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超３極管接続(Ver.1) 50BM8 シングル・アンプ 試作2号機 改造1の追試・電源電圧の変動 |
Ver.01 2015/12/7
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試作2号機は、上條さんの改造記事の中で公開されている「改造1 定電流回路の採用」の追試です。 この改造は、出力管V2のカソード抵抗2KΩを定電流回路に置き換える、という改造で、目的は、『こうすると出力管の無信号時のプレート電流は、定電流回路で決められた電流値で固定され、電源の電圧変動の影響を受けることなく一定値に保たれます。』（改造記事からの引用）です。
実際のところ、試作1号機の調整では、出力管V2のカソード電圧がふらついて困りました。これは我家の商用100Vのふらつき／電源の電圧変動によるものと思います。 今回の改造はこの部分がターゲットと、理解しました。
この定電流化されるカソード電流の値は、試作1号機と同じ35mAとし、試作1号機から動作点を変えないようにします。
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♪ 電源電圧の変動の影響 商用100Vのふらつきは、3倍程度になって電源電圧をふらつかせます。 この電源電圧のふらつきは、出力管V2のカソード電圧だけをふらつかせるのでしょうか。改造記事を追試する前に、電源電圧の変動が与える影響をトレースし、改造の効果を確認してみます。 具体的なトレースとしては、お手本の回路をシミュレートし、B電圧を282Vとして、10Vアップさせた292Vのときの無信号時の様子を調べました。（我が家の商用100Vは±3%は変動していますので、10Vとしました。） 下図は、シミュレートした結果を書き込んだB電源の電圧配分図です。左側の電圧値がアップ前で右側がアップ後の値です。B電圧を10Vアップさせたとき、最も影響が大きかったのは、初段のコレクタ電圧（対グランド）で9Vアップ、次いで、出力段ではカソード電圧（対グランド）で8Vのアップでした。
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♪ 初段＋帰還管V1 帰還管V1と初段の回路ですが、 ・初段のQ1は、電流帰還の働きもあり内部抵抗が高いため、コレクタ電圧が10V程度増えても流れるコレクタ電流、バイアスはほとんど変化しないはず。 ・帰還管V1は、電源電圧が増加しても、プレート電流が変化しなければ、プレート電圧は変化しないはず。 ・初段のQ1のコレクタ電流＝帰還管V1のプレート電流 この3点から、電源電圧が変動しても、帰還管V1のプレート電圧とプレート電流（＝Q1のコレクタ電流）はほとんど変化せず、電源電圧の変動分は、ほぼそのままQ1のコレクタ電圧に現れる、という状態になるかと想定されます。 ロードラインで見ると、電源の電圧が10Vアップすると初段Q1のロードラインがほぼ10V右方向にシフト、ダウン時は左方向にシフトする、という動作になります。 従って、帰還管V1から初段Q1の部分は、初段Q1の動作点のコレクタ電圧を、電源電圧の変動があっても支障が出ないような電圧に設計しておけば良いのかと思います。
下図は、初段回路（2SC177A＋エミッタエミッタ抵抗1KΩ）のシミュレーション回路です。この回路で、コレクタ電圧Vcとコレクタ電流Icの特性曲線を求め、ロードライン（赤線）を書き入れてみました。2SC1775Aのデバイスモデルは、データシートを参考に適当に自製しました。また、ロードラインの傾きはもっと適当です。 Vc-Ic特性曲線は、殆ど水平線になっていて、動作点のコレクタ電圧の10V程度の増減は、確かに問題は無さそう（設計できそう）です。
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♪ 出力管V2 B電圧を10Vアップしたシミュレーションの結果は、プレート電圧が１V弱増加、バイアスも同じく１V弱増加、カソード電圧が8V増加と、B電圧の変動は、もっぱらのカソード電圧に現れました。そして、カソード電圧の増加は、カソード電流を35mAから40mAへ、プレート電流を29mAから33ｍAへ、と10%以上も増加させていました。動作点で捉えると、Ep=208V、Ip=29mA、SG電圧=212Vだった動作点が、Ep=209V、Ip=33mA、Sg電圧＝214Vになりました。 この理由のひとつが、「V2のプレート電圧−V2のバイアス電圧＝V1のプレート電圧」の関係から、V1のプレート電圧はほぼ一定でしたので、「V2のプレート電圧の増加量≒V2のバイアス電圧の増加量＝微量」となることかなぁ、と推定しました。 理論的にはきちんと把握できないのですが、電源電圧の変動は、もっぱらカソード電圧に現れ、プレート電圧は微増減、プレート電流には大きな影響を与える、ものと思われます。
以上を踏まえ、B電圧が292V、282V、272Vのときの各動作点を起点とした負荷10KΩのロードラインを描いてみました。（EP-IP曲線も変化するのですが218Vのままです。） 結構と上下にシフトしている印象です。 出力管V2のカソード電流を定電流化することで、この出力管V2のロードラインの上下運動が回避できるわけですね。 また、右側のグラフは、参考ですが、シミュレーションでB電圧を272Vから292Vまでスイープさせたときの動作点の変化グラフです。ほぼ、直線的に動作点が変化していました。
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♪ 動作点 電源の電圧変動の影響を、動作点という視点で大ざっぱですが整理してみました。電源の電圧変動は、出力段は出力管のカソード電圧が、初段はQ1のコレクタ電圧が吸収して、動作点を維持・アンプの特性を維持する回路になるのかと思います。
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