平均プレート電流

2018/5/30

 

下表は、General Electric 社の 6V6GTの規格表に記載されていた動作例の抜書きです。プレート電流の項目を見ると、無信号のときに70mA（Ep=250V）だったプレート電流が、最大出力のときには79mAと増加しています。

本章は、このプレート電流の増加について調べたノートです。

 

 

♪　プレート電流の平均値が増加する理由

プレート電流の平均値が増加する理由はシンプルでした。

右図は、グリッドに信号（正弦波）が入力されたときのプレート電流の波形のイメージ図で、第2次の高調波成分（歪み）が含まれているときの波形は、このように山が高くなり谷は浅くなります。

電流の平均値は面積ですから、第2次の高調波成分（歪み）が含まれているときのプレート電流の波形の平均値 Ipave は、波形の形から、無信号時のプレート電流Ipo より増加することが分かります。

 

 

 

 

♪　平均プレート電流の増加量

平均プレート電流の増加は、第2次の高調波成分（歪み）によるものなので、高調波の波形をトレースしていきます。

正弦波が入力されたときのプレート電流は、次の式で表すことができます。（第5次以降の高調波は省略）

ここで

I0：直流成分

f：基本波の波高値

hj：第j次の高調波の波高値

I0は直流成分で、基本波、各高調波とも、この I0を波の中心として振幅を繰り返していますので、I0 がプレート電流の平均値 Ipaveです。

 

 

 

一方、無信号のときのプレート電流の値をIpoとすると、Ipoは、ωt=0のときのipの値ですから、Ⓐ式に ωt=0 を代入して

　

よって、①、②から、プレート電流の平均値Ipave は

となり、信号が入力されたときの平均プレート電流 Ipaveは、無信号のときのプレート電流よりも、第2次の高調波の波高値から第4次の高調波の波高値を減算した分だけ増加します。

 

以上は、第4次までの高調波を対象としましたが、偶数次の高調波は余弦波、奇数次の高調波は正弦波になり、また、奇数次の高調波の中心はIoですから、信号が入力されたときの平均プレート電流は、無信号のときのプレート電流よりも、位相0のときの偶数次の高調波の振幅が重なりあった分だけ増加します。

 

 

♪　最大出力のときの平均プレート電流を計算する

1)    計算方法1

プレート電流の平均値は、偶数次の高調波の波高長から得られますので、その精度は、第何次までの高調波を計算に組み込むか次第です。

第2次の高調波の波高値だけで概算するなら、

で求めることができます。

また、もう少し精度を求めるなら、第4次の高調波までの波高値から、次式で計算できます。

ここで、

ip1：入力信号が最大値の半分のときのプレート電流

ip2：入力信号が最小値の半分のときのプレート電流

 

詳しくは、「ロードラインから２次歪み率と３次歪み率が算出できる理由」を参照下さい。

 

 

2)    計算方法2

別な計算方法としては、次の式が知られています。

この式の右辺は、実際の動特性曲線（右図の青線）を、動作基点を起点にした直線（赤線）と見なしたときのプレート電流の波形の平均値になります。

ｰ       このときの山、谷の波形は、それぞれの波高が ipmax－Ipo、Ipo―ipmin の正弦半波です。正弦半波信号の振幅の平均値は、波高値をAmとするとAm*2/πですから(*)、波形の面積の平均値は、右辺となります。

また、最少プレート電流 ipminが 0mAのときは、以下の式で求めると実際の値により近くなるそうです。

 

 

 

 

３）　計算例

上記の式で平均プレート電流を求め、併せて、シュミレータにより測定した値と比較した結果、計算方法1の❶－１式が圧勝でした。まぁ、他の式よりはパラメータがひとつ（4次歪み）多いので、正確度が上がって当然でしょうか。また、計算方法1の❶式は、最大電流値と最少電流値だけから計算できる割には、それなりで、概算には便利かなと思いました。❷式、❷－1式は、思ったほどの精度ではありません。

 

F  ほんの数例ほどなので結論じみたことは言えませんが計算方法1の方が計算法2より精度が良さそうです。また、計算方法1の方が原理に沿っていて理解し易いのですが、平均プレート電流の近似値を求める式としては、計算方法2の方が一般的なようです。何か秘密があるのかも知れません。

 

 

先日まで、A級動作であれば、動作時の平均プレート電流は無信号のときと等しいと思い込んでいました。まして、高調波ひずみと関係があることなどは知りもしませんでした。

また、この平均プレート電流って、普通のプッシュプルアンプでは動作基点を確定させる上では重要な要素なんですね。勉強になりました。

 

ｰ       おまけ

プッシュプル回路の出力信号には、偶数次の高調波は打ち消されてしまい出現しません。基本波と奇数次の高調波だけです。だから、平均プレート電流は増えないはずでは・・・？

 

 

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