中国6P1用５Kシングルトランス周波数特性

2024/2/14 Ver 1.003

更新履歴
2024-02-10　Ver 1.000 新規作成
2024-02-11　Ver 1.001 低域特性訂正、SPICEモデルの作成追加 a:モデルの評価追記
2024-02-12　Ver 1.002 採用できるアンプの検討追加 a:記事追加 b:追記
2024-02-14　Ver 1.003 6AQ5シングル追加

中国6P1用５Kシングルトランス周波数特性

【はじめに】

amazonで、トランスを見つけた。安いと思ったので買った。
そこで、出力トランスを測定した。
出力トランスは、6P1用5Kシングルトランスとうたっており、6P1は6AQ5互換であり、動作例から4.5W　DC45mAなので、5W DC50mAのシングル用であり、1次5KΩ、2次０-4-8Ωの2つの出力端子を持つと思われる。

No.１トランス

図１　ゲイン特性

33KHHｚに１dBくらいのディップがある。フラットのところから一番下がったところは約6dB下がっているので、6ｄB以上の帰還をかけると無視できる。
それを除けば、高域は割と急峻なカーブである。200KHz以上の高域の暴れは十分下がっているとは言い難い。15dBのNFBが限度かな。

図２　位相特性

高域は-8０°に収まっており、高帰還が楽しめる。したがって、ゲイン特性の33KHzの1dBのディップは、気にすることはないかもしれない。

No.2トランス

図３　ゲイン特性

３１KHzに1ｄBくらいのディップがある。フラットのところから一番下がったところは約６dB下がっているので、６ｄB以上の帰還をかけると無視できる。
高域は幾分急峻な減衰特性である。200KHz以上は十分減衰しているとは言い難い。NFBは15dBくらいが限界かな。

図４　位相特性

位相特性は、-80°くらいで、高帰還に向いている。高帰還なら、ゲイン特性の1dBのディップは問題ない。

低域特性

No.1トランスの2次の8Ω端子にアンプをつなぎ、1次の5K端子に5KΩ負荷を付け、波形と電圧を見ました。
ただし、 DCは重畳されていません。

正弦波が通った電圧限界は、

周波数(Hz)	1次の電圧（5KΩ負荷）V	電力（5KΩ負荷）W
20	93	1.73
30	128	3.27
50	180	6.48
70	182	6.62
100	184	6.77

となったので、トランスとしては50Hz　5Wを満足してます。

SPICEモデルの作成

No.1トランス

図５　2次オープンの|Z|,Rp,Rs特性

図6　2次ショートの|Z|,Rp,Rs特性

No.2トランス

図５－１　2次オープンの|Z|,Rp,Rs特性

図６－１　2次ショートの|Z|,Rp,Rs特性

LCRメーター測定

図７　No.1トランス

図８　No.2トランス

モデルの作成

LCR メーターでトランスモデルを作成するより、

*
* China 6P1 single 5K out put trans
*
.SUBCKT China_5K P B S2 S0
* Primary inductance
L1 P 1 14.8　　　　　　　←100HzのLp
* Primary resistance
R2 P 1 543.8e3　　　　　　　←10KHzのRp （Rpの最大値は5KHzなので）
* Primary DC resistance
R1 1 B 324.6　　　　　　　←１次側のDCR
* Primary capasitance
C1 P B 198.2e-12　　　　　←100KHzのCp　
* Secondary inductance
L21 S1 S0 0.02368　　　　　　←２次側のインダクタンス
* Secondary DC resistance
R21 S2 S1 0.9　　　　　　　←２次側のDCR
* Cappling
K2 L1 L21 0.999173116049128　　　　　←１KHｚの結合率
.ENDS

モデルの評価

図９　シミュレーション回路図　

なお、高域の暴れや30数KHzのディップは、組み込まれていません。

図１０　ゲイン特性　
　
図１，図３とくらべると、低域は急峻過ぎで、高域がもっと急峻でないといけないなあ。

図１１　位相特性

図１２　2次オープンの|Z|特性

図５，図５－１の|z|特性に周波数とピーク値が似ている。

図１３　2次ショートの|Z|特性

図６，図６－１と周波数は大体似ているが、ピーク値が少し大きい。

採用できるアンプの検討

6GA4シングル

東芝のハンドブックに、

図１４　データシートの動作特性

これによれば、280Vで5KΩ負荷で、3.2W取れるようだ。プレート電流は57mAでちょっとオーバーであるが、マージンの範囲内であろう。

図１５　ロードライン

赤が目標ロードラインである。グリッドを-45Vまで振るとして、グラフより、440V、10mAとする。一方グラフより、Ec=0Vとの交点は、 83V、82mAである。すると、使える範囲は、440V-83V=357Vでこれは交流に直すと、ピークツウピークが357Vなので、これを２√２で割れば交流電圧の実効値になる。また、電流は82mA-10mA=72mAで、これは交流に直すと、ピークツウピークが72mAなので、これを２√２で割れば交流電流の実効値になる。電圧×電流は、電力なので、
（357V÷2√2)×(72mA÷2√2)＝357V×72mA÷8という計算になる。8=2√2×2√2=4×2から。つまり、電圧分と電流分をかけて 8で割ればいいのである。便利な式である。さて、答えは、約3.2Wである。

ところで、6GA4は、たまたま私は、ペアチューブを一組持っているが、世間では希少価値であり入手困難である。そこで、これより、6BX7は6BL7のパラだとわかる。6BX7は2つの三極管の合計が12Wだから、1本6Wである。6GA4の半分にも満たない。ところが、 6BL7のパラは、1管12Wなので、6BX7が6GA4と同じだから、6BL7の1管はほぼ6GA4と等しい。ただし、プレート損失は、6GA4は13Wに対して、12W、ヒーター電流は倍である。
6BL7GTは、人気のない球で、オークションによく出ていて6BX7よりはるかに安い。しかも、6BL7のデータシートによれば、

図１６　６BL7のデータシートより

内部抵抗は2150Ωなので、パラなので、半分の1075Ωになり、さらに驚くべきことは、μが１５で、図１４のμ=１０より大きいのである。つまり、ドライブ電圧が、10/15=2/3つまり、67%で済むのである。実際は、パラにして電流を同じにするから、バイアスは-9Vから、より深くなるので、μ は幾分減るが、少なくともドライブしやすくなることに、変わりはない。6BL7GTは、こんなところで、華が咲いた。

図１７　6BL7のVp-Ip特性と10KΩのロードライン

6GA4の5Kは、6BL7のパラでは10Kのロードラインになる。すると、Ec=0Vとの交点は110V、38mAとなって、パラだから、電流を2倍して76mAとなるが、6GA4では、Ec=0Vとの交点は、 83V、82mAである。幾分最大出力は低下するみたいだ。440Vでは5mAなので、倍すると10mAで、これはあっている。グリッドは-30Vまでドライブすることになる。
使用できる電圧分は440V-110V＝330V、一方電流分は、76mA-10mA=66mAとなるから、得られる電力は
330V×66mA÷8=約2.72Wとなる。残念ならが、出力は減ってしまった。
ロードラインより、中央は動作点となるので、280V21mAとなる。プレート損失は5.88Wであり、規格内である。
プレート電圧280Vとロードラインから、バイアスは、約-12.5Vである。ドライブは、-12.5Vからプラス方向に12.5V、マイナス方向に 17.5V振らねばならない。ドライバーは、簡単で済みそうである。

ドライバーの設計

入力１V0-pでmax出力とすると、グリッドは12.5+17.5=30Vで半分の15V0-pあればいいので、ゲイン15倍である。つまり、30倍は 30dBだから半分にしたので、30dB-6dB=24dBである。NFBを15dBとすると、24dB+15dB=39dBがドライバーの必要ゲインである。39dBはおよそ40dBであるから100倍あればいい。

図１８　2SK170のデータシートより

図１８より、ID=2mAでは、20mSなので、100÷20mS=5KΩ負荷とすればいいことがわかる。

回路図

図１９　回路図　R6のNFB抵抗はかりである。今は無帰還。

2SK170のバイアスは、個体差があるので、とりあえずであるが、C3,R4である。C3は、時定数から決めないといけないが仮である。

図２０　ドライバーの周波数特性　

低域は4.13Hz(-3dB)である。高域はエミッターフォロアをいれたから問題ない。

図２１　負荷での周波数特性　赤　ゲイン　緑　位相

周波数特性は、15.36Hz～48KHzとなった。ゲイン0dBの位相が-175°というのはNGである。オープンゲインは33dBなので、仕上がりゲインはNFBが15dBなので、33dB-15dB=18dBである。

図２２　出力電力と出力電圧　赤　出力電力　1.94W　緑　出力電圧　歪　0.497%

これは、R6を33Ωして帰還をかけたグリッド電流が流れない最大出力であるが、2.72Wに遠く及ばない。

図２３　グリッド電圧

グリッドが、帰還をかけてあるのに、-28.8Vで、-30Vまで達してない。

図２４　オープンゲインとクローズドゲイン　赤　オープンゲイン　緑　クローズドゲイン　3.1Hz～279KHz(-3dB)

オープンゲイン33dB、クローズドゲイン18.8dB、NFB14.3dBとなった。低域がわずかに盛り上がっているのはC1が大きすぎるためである。

さて、これは、図２１で位相が-175°でNGと言ったが、方形波特性で、8Ω抵抗負荷でも発振する。

図２５　修正回路図

エミッタフォロアを削除し、0dBの周波数を下げて、C5,R2,C4,R5で位相を補正した。

図２６　負荷の周波数特性　赤　オープンゲイン　青　クローズドゲイン　緑　位相

オープンゲインは、32.9dB、クローズドゲイン18.8dB、NFB14.1dB、オープンゲイン0dBのポイント位相は-131°、周波数は 393KHzである。クローズドゲインの周波数特性は、3.12Hz～94.3KHz(-3dB)となった。

図２７　方形波特性　赤　8Ω負荷　緑　無負荷　青　0.47uFコンデンサ負荷

方形波特性は何とかなった。

図２８　動作特性

そうか、トランスの内部抵抗による電圧降下で、プレート電圧は266Vだったので、出力が計算と合わなかったんだ。
だから、280V21mAから、ずれている。

図２９　回路図

電源電圧とバイアスを変更した。280V21mAである。

図３０　グリッド電圧

-30Vまで、ドライブしている。

図３１　出力電力と出力電圧　赤　出力電力2.0W　緑　出力電圧　歪　0.54%

図３２　動作特性

左のトップは、110V、38mAで右下は、460V、2.5mAであるから、(460V-110V)×{(38mA-2.5mA)×2}÷8= 3.11Wになる。電流の×2は、6BL7のパラだからです。
そこで、トランスの消費電力をしらべると、

図３２　トランスの消費電力

これより、1.195Wであるから、3.11W-1.195W=1.91Wになる。図３１では２Ｗだから、大体つじつまが合う。

6AQ5シングル

6AQ5は、6BQ5より、人気がない。こっちの方が使い易いような気がする。ヒーターが6.3V0.45Aと小さいから。
設計最大値は

図３３　6AQ5の設計最大値

また、

図３４　A級シングルの動作例

これより、

図３５　６AQ5のVp-Ip特性と5KΩのロードライン

図３４の動作例では、250V45mAであったが、これでは50mAで、プレート損失は12.5Wで定格オーバーである。
ちょっと下に5mAだけずらしてみればいい。グラフから、グリッド電圧-22.5Vで、440V10mAと読める。Ec1=0Vとの交点は、 35V86mAと読める。よって、(440V-35V)×(86mA-10mA)÷8=3.8475Wとなって、動作例より、幾分小さい。

また、

図３６　三結動作例

図３３の設計最大値では、B電圧275V、プレート損失は10Wとなっているから、注意する。

図３７　三結のVp-Ip特性と5KΩと10KΩのロードライン

図３６の動作例では、250V49.5mAとなっており、10Wの設計最大値を超えている。10KΩのロードラインでは、Ec1との交点は、107.5Vにもなっており、5KΩのロードラインでも、１55Vくらいになっており、大変効率が悪い。だから、三結には向いてないようである。

そこで、A級シングルで検討する。