超３極管接続(Ver.1) 50BM8 シングル・アンプ

Annex　ロードラインが動く！？

Ver.01 2015/12/7

 

高出力のときに出力管V2のカソード電圧の上昇が観測されたことから、いくつかのシミュレーション実験を行いました。本稿はその記録です。理論的な事柄はありません。

 

♪　発端

試作1号機の特性を測定しているときに、奇妙なことに気がつきました。

出力管V2のカソード電圧がフラつくことから、諸特性の測定中は、電圧計をカソードに接続したままにして時折その数値を見ていました。すると、どうも、出力を上げて行き最大出力付近になると、出力管V2のカソード電圧が数Vのレベルですが増えるような動きが見えました。もともと電圧がふらふらしている状態だったこともあり、このときは、変だなぁくらいに思っただけで測定を続けました。

そして、カソード電流を定電流化した試作3号機でも、同様に、最大出力の付近で出力管V2のカソード電圧が上昇する現象が観察されました。

　

 

♪　シミュレーションしてみた

何か奇妙なことが起こっているようです。

実機の波形を観測すれば何か分かるかもしれませんが、その術がないことから、シミュレータで波形を観測してみました。

下図は、試作1号機をシミュレートした回路です。2SC1175のベース電圧を調整して、無信号時の出力管V2のカソード電圧を70V（カソード電流=35mA）に設定してあります。この回路に、570mV（振幅値）/1KHzの入力信号を1秒ほど与えて過渡解析を行った結果が右図です。出力管V2のカソード電圧の動きを見ると、無信号のときに70Vだったカソード電圧Ekが72Vとなり、2Vほど上昇しています。（妙な波形ですが、それは置いておきます。）

 

 

　

 

♬　プレート電流とプレート電圧

過渡解析の結果をよく見ると、出力管V2の出力信号の振幅がピークとなったときのプレート電流は0mA(≒0.3uA)で、プレート電圧は414Vとなっています。ロードライン上ではプレート電流が0mAのときのプレート電圧は500V程度でしたので、妙です。

そこで、過渡解析の結果を元にして出力管V2のプレート電圧とプレート電流の動作の軌跡を描いて（緑線）、ロードライン（赤線）と重ねたところ、下図のようになりました。

出力管V2は、動作点を中心としたロードライン上を行き来していません！！　

 

 

 

 

 

 

注）動作の軌跡（緑線）が楕円なのは、OPTの一次インダクタンスと漏れインダクタンスのためだそうです。（中林さんの著書『真空管アンプの「しくみ」と「基本」』の152頁参照）

 

 

 

 

♬　試作2号機のシミュレーション

シミュレーション回路に何か間違いがあるのかも知れないと思い、試作2号機（カソード電流の定電流化）のシミュレーション回路を作って、過渡解析を行い、プレート電圧とプレート電流の軌跡をロードラインに重ねてみたところ、試作1号機のシミュレーション結果と同様に、出力管V2は、動作点を中心としたロードライン上を行き来していませんでした。

　　　

 

♬　入力信号を徐々に大きくしてみたら

不思議なので、今度は、入力信号の電圧を徐々に大きくして、プレート電圧とプレート電流の軌跡をロードラインに重ねてみました。

実験の結果、

²   入力信号の電圧が小さな100mV程度だとロードライン上を動作しています。

²   更に入力信号の電圧を上げるとロードラインから少しずつ外れだして、

²   最大出力近くでは外れる度合いが大きくなる。

となりました。

右図は、赤線が動作点を中心としたロードラインで、黒線、青線、緑線が、それぞれ、入力信号の電圧振幅が100mV、500mV、570mVのときの動作の軌跡です。見やすくするため、動作の軌跡を、簡易的ですが、最大値・最少値を直線で結んだ線で描きました。

実験は、試作2号機のシミュレーション回路で行いました。   

　　

 

 

♬　出力管のみのシミュレーション

これは超三極管接続回路の固有の事象かもしれないと思い、出力管6BM8(P)のみの増幅回路（自己バイアスの回路）をシミュレートしてみました。

下図の右側が、出力管V2のグリッドに直接正弦波（±9Vと±18V）を入力して、これまでと同様に、プレート電圧とプレート電流の軌跡をロードラインに重ねた図です。

同じように、動作点を中心としたロードラインを外れて動作しています。また、カソード電圧も増加していました。それにしても、±18Vのときはすごい差異です。

 

　

  

　　

 

♪　何故？

試作1号機、試作2号機、出力管のみの回路、いずれも、出力管Ｖ2は、動作点を中心としたロードラインを外れて動作をしている、というシミュレーション結果になりました。

これまで、真空管はロードライン上を行き来するとばかり思っていましたが、このシミュレーション結果は、実態を表しているのでしょうか？　

実態を表しているとしても、どうしてこのような事象が起きるのでしょうか？　訳が分かりません。

 

そこで、中林さんのホーム頁の技術解説を斜め読みしたところ、解説記事（『2.5 2次歪みによるプレート電流の増加』）が見つかりました。信号が連続して加わる状態のときは、出力トランスやカソードバイパスコンデンサの時定数により， プレート電流の平均値は複雑なふるまいをするそうです。

　　

 

♪　今のところ

残念なことに、なるほどなぁ、と納得できるほど中林さんの解説記事が理解できていません。ロードラインを外れて動作するとして、どうゆう条件でどの程度外れるのでしょうか？　また、発端となったカソード電圧の上昇との関連は？

早く理解したいものです。

 

それにしても、今回の発見というか、気づいたことは、何か新しい世界が見えたというか、新鮮な事柄でした。

　　

 

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