Ver.1.004 2017.12.29
更新履歴
2017.11.30 Ver.1.000 新規作成
2017.12. 1 Ver.1.001 記事追加 4BQ7A
2017.12. 4 Ver.1.002 記事追加 6RHH2
2017.12. 5 Ver.1.003 記事追加 5U8A type1
2017.12.29 Ver.1.004 記事追加 昇圧回路
はじめに
最近半導体の中に真空管を使った安価なラインアンプを目にすることがあります。そこで、以前DC24VでB電圧24Vでやってみましたが、グリッドの初速 度電流によるグリッド電流が流れ、うまくいきませんでした。大体プレート電圧は50Vくらい必要でした。
そこで、本格的にそこそこの電圧で、真空管ラインアンプを目指すことにしました。
図１−１−１ 全体概略図
このままでは、Q1,Q2のゲートドライブ電圧の方形波の立ち上がり・立下りにおいて、Q1,Q2が同時にONする瞬間があるので、巨大なショート電流が 流れ、Q1,Q２は立ち上がり・立下りがのろいほど、また、周波数が高いほど発熱します。
図１−１−２ FETの貫通電流対策の概略
そこで、L1,R1とL2,R3を入れると、巨大なショート電流はLによって、阻止され、発熱しなくできました。L1,R1とL2,R3は33Ωの抵抗に エナメル線を巻いて作ります。
立ち上がり・立下りは早いほどよいので、トランジスタでアンプって、FETのゲート容量対策にエミッタフォロア を使います。
図１−１−３ ゲートドライブ回路の概略
ここまで、くれれば、コンデンサとダイオードの倍圧整流回路ですが、これは特に考えるところはないのですが、400KHzで駆動するので、一般の整流ダイ オードは使えません。電流が小さいので、100V耐圧の1N4148が1000本手持ちがあるので、これでいきます。
方形波はLMC555で作ります。
図１−１−４ 400KHz方形波回路 出力はDisから
Duty50%で発振します。Outからも出力は取れます。LMC555はNS製でVCCはmax15Vです。
昇圧回路は150Vくらいにするので、ラインアンプは150Vで設計します。
図１−２−１ ラインアンプの回路
R5はラインアンプにつながる負荷抵抗のつもりです。電源電圧が低いので、プレート電流は流せないので、カソードフォロアを追加します。
シミュレーションしてみます。
入力は2Vrmsです。
図１−２−２ 出力
2V入力で7.438Vですから、3.72倍です。ひずみは、0.24%です。
図１−２−３ U2のロードライン
出力の10KΩをはずして、出力インピーダンスを求めてみると
図１−２−４ 出力インピーダンス
100Hzでも540Ωくらいで、10KHzでは59.7Ωくらいです。といってもカソードフォロアの電流が３ｍＡくらいなので、2mArms位しか出力 に流せませんので、10KΩ負荷では20Vrmsまでです。
でも、球をかえるごとに、ヒーター設計をしなおさねばなりません。
そこで、DCDCコンバータで、降圧して、6.3Vでも4.7Vでも自由にできるようにしました。
記事準備中
ケミコンの場合、10uF50Vでもリップル電流定格は小さいので、導電性高分子コンデンサを使うしかありません。
ケミコンとダイオードの耐圧は、方形波の振幅の2倍あればいいので、100V耐圧であれば、余裕です。
図２−１−０ 回路図 170Vと-15Vの電源回路
パルスを扱う回路なので、つながっていればよいというものではありません。最短距離、電流に見合った太さがいります。
L1、L2は3W33Ωの酸金抵抗に0.8mmのエナメル線を12回巻きつけたもので、1uHではありません。C4,C24はFETに最短距離でつけま す。大電流が流れます。まあ、こんなもの実験機ですから、参考程度にしておいてください。
昇圧回路に負荷抵抗をつけて電圧を測りました。
表２−１−１ 昇圧回路特性
電流と電圧をグラフにしました。
図２−１−１ 出力電圧と負荷電流
負荷抵抗24K以下(負荷電流7.708mA以上)の昇圧回路の出力インピーダンスは、約1.7KΩと計算されます。ですから負荷電流10mA増えるごと に17Vづつ下がるということですね。
昇圧電源とラインアンプにリップルフイルタが入ります。
図２−１−１−１ リップルフイルタ
真空管を5BK7Aにしたとき、
図２−２−１ ひずみ率（負荷なし）(1KHz１V時0.008%)
図２−２−２ ひずみ率（負荷10KΩ）（1KHz1V時0.055%)
図２−２−３ 高調波特性（負荷なし）
図２−２−４ 高調波特性（負荷10KΩ）
図２−２−５ 周波数特性
一応11.2dB±0.6dBです。負荷有り無しで100Hz〜100KHzでほぼ変化なしなので、カソードフロアと帰還による低インピーダンスの結果だ と思われます。10KΩ負荷の100Hz以下の低下はC1の容量不足によるものでしょう。
ノイズレベル 330uV(80KHzLPF)
25uV（A補正）
ノイズレベルは、いろいろ検討中です。
図２−２−６ ひずみ率（負荷なし）(1KHz１V時0.0038%)
図２−２−７ ひずみ率（負荷10KΩ）（1KHz1V時0.0165%)
図２−２−８ 高調波特性（負荷なし）
図２−２−９ 高調波特性（負荷10K） 5Vの2次ひずみはおかしいとおもうかもしれませんがこうなのです。
図２−２−１０ 周波数特性
一応11dB±0.6dBです。負荷有り無しで100Hz〜100KHzでほぼ変化なしなので、カソードフロアと帰還による低インピーダンスの結果だ と思われます。10KΩ負荷の100Hz以下の低下はC1の容量不足によるものでしょう。
ノイズレベル 180uV(80KHzLPF)
18uV（A補正）
ノイズレベルは、いろいろ検討中です。
図２−２−１１ ひずみ率（負荷なし）(1KHz１V時0.023%)
図２−２−１2 ひずみ率（負荷10K）(1KHz１V時0.034%)
図２−２−１３ 高調波特性（負荷なし）
図２−２−１４ 高調波特性（負荷10k）
図２−２−１５ 周波数特性
一応11.5dB±0.6dBです。負荷有り無しで100Hz〜100KHzでほぼ変化なしなので、カソードフロアと帰還による低インピーダンスの結果だ と思われます。10KΩ負荷の100Hz以下の低下はC1の容量不足によるものでしょう。
ノイズレベル 250uV(80KHzLPF)
25uV（A補正）
ノイズレベルは、いろいろ検討中です。
図２−４−１ 実験回路 ただし、6U8は5U8、6BQ7Aは5BK7Aを使っている。
この回路は5極管に局所帰還をかけてゲインを絞ったものです。具体的には、スクリーン帰還、カソード電流帰還です。
出力から、分圧して、U1のカソードに帰還をかけると正帰還になって発振します。
このため、type2では、氏家氏の回路をまねて、まず３極管を初段において、５極管でゲインを稼ぎ、その次段にカソードフォロアをおき、そこから、初段 の３極管のカソードに帰還をかけます。5U8で60dB超えるゲインが稼げるのですが、氏家氏は12AU7と6EJ7で40dBくらいの帰還をかけていま す。
さて、U3はいらないと進めていたのですが、出力電圧が取れないので、U3を追加しました。
図２−４−２ 歪率（負荷なし）（1KHz １V時 0.14%)
図２−４−３ 歪率（負荷10K）（1KHz １V時 0.12%)
図２−４−４ 高調波特性（負荷なし）
図２−４−５ 高調波特性（負荷10K）
図２−４−６ 周波数特性（負荷ありなし）
19dB-4dB(20Hz〜100KHz)です。
ノイズレベル 380uV(80KHzLPF)
110uV（A補正）
ノイズレベルは、いろいろ検討中です。
2017.11.30 Ver.1.000 新規作成
2017.12. 1 Ver.1.001 記事追加 4BQ7A
2017.12. 4 Ver.1.002 記事追加 6RHH2
2017.12. 5 Ver.1.003 記事追加 5U8A type1
2017.12.29 Ver.1.004 記事追加 昇圧回路
はじめに
最近半導体の中に真空管を使った安価なラインアンプを目にすることがあります。そこで、以前DC24VでB電圧24Vでやってみましたが、グリッドの初速 度電流によるグリッド電流が流れ、うまくいきませんでした。大体プレート電圧は50Vくらい必要でした。
そこで、本格的にそこそこの電圧で、真空管ラインアンプを目指すことにしました。
第1章 設計の準備
第1節昇圧回路
昇圧回路というと、SW方式のものが一般的ですが、コッククロフト・ ウォルトン回路でやってみます。コンデンサーとダイオードの倍圧整流です。ACアダプタのDC電圧を方形波に変換して、コッククロフト・ ウォルトン回路を動かします。図１−１−１ 全体概略図
このままでは、Q1,Q2のゲートドライブ電圧の方形波の立ち上がり・立下りにおいて、Q1,Q2が同時にONする瞬間があるので、巨大なショート電流が 流れ、Q1,Q２は立ち上がり・立下りがのろいほど、また、周波数が高いほど発熱します。
図１−１−２ FETの貫通電流対策の概略
そこで、L1,R1とL2,R3を入れると、巨大なショート電流はLによって、阻止され、発熱しなくできました。L1,R1とL2,R3は33Ωの抵抗に エナメル線を巻いて作ります。
立ち上がり・立下りは早いほどよいので、トランジスタでアンプって、FETのゲート容量対策にエミッタフォロア を使います。
図１−１−３ ゲートドライブ回路の概略
ここまで、くれれば、コンデンサとダイオードの倍圧整流回路ですが、これは特に考えるところはないのですが、400KHzで駆動するので、一般の整流ダイ オードは使えません。電流が小さいので、100V耐圧の1N4148が1000本手持ちがあるので、これでいきます。
方形波はLMC555で作ります。
図１−１−４ 400KHz方形波回路 出力はDisから
Duty50%で発振します。Outからも出力は取れます。LMC555はNS製でVCCはmax15Vです。
第2節ラインアンプ
昇圧回路は150Vくらいにするので、ラインアンプは150Vで設計します。
図１−２−１ ラインアンプの回路
R5はラインアンプにつながる負荷抵抗のつもりです。電源電圧が低いので、プレート電流は流せないので、カソードフォロアを追加します。
シミュレーションしてみます。
入力は2Vrmsです。
図１−２−２ 出力
2V入力で7.438Vですから、3.72倍です。ひずみは、0.24%です。
図１−２−３ U2のロードライン
出力の10KΩをはずして、出力インピーダンスを求めてみると
図１−２−４ 出力インピーダンス
100Hzでも540Ωくらいで、10KHzでは59.7Ωくらいです。といってもカソードフォロアの電流が３ｍＡくらいなので、2mArms位しか出力 に流せませんので、10KΩ負荷では20Vrmsまでです。
第3節ヒータ回路
真空管は、ウオームアップタイムが規定されているものとないものがあります。規定されているものは、ｔｗ＝11秒で、6.3V管は一般に規定されていませ ん。規定されていない球は直列接続できません。6BQ7Aは規定されていませんが、4BQ7Aは規定されています。4BQ7Aを3本直列にすると 4.2Vx3=12.6V 0.6Aです。ACアダプタが15Vならのこり2.4V0.6Aですから4Ω(3.9Ωでいい） を直列に入れればいいことにな ります。でも、球をかえるごとに、ヒーター設計をしなおさねばなりません。
そこで、DCDCコンバータで、降圧して、6.3Vでも4.7Vでも自由にできるようにしました。
記事準備中
第２章実験結果
回路図は、 図１−２−１ ラインアンプの回路の定電流源I1を1mA定電流ダイオード2本パラにして、2mAとしています。負電圧は昇圧回路から作っています。第1節 昇圧回路
コッククロフト・ ウォルトン回路なので、コンデンサーに電流が流れます。コンデンサーはリップル電流定格がありますので、それを守らないと信頼性が確保できません。こ こでは、1uF100Vのフイルムコン（Panasonic ECQ-E 105K）を使っています。リップル電流定格は100KHzで1Armsです。ケミコンの場合、10uF50Vでもリップル電流定格は小さいので、導電性高分子コンデンサを使うしかありません。
ケミコンとダイオードの耐圧は、方形波の振幅の2倍あればいいので、100V耐圧であれば、余裕です。
図２−１−０ 回路図 170Vと-15Vの電源回路
パルスを扱う回路なので、つながっていればよいというものではありません。最短距離、電流に見合った太さがいります。
L1、L2は3W33Ωの酸金抵抗に0.8mmのエナメル線を12回巻きつけたもので、1uHではありません。C4,C24はFETに最短距離でつけま す。大電流が流れます。まあ、こんなもの実験機ですから、参考程度にしておいてください。
昇圧回路に負荷抵抗をつけて電圧を測りました。
| 負荷(kΩ） | Vout | Iout(mA) |
| 940 | 303 | 0.322 |
| 470 | 261 | 0.555 |
| 235 | 230 | 0.979 |
| 100 | 208 | 2.080 |
| 66 | 200 | 3.030 |
| 44 | 194.4 | 4.418 |
| 24 | 185 | 7.708 |
| 22 | 183.7 | 8.350 |
| 10 | 168.6 | 16.860 |
| 8.2 | 163.7 | 19.963 |
| 7.8 | 162.6 | 20.846 |
電流と電圧をグラフにしました。
図２−１−１ 出力電圧と負荷電流
負荷抵抗24K以下(負荷電流7.708mA以上)の昇圧回路の出力インピーダンスは、約1.7KΩと計算されます。ですから負荷電流10mA増えるごと に17Vづつ下がるということですね。
昇圧電源とラインアンプにリップルフイルタが入ります。
図２−１−１−１ リップルフイルタ
第2節ラインアンプ
回路をかえず真空管を変えてみようと思います。その１ 5BK7A
真空管を5BK7Aにしたとき、
図２−２−１ ひずみ率（負荷なし）(1KHz１V時0.008%)
図２−２−２ ひずみ率（負荷10KΩ）（1KHz1V時0.055%)
図２−２−３ 高調波特性（負荷なし）
図２−２−４ 高調波特性（負荷10KΩ）
図２−２−５ 周波数特性
一応11.2dB±0.6dBです。負荷有り無しで100Hz〜100KHzでほぼ変化なしなので、カソードフロアと帰還による低インピーダンスの結果だ と思われます。10KΩ負荷の100Hz以下の低下はC1の容量不足によるものでしょう。
ノイズレベル 330uV(80KHzLPF)
25uV（A補正）
ノイズレベルは、いろいろ検討中です。
その２ 4BQ7A
真空管を４BQ7Aにしたとき、図２−２−６ ひずみ率（負荷なし）(1KHz１V時0.0038%)
図２−２−７ ひずみ率（負荷10KΩ）（1KHz1V時0.0165%)
図２−２−８ 高調波特性（負荷なし）
図２−２−９ 高調波特性（負荷10K） 5Vの2次ひずみはおかしいとおもうかもしれませんがこうなのです。
図２−２−１０ 周波数特性
一応11dB±0.6dBです。負荷有り無しで100Hz〜100KHzでほぼ変化なしなので、カソードフロアと帰還による低インピーダンスの結果だ と思われます。10KΩ負荷の100Hz以下の低下はC1の容量不足によるものでしょう。
ノイズレベル 180uV(80KHzLPF)
18uV（A補正）
ノイズレベルは、いろいろ検討中です。
その３ ６RHH2
真空管を６RHH2にしたとき、図２−２−１１ ひずみ率（負荷なし）(1KHz１V時0.023%)
図２−２−１2 ひずみ率（負荷10K）(1KHz１V時0.034%)
図２−２−１３ 高調波特性（負荷なし）
図２−２−１４ 高調波特性（負荷10k）
図２−２−１５ 周波数特性
一応11.5dB±0.6dBです。負荷有り無しで100Hz〜100KHzでほぼ変化なしなので、カソードフロアと帰還による低インピーダンスの結果だ と思われます。10KΩ負荷の100Hz以下の低下はC1の容量不足によるものでしょう。
ノイズレベル 250uV(80KHzLPF)
25uV（A補正）
ノイズレベルは、いろいろ検討中です。
その4 ５U8
5U8は３極管と５極管の複合管です。ゲインを沢山稼いで、大きく帰還をかける方法と、局所帰還をかけるものとがあります。その4−１ ５U8 type1
この回路は5極管に局所帰還をかけてゲインを絞ったものです。具体的には、スクリーン帰還、カソード電流帰還です。
出力から、分圧して、U1のカソードに帰還をかけると正帰還になって発振します。
このため、type2では、氏家氏の回路をまねて、まず３極管を初段において、５極管でゲインを稼ぎ、その次段にカソードフォロアをおき、そこから、初段 の３極管のカソードに帰還をかけます。5U8で60dB超えるゲインが稼げるのですが、氏家氏は12AU7と6EJ7で40dBくらいの帰還をかけていま す。
さて、U3はいらないと進めていたのですが、出力電圧が取れないので、U3を追加しました。
図２−４−２ 歪率（負荷なし）（1KHz １V時 0.14%)
図２−４−３ 歪率（負荷10K）（1KHz １V時 0.12%)
図２−４−４ 高調波特性（負荷なし）
図２−４−５ 高調波特性（負荷10K）
図２−４−６ 周波数特性（負荷ありなし）
19dB-4dB(20Hz〜100KHz)です。
ノイズレベル 380uV(80KHzLPF)
110uV（A補正）
ノイズレベルは、いろいろ検討中です。