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last update 05/07/18

 

　
2003/09/15
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3． 主回路図
3.1 ２００４．０２．０１　改

3.2 各部設計
出力段 ６０８０をプッシュプルで使用するときの出力段の検討です。

①　６０８０のＥｐ－Ｉｐ動作曲線にロ－ドラインを引きプレ－ト負荷を決めます。
Ｅpmax＝２５０Ｖ（最大定格）においてＥｃ≒▲１３５Ｖ、アイドリング４０ｍＡ前後を与えるとプレート損失がＰd＝１０Ｗとなり定格Ｐd＝１３Ｗにおさまります。


６０８０のＡＢ１級時の内部抵抗ｒｐはプッシュプル片側約６００Ωであり、５ＫΩの出力トランスを用いれば無帰還のダンピングファクタは　ＤＦ＝（５ＫΩ÷４）÷（６００Ω×２）≒１．０４となります。　

②ダンピングファクタは、私の使用目的がジャズ系のためＤＦ＝３～５といたします。、クラシック系は１０前後と思います．

ここでＤＦ＝３以上を必要とすると、所要ＮＦＢ量は
無帰還のＤ．Ｆが
　ＤＦ＝１．０の時（負荷１．２５Ｋ）　：　（１＋１）＊ＮＦＢ－１＝３より逆算して　所要ＮＦＢ＝約２（６dB）
　となります。

③固定バイアス
通常のオーディオ管と同様にカソード抵抗を測定しやすいように１０Ωとした場合です。しかしながらユニット間のバラツキが大きいため断念しました。
ロ－ドライン＝１．２５Ｋから、Ｅｐ－Ｉｐ動作曲線よりトランス１次側で約１６Ｗ／２５０Ｖの最大出力が得られることがわかります．この場合必要なグリッド入力は、２７０Ｖｐｐ／５０ｋＨｚ程度必要となります．

④半固定バイアス
実は当初，スピーカーの低域再生時のことを考えて（＝低域共振点をピークにインピーダンスが約３－６倍に上昇します。８Ωの場合４０Ωくらい），負荷をこの半分の２．５ｋΩとして設計しました。しかしユニット間のばらつきが大きく，対策のため半固定バイアスにしたところ，今度はドライブ段と直結ですので，バイアス点が最大出力時のとき電流値が増大すると深くなり，クロスオーバー歪が発生しました。
　考えてみるとあたりまえなんですが，対処に困りました。自己バイアスにして，コンデンサ結合するのが安直な解決策ですが，音の鮮度が落ちます。そこで最大出力がかなり落ちるのですが，負荷を増すことで電流値の変化が少なくなるよう，一般的な５ｋΩとして逃げました。
　直結にこだわったのは，”どこのコンデンサがいい？”などど言う議論から開放されますし，回路の挙動が予測できます。３００Ｖ近い振幅で広帯域と良好な特性を確保するためには高スルーレート，低オーバーシュートを要求されます。コンデンサが入っていたのではうまくありません。

カソード抵抗は標準で３３０Ωとし（Ｅｇ＝▲１３５ｖ，Ｉｐ＝４０ｍＡ時　自己バイアス１２Ｖ程度），ｇｍの低いものに対して，さらに３３０Ωや４７０Ωを並列に足してそれぞれ１６５Ω、１９４Ωとしてユニット間のバラツキを平均化しました。最終的にドライバ段で上下の波高とバイアス電圧を微調整します。これで両ユニット間における出力トランスのアンバランス量に収まるようにトリミングします。
半固定バイアスへ変更したのとプレート負荷を増やしたため動作クラスは通常のＡＢ１級よりはむしろＡ１級に近い浅いＡＢ１になります。

当然のことながらパワーは３０％近く減ってしまいます。

ただ、こうしたほうが熱暴走の対策にはなります。規格表には最大定格動作時にはプレート用直流抵抗の挿入、カソードバイアスの推奨、１００ｋΩ以下のグリッドリーク抵抗の記述があり熱暴走への対策の指示が出ています。低ｒｐにする為、幅広のカソードにグリッドが近接しており、発熱したグリッドが球を暴走させます。
3.3
ドライバー段



次にドライバー段です

初段はペアマッチドＦＥＴの２ＳＫ３８９ＧＲとし，カスケード用にＮＰＮ　Tr　２ＳＣ１２２２（Ｖｃｂｏ＝５０ｖ），ドライバ段に２ＳＣ１４８０（３００ｖ）を使用しました。
ファイナルを真空管式とする場合ｐｎｐ-Ｔｒに該当するものがありませんので、回路構成上、上下対称形式より、差動アンプ形式が都合がよいので採用しました。
ＯＴＬなどの場合でも２電源式にすると半導体ドライブは具合がよいので習得しておくと設計の幅が広がります


①初段差動カスケード
２ＳＫ３８９ＧＲの差動アンプにｎｐｎ-Ｔｒでカスケードしたものです。

初段差動カスケードのゲインはRL*ｇｍで求められます。
２ＳＫ３８９ＧＲのドレイン電流4mAにおけるｇｍを10ｍυとすると

2200（ＲＬ、Ω）*0.01（ｇｍ、２ＳＫ３８９ＧＲ　4mA）＝22

で、差動片側だけしか使いませんので約10程度となります。

　カスケード接続の理論は各種文献を見ていただくとして、考え方は通常のソース接地のドレイン負荷にベース接地エミッタ入力のバッファ－が追加されたもので、フロントのドレイン出力が吸い込み型の電流出力になったものです。上側トランジスタのベースがツェナーで固定され、上側トランジスタのエミッタと２ＳＫ３８９のドレインが－０．６ｖほど低い電圧で一定となります。このため２ＳＫ３８９のドレインの出力電圧がほとんど変化しませんのでＣｏｂ＊ゲイン＝ミラー効果の影響が劇的に軽減されます。負荷の変換は上側ベース接地アンプが受け持ち負荷抵抗（2200）Ωで電圧振幅に変えます。
　ソース側の定電流源ですが、簡単にツェナーとｎｐｎＴｒで８mAを作っています。半導体アンプの設計のセオリーとしては、基本的には初段の電流値を決め最大振幅が得られるようにカスコードアンプのコレクタにおいて所要電源の１／２前後になるよう負荷抵抗を計算します。Ｖｃｃ＝２４Ｖのとき１２Ｖ前後になるようにするものです。
　ただ今回は、後段のｐｎｐ差動段との兼ね合いで所要振幅が得られる程度に、Ｖｃｃへシフトして設計しています。真空管をドライブする上では，後段の振幅を最大にとれるように，できる限りＶｃｃへ近いほうがよいのです。

　２段目の２ＡＳ１４８０-ｐｎｐ差動回路はエミッタ抵抗を追加して電流帰還をかけたもので，適切な増幅度と帯域を確保したものです。
　また同時に真空管が要求するマイナス側のグリッドバイアス電圧へオフセットさせたものです。万一このｐｎｐ段が壊れたときでもグリッドバイアスがコレクタ抵抗を介してマイナス電圧へ引かれ、真空管をカットオフさせます。

　ここではエミッタ抵抗とコレクタ抵抗の比がゲインとなります。当初はコレクタ負荷抵抗を２７Ｋ程度としていましたが、２ＡＳ１４８０の発熱が多めなので４３ｋΩへ変更しました。放熱器を一回り大きめにして２０ｋΩ前後とした方がゲイン配分も帯域特性もよくなります。

２７ｋ÷１ｋ＝２５倍前後
４３ｋ÷１ｋ＝４０倍前後

となり、初段差動カスケード段i以降、約２５０～４００倍のゲインが得られます。
一見するとありすぎるように見えますが６０８０の所要入力電圧には３００Ｖp-pほど必要ですのでＮＦＢを６ｄBもかければあまり余裕はないのです。
　この結果、０．５ｖ～１Ｖ前後でフルドライブとなります。真空管で作ったのではこうは簡単にいきません。

　．．．半導体ＤＣアンプが興隆した当初（１９７０年代後半）から１０年くらいは２段目をフルゲインとしてファイナルのダーリントンコンプリメンタリ段から大量のＮＦＢをかけていたものです。

　どの半導体アンプ設計者も一度はＯＰアンプの内部等価回路を解析した覚えがあるのではないでしょうか。カレントミラー、差動アンプ、カスコード接続等々華麗な回路テクニックが使われています。
　現代半導体アンプの原点はＯＰアンプで、μＡ７４１（フェアチャイルド）の内部等価回路を初めて見たとき　”なぜこのようにしたのか？？？”　でした。後年（1991年）設計者の手記が日経エレに掲載されたときにその開発経緯が書かれており設計者でないとわかりえない点が氷解した記憶があります。
　参考書の助けが必要ですがぜひご自身で解析してみてください。

3.4
電源部

　　

　

　パワ－部の電源はタンゴＰＨ－２６１、２４０ｖ２６０ｍＡをブリッジし、直後のリップル用電解コンデンサを２．２ｕｆ程度と小さめにして、タンゴ０．７Ｈ５００のチョークインプットとして２次側２６０ｖ程度を得ています。
　単にチョークインプット用ではないチョークをそのまま使用すると、　”ブーン”　とないてしまいますので、＋Ｂ電圧が高くならない範囲内で、小容量のリップル用電解コンデンサを整流直後に入れます。２．２ｕｆ～４．７ｕｆ程度で様子を見ます。　（０４．２．１現在で１０ｕＦになってます。）　
こうするとおおむね、トランスの表示電圧付近の＋Ｂ電圧が得られます。トランスにも負担が少なく、それに伴い電流もやや多めにとれますので、私自身は最近よく使う用法です。コンデンサインプットにすると出てくる電圧が高すぎる場合が多く、最終電圧がなかなか読めません。
　チョークのあとにはたっぷり電解コンデンサを与えます。ＥＬＮＡのＣｅｒａｆｉｎｅ　３５０Ｖ／１００ｕｆ＊２を２本並列にし、４００ｕｆとしています。

　ドライブ段の電源ですが当初はドライブ段用として３端子レギュレータで±２４Ｖ、真空管バイアス用として３００ｖを用意しました。調整時に半固定バイアスへ変更したために、ドライブ電圧をプラス側１２Ｖ程度まで振る必要に迫られたため２９Ｖへ変更しました。　２４Ｖ系はヒーターの６．３ｖ＊２をプラス、マイナス側とも倍電圧片波整流しています。３００ｖはＰＨ－２６１の２５０ｖ３５ｍＡをブリッジ整流しています。

　ＰＨ－２６１は６ＢＭ８や６ＣＷ５などの低圧大電流型に適した廉価なトランスなんですが、ＩＳＯからはこの種のトランスは、電圧がやや高めのＧＳ２５０、ＭＡＸ２８０くらいしかありません。
　Ｕ－１３，１５，２５、ＳＴ－３５０、ＭＡＸ３６０、５２０とともに再発売していただきたいトランスです。
　ＯＰＴも、トライオード用の１０～２０Ｗ用の廉価で高品質なバンド型ＯＰＴがほしいところです。ハモンドなどＵＳＡ製も検討したいのですが、２次側タップが複雑ですし、日本製にも２次側が０－４－８－１６Ωとなかなかそろっていません。ＫＮＦＢや１次側インピーダンスの見かけ上の変更をするのに便利なんですが残念です。