A48-78を使った6FD7シングルの実験

2024/2/22 Ver1.001


更新履歴
2024-02-21　Ver 1.000 新規作成
2024-02-22　Ver 1.001 第2章の「雑感」の「音について」削除、第3章の「電源回路図」「アンプ回路図」に追記

　
【はじめに】

A48-78出力トランスとP66141電源トランスを使った6FD7シングルアンプを作った。なお、検討資料を参考されたい。
しかし、検討結果とは、違う形になったので、ご注意ください。

第1章設計

第1節シングルアンプの問題点


図１　ロードライン

回路を組んだら電源電圧240V、プレート電流V35mAとなった。ほぼロードライン上のEc=-35Vとの交点である。
すると、無帰還では、Ec=0Vから、Ec=-70Vとなる。Ec=0Vとの交点は70mA,50Vくらいであり、Ec=-70Vとの交点は、10mA, 365Vくらいである。これから、正の半サイクルは35mA、190V、負の半サイクルは-25mA、-125Vとなる。電流比35mA：25mAで 1.4倍、電圧比190V：125Vで、1.52倍である。非対称である。
トランスに溜まるエネルギーは、E＝L×I^2÷2であるから、A48-78は約L=16H、バイアス電流は35mAなので、I=35mAとなる。した がって、E＝9.8mWとなる。ところが信号を入れると、正に35mA、負に-25mAとなっているので、正弦波の一波で、＋10mA分だけ、エネルギー が増えてしまうので、式より、Lは変わらないので、Iが増えなければならないので、トランスの電流は増えてしまう。


図2　シミュレーション回路図

幾分数値にずれがあるが、ご容赦願いたい。



図3　結果　プレート電流

左端では、最大値が、ほぼ70mAくらい、最小値はほぼ10mAくらいで、ロードラインの検討とあっている。時間とともに上昇し、やがて平らになり、最大 値約77mA、最小値1約7.5mAとなり、およそ7mAくらい増えている。

では、出力はどうなっているか調べてみよう。


図4　赤　出力電圧　緑　出力電力

赤をみると、マイナスピークはほぼ同じなのに、プラスピークは徐々に増大し、やがて、変化しなくなる。つまり、この例では、15mSくらいかかって、安定 になる。つまり、立上りが、鈍いという事である。
一方、緑の電力は、ピークと濃い部分が見られる。拡大して見る。



図5　赤　出力電圧　緑　出力電力

赤の出力電圧は、下の方が尖っている、つまりかなり歪んでいる。緑の電力を見ると、大きなピークと低いピークがある。赤が負の時、緑の大きなピークが対応 しており、赤が正のとき、緑の小さなピークが対応している。
これは、どういうことかというと、ロードラインをバイアス点から左に上る時が、プレート電流は増え、プレート電圧がさがる時に赤は、負の領域で、ここの部 分は、電流で35mA、電圧で190Vの変化だから、電力が大きく、緑が大きなピークになるのです。同様に、ロードラインをバイアス点から右に下がる時、 プレート電圧は上がるので、赤は正の領域で、この部分は、電流で-25mA、電圧で-125Vの変化だから、電力は小さく、緑の小さなピークとなるので す。
出力電圧のスペクトラムを見てみると、



図6　出力電圧のスペクトラム

左のピークが、基本波で、5.78V、隣の2KHzが2次波で、456mVです。その隣の3KHzが3次波、そして4次波、5次波・・と10次波まであり ます。基本波の次に大きいには、2次波なので、456mV/5.76V=約8%の歪となります。それより高次波のレベルは、小さいので、この出力電圧は2次 歪であるといいます。

2次歪は、図５のように、電力の波形が凸凹するので、分かりやすいです。

【まとめ】


無帰還のシングルは、立上りが鈍く、大きな2次歪をもって立ち上がり、時間とともに、2次歪は幾分減少する。


第2節　回路設計の方針



図1　再掲　ロードライン

では、ロードラインの右下までゆくと、電流は0mA、電圧は415Vくらいなので、正の半サイクルの35mA190Vと負のサイクルは-35mA、- 175Vとなります。ほぼ対称になります。でも、グラフにはグリッド電圧は-65Vまでしかありませんが‐８０数Vくらいでしょう。ですから、バイアスポ イントから、+35V、マイナス(-80)-(-35)＝-45Vより、グリッド電圧を３５：４５の1.29倍負のサイクルを伸ばせばいいのです。
つまり、出力が歪まないようグリッド電圧を歪ませるのです。これを歪の打消しと言います。しかし、これは困難で、原理的に、真空管では、カップリングコン デンサーがあることで、不可能でした。もちろん、見かけ上はかなり近づけることはできますが、それは、測定したときだけできる話で、過渡的に15mSまで のところの補正はDCアンプでないとまず不可能なのです。また、球によって、歪の打消しが異なるので、固定の歪ではどうにもならないのです。
そこで、高帰還のNFBを採用します。NFBでは、出力電圧が入力電圧のちょうど何倍かになるよう瞬間的に調整してくれます。したがって、グリッド電圧 は、それに合わせて歪まされるのです。球の個体差は自動的に組み込まれます。

第3節　回路設計


図７　シミュレーション回路図　

Q1とQ2がDCアンプです。トランスの2次側のL1,R3,R7,C3,R8は、位相補正であり高帰還では避けては通れない回路です。V5はDFを測定 するためのシミュレーション回路部品で、シミュレーションのためだけで、実機では存在しません。



図８　赤　出力電圧　緑　出力電力

図４とくらべると、大きく改善されていますね。

第2章　測定結果

第1節　オープンゲインと位相



図２−１−１

0dBで測りたかったのですが、測定器の都合で、-3.5dBになりました。


図　２−１−２

第2節　クローズドゲインと歪率特性と高調波特 性


図　２−２−１


図　２ー２−２

周波数特性(0dB時)
 6.3Hz〜75.9KHz
 (-3dB)
周波数特性(1W時）
 19Hz〜27.5KHz
 (-3dB)
クローズドゲイン
 16.42
 ｄB
NFB
 16.91
 ｄB

図　２−２−３


図　２−２−４


図　２−２−５

２次歪はほとんど基本波と重なっています。

第3節　DF


図ー２−３−１

第4節　方形波特性



図　2−4ー１　１０KHｚ



図　２−４−２　50KHz



図　２−４−３　100Hz



図　２−４−４　５０Hz

以上は入力振幅200mV



図　２−４−５　２０Hz　入力振幅100mV

第5節　負荷安定性



図　２−５−１　8Ω抵抗負荷



図　２−５−２　無負荷（負荷開放）



図　２−５−３　０．３３UFコンデンサー負荷

第6節　低域特性



図　２−６−１　２０Hz　２５０ｍW



図　２−６−２　３０Hz　６００ｍW



図　２−６−３　５０Hｚ　１０００ｍＷ



図　２−６−４　７０Ｈｚ　１２００ｍＷ



図　２−６−５　１００Hz　１５００ｍW

第7節　諸特性


ノイズレベル(80kHzのLPFなし）
 -65.8dB
 0.52mV
ノイズレベル（A補正）
 -80dB
 0.1mV
消費電力
 36W
 １W＋１W出力時

第8節　雑感

１、組み立て上の注意

トランスの2次側の回路は、スピーカー端子だけにつないでください。また、スピーカー端子から、GNDと信号線をそれぞれの対応するチャンネルのドライ バーの帰還抵抗と帰還抵抗のGNDにつないでください。これは非常に重要なポイントです。不用意に、GNDをそれ以外につながないでください。

第3章　付図

第1節　電源回路図


１．放電抵抗を記入漏れしていました。C4とパラに470KΩをつけてください。

第2節　アンプ回路図


１．真空管を挿さないで電源を入れてください。
２．VR1をまわして、６FD7のグリッド電圧が-40Vより深いマイナスにしておいてください。
３．電源を切って、真空管を挿します。
４．電源を入れ、充分時間をおいて、出力管のカソードのR12の電圧を見ながらVR1を回します。目標は350mVに合わせます。
５．同じように別のチャンネルも合わせます。
６．すると、隣のチャンネルが狂うはずですから、もう一度合わせます。
７．交互に繰り返します。同じになったら終了です。

なお、L1、L２のコイルは、十分電流が流せるもの（１A以上のもの）にしてください。
また、V5は、シミュレーション用のもので、関係ありません。無いものとしてください。

注意

こんなものは、気でもふれない限り作ったりしない でください。

また、高電圧を扱いますので、感電死する恐れもあります。

本 機は実験機であり、こうなるものと保証するものではありません。

参考程度にしてください。