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動作階級 |
2018/10/19
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DEPPでは、シングルアンプと異なりAB級の作例が多数見られます。 これは、DEPPでは、片側の出力管がカットオフしていても、もう一方の出力管はプレート電流が流れていますから、両管合せた回路全体では電流が流れない期間がありません。このため、シングルアンプと違い AB級動作での歪み率が見劣りしないためでしょうか。 見劣りしない？とは言え、スイッチング・トランジェント（＊）なる事象があり、そもそも、AB級は、A級動作と比べて直線性の悪い領域での動作となりますので、A級よりAB級の方が、また、深いAB級であるほど歪み率は悪化するはずです。（＊：具体的にどのような事象なのか良く分かっていません。これから勉強します。） また、出力電力面では、歪みの無い理想的な出力管ならば、AB級もB級も最大出力は同じであり、A級動作より大きな出力が得られます。しかし、2次歪みが打ち消されるとはいえ、3次歪みは残るわけで、実際のところどうなんでしょうか？ このあたり、AB級動作での歪みと出力の状態をシミュレーションで確かめてみました。
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♪ シミュレーションの結果♬ その1 理想電源下図がシミュレーションした回路で、出力管を6AH4-GT、負荷8KΩ、動作基点電圧を250Vとしています。無信号のときのバイアスを-28Vより浅くすればA級の動作となり、また、-28Vからから-35V位までがAB級の動作になります。右図がその単管のロードラインです。
下図がシミュレーションの結果です。 無信号の時のバイアスの値を、① -25V、② -28V、➂ -30V、④ -32.5V、⑤ -35Vと設定し、それぞれ、グリッド電圧を0Vまでドライブしたときのとき出力（最大出力）と歪率の測定しています。 歪み率は、A級 ＜ AB級 ＜ B級となり、かなりの差異がありました。 最大出力は、B級の ⑤が最も低く、A級により近い AB級ほど大きくなりました。同じ歪み率で比べれば、最大出力の差異はもっと顕著になるはずで、A級や A級に近い AB級の動作が良さそうです。
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♬ その2 実際の電源上記のシミュレーションその1は、内部抵抗無しの電源でのシミュレーションでしたが、通常の電源には内部抵抗があり増幅動作に影響を与えます。（詳しくは次章参照） そこで、電源の内部抵抗を300Ω、無負荷電圧を287.45V（その１のA級の動作で同じ出力5.1Wが得られる電源電圧です。）として、シミュレーションしてみました。
下記が、その結果です。 内部抵抗の有りのときでも無しのときとその傾向は変わりませんでした。ただし、A級の出力が見劣りする感じです。
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♪ AB級動作での歪みの打ち消しDEPPでは、出力管相互で2次歪み（偶数の次高調波）を打ち消し合いますが、片側の出力管がカットオフしているB級動作のときでもホントに2次歪みが打ち消されるのか気になりました。そこで、上記の ➂（ AB級-2）の動作での歪み率特性をシミュレーション回路（電源の内部抵抗有り）で測定してみました。 この➂の動作では、入力信号が16Vp-p（出力0.26W）位で出力管のプレート電流がカットオフとなり、これ以上はB級動作となります。 測定結果を見ると、B級動作となっても歪率特性に変化はありませんでした。最大出力のときの歪成分を見ても、偶数次の高調波は綺麗に打ち消されています。
♬ 何で？ 歪みを打ち消し合うと言っても、 『片側の出力管がカットオフしているB級動作』という言葉に惑わされたぁ。（笑わないで下さい・・・） 歪みが定義される期間は波形（基本波）の1周期の期間であり、電流が流れていない期間（波形の一部）のみでは “歪み” は定義されない／存在しないんですね。
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電流が流れていないときの
♪ 負帰還の効果負帰還により歪み率が改善すると最大出力が増加します（参照）。歪み率が悪いほど増加します。これにより、負帰還をかけることで深いAB級でも理想値と遜色のない出力電力が得られるのではないかと想定し、シミュレーションしてみました。 上述のその2の回路において6ｄB（約2倍）の負帰還をかけてみた結果を下図に示します。水色が負帰還前（その2の結果）、緑色の棒線が負帰還後の出力です。理論どうり歪み率の悪いB級に近いほど最大出力は増加していて、6dBでもなかなかの効果でした。 多極管の場合、ダンピングファクタの低さを補うため負帰還を施す設計が一般的ですが、出力面での効果も高く、よほど深いAB級のバイアスでは無い限り、その多寡による出力電力の差異は少ないかと思われます。
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♪ 6V6を使用したプッシュプルの動作階級表示
一木吉典さんの「オーディオ用真空管マニュアル」（53頁辺り）によると、RCA社は、この6V6の動作階級をA級からAB級に変更したそうです。記事の趣旨は、動作階級の理論的な定義と実態に関してですが、本稿は、この趣旨からちょっと外れて、興味深かった事柄のメモです。 |
右表は
♬ ロードライン上の最小電流この動作例では、無信号のときのバイアスが -15V、最大出力のときの入力電圧が Grid-Grid 間で 30V とありますから、バイアスが ０V～-30Vまでの振幅となります。A級の動作例なら、最低バイアス (=-30V) のときプレート電流は０ｍA以上のはずです。スクリーングリッド電圧が250VのときのRCA社のEp-Ip特性図を見ると、確かに、バイアスが-30Vのときのプレート電流は2mAほどです。また、同じくGE社のEp-Ip特性図では、バイアスが-30Vのときのプレート電流はもうちょっと多くて4mAほどです。 何故、この動作がAB級なのでしょうか?
♬ 各社の規格データRCA社がAB級とした規格表は探し出せませんでした。そこで、各メーカの規格表を見たところ、まったく同じ250Vの動作例が記載されていて、面白いことに、動作階級はA級との記載もあり、AB級との記載もありの状態でした。 ■上記動作例での各メーカの動作階級表示
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物の本によれば、DEPP回路の動作階級は、最大出力のときちょうどプレート電流がカットオフするAB級をもって良しとするようですが、これら結果を見ると、なるほどなぁと言う感じでした。また、負帰還を前提とした設計では、浅いAB級ならバイアスの多寡にさほど神経質にならずとも良さそう（？）です。
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