSW、Rv等を調整して動作を確認します。（ヘッドフォンは誤って大音響がでた時、危険なので使用しない方が良いでしょう。）
うまくいったら、通常のギターとアンプを接続して音だしします。


うまくいかなかったら、上図のようなデバッグ用プローブを小型アンプに接続し、信号の通りそうな所を入力から順番に当たっていきどこまで信号が来ているか確認します。
信号が来ていない所があれば、そこを重点的に調べて治します。

■チューニング
ガンプラはもとい自作エフェクターはチューニングをしてこそ、本領を発揮します。
この手のエフェクターの個性を作る最大要因はC1、C2なので手始めにC1、C2変更の勘所について説明します。

• すぐ後ろにエフェクター、アンプを接続する場合
  本機の後ろにケーブルを10mも引き延ばさないのだったらC2=0.022μFまで小さくできます。C2を小さくすることによりボディーのこすれる音等の低域の雑音を少なくする事が出来ます。
  
  
• トレブルブースターを設計する場合
  
  • C1の決定
  • fc=3kHzとします。
    教科書の(14)式からC=1/(2π*fc*R)
    C1=1/(2π*3kHz*(ギターのZout+Zin))=1/(2π*3kHz*(10kΩ+23.9kΩ))=0.0016μF
    こんな諸元値はありませんから、帯域に余裕を持たせる方向でC1=0.0022μFとします。
    
  • C2の決定
    
  • C2=1/(2π*3kHz*(Rc+Rv))=1/(2π*3kHz*(10kΩ+100kΩ))=482pF
    同様な理由でC2=680pF
    
    ただし、ケーブルの容量が利いてきますので実際の所、C2=0.0033μF(利得のマージン分をケーブルで分圧する場合)が限度だと思います。さらに、長く引っ張る場合はフルレンジブースター時と同様にC2=0.1μFとします。
    
    
  以上をまとめると

  トレブルブースター時の変更部品

  C1	0.0022μF	マイラーコンデンサー
  C2	0.0033μF	マイラーコンデンサー(ただしケーブルが短い場合)

  
  
  
• ハムバッキングピックアップの場合
  ハムバッキングピックアップを搭載したギターをブーストすると、ボトムが太すぎて ボーボー、モーモー言う音になる場合があります。
  その様な場合は、C1をフルレンジブースター時の0.1μFからトレブルブースターの0.0022μFの間で気に入った音になる値に変更すれば良いでしょう。
  それでもまだ、モーモー感がとれない場合は、今度はC2を小さくする方向で調整します。
  （ハムバッカーの場合、ケーブルによる利得の減衰より音質の調整の方が問題になると思いますので…）
  
  
• いつもフルボリュームの場合
  音量のコントロールはギターのボリュームだけで十分だ！！
  ブースターの出力は常にフルフルだぜ！！
  なんて漢（とかいてオトコと読む）らしい人は、Rvを100kΩ以上の固定抵抗に変更しましょう。可変抵抗がガリガリ言う（俗にガリオーム）になる危険性が無くなります。
  おまけに、「可変抵抗は音の鮮度を悪くするから取っ払った！！」なんて大きなハッタリをかます事ができます。(^_^;;;;)
  
  
• ２段接続
  私の記憶では80年代のエレハモのカタログに
  ”2個つなぐと良い音がする”って書いてあったと思います。
  良い音かどうかの是非はともかくとして、
  2段全体の利得=1段目の利得*2段目の利得
  ですから本機を2段直列に接続した場合、（出力Zと入力Zによる分圧を無視すると）
  256=16*16
  と結構な利得になります。
  また、これくらいの利得があれば、後ろにダイオードクリッパーをつなげてディストーションにする事も可能です。
  また、一方をトレブルブースター、もう一方をフルレンジブースターなど色々バリエーションが考えられるので、それこそ無限の可能性を秘めているとおもいます。
  
  

■赤い彗星(THE RED COMET)
chopinと書いてショパンと読みますよね。（たぶんフランス語）だったらcharは何と読むでしょう。

深い詮索はしないで以下のチューニングを試してみて下さい。

ZAK THE RED COMET TUNE PARTS LIST

Number	Value	Comment
BATT1	006P 9V manganese	たぶん9Vマンガン積層乾電池
C1	0.1μF	セラミックコンデンサー（茶色い円板形）
C2	0.1μF	セラミックコンデンサー（茶色い円板形）
C4	NOT USE	何もつけない
Rv	50kΩ B	Linear Curve
Tr1	2SC828Q	もしくは2SC828AQ
Tr1	2SC1815-BL	上記が手に入らなかったら

性能は30%程度しか違わないのに「通常より3倍早い！！(ﾟOﾟ;」と言わしめるのは操縦者の技量だそうです。(^^;)
機材なんかの細かいことにこだわるより腕を磨く方が先と言うことでしょうか？(^^;)
準備万端整ったところで、
「機材の性能の違いが、戦力の決定的差でないということを教えてやる！」（￣＾￣）
と言い放ってギターを弾き始めましょう。(^^;)

もっとも個人的には赤い彗星より白い野生馬(mustang)の方が強そうな気がするんですが(^^;)

■最後に
いかにも設計方法っぽい話をしていますが、本当は赤い彗星ってリングネームのパロディーをしたかっただけのような気が…(^^ゞ

TV見てなかったので、チャールズブロンソンの「ウ〜ン、マンダム」ってCMの方が印象に強いです。

あ、ちなみにZAKとはザックワイルドとは全く関係なく、名作？アニメ「ポップチェイサー」（くりいむレモンだけど(^_^;;;)）に出てくる悪党の名前です。


この回路は全く試験していません。ご利用なさる場合はご注意お願いします。 またこの回路をご利用になって、発生したいかなる不利益も私は一切責任を負いませんのでご了承願います。

Last Up Date '05/06/09