三段全段差動プッシュプルアンプ_6P43P-E(その5)

いよいよ仮組から本組へ移行です。真空管のソケット周りは仮組と本組のシャーシで同じ寸法で配置したので仮組の部品をそのまま使いまわすことにしました。真空管ソケットもLラグもです。とは言っても配置にはそれなりに順番があるので、先ずは電源トランク、出力トランス、ACインレット、ヒューズホルダー、電源SW、入力端子(RCA)、ボリューム(は早過ぎました)を取り付けました。

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ドライバ段、出力段の真空管ソケット周りを仮組から移植しました。配線は基本的に行って帰って来る線同士は一緒にネジネジして他に悪影響を出さないようにします。ソケットの中央の金属部分にGND用の銅線をはわせています。この線は抵抗を少しでも少なくするために極太の銅線を使っています(単線の線材の被覆を剥いて中の銅線を使っています)。

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電源ユニットと初段のラグ板を配置しました。電源ユニットの平滑用FETは熱を持つのでラグ板の真下のシャーシに貼り付けています(フルモールド品なので下にシリコンラバーを引いてねじ止めしています)。写真上では出力段の定電流回路(LM317F)の対処方法と同じです。

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ほとんど配線終了です。因みにシャーシとGNDの接続は真ん中右側の真空管ソケットの上のLラグの真ん中の端子で接触させています。

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実は上の写真の時点で既に1度電源を入れています。ダミーロードに繋いでですが。その時点で電源ONして少しすると出力トランスが唸るという現象に遭遇して…一瞬で原因はわかりましたが、仮組までしておきながらこんなミスを犯すとは…と少々わらけてしまいました。今までの写真を見比べるとすぐにわかります。更にもう1つやらかしているのですが、それが分かったのはクロストークを測定している時だったので説明はその時にすることにします。

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電源を入れた所です。
全ての真空管が裏面になってますね…。配線を優先したが故なのですが少々さみしいです。実使用には何の影響もありません。
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三段全段差動プッシュプルアンプ_6P43P-E(その4)

ケース加工です。今回は久しぶりに塗装も行いました。

トランスの並びは真ん中に電源トランスでその両端に出力トランスを設置したかったのでトランスの位置自体はほぼ決まっていました。トランスの向きはコアの向きが90度ずれる様に配置としますが、念のために確認しました。電源トランスに100VACを繋ぎ、その時の出力トランスの8Ω端に出てくる起電力(電圧)をミリボルで計測しています。値が小さい位置が電源トランスの磁界の影響が最も少ない所になるのでその配置にします。

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シャーシの大きさが許す限り電源トランスと出力トランスを話した場所に設置します。真空管の配置は同じチャネルの出力管同士は固めて配置したいという思いがあったので6P43P-Eを2つずつ両端に、真ん中に6BQ7Aを配置とする構成にしました。AR_CAD(株式会社SHF)で作図したのがこれです。出力トランスの配線を通す穴をもう5mmほど外に配置するんだったと後で後悔しています(ゴムブッシュを無理くり付ける事になりました)。

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作図した内容を印刷してシャーシに貼り付け、主要な場所にオートセンターポンチでドリル位置をマークし、ドリルで穴あけ。シャーシパンチで穴あけ。ハンドニブラでガジガジして平やすりで成形した結果です。裏蓋は使いまわしなので妙な穴が空いてます。

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穴をあけ終わると、いよいよ塗装です。
塗装の前に#240,#400の耐水サンドペーパーで磨く&塗料が付きやすくするためのキズを付けます。磨く時はケースに水をかけてサンドペーパーで一定方向に平らにゴシゴシするのですが、その時に有ると便利なのがハンドサンダーです。このハンドサンダーにちょうどの大きさのサンドペーパーも売ってはいますが、私は通常のサイズの物を購入して4等分に切って(ちょうどの大きさになります)使ってます。研磨した状態が以下です。

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研磨後は中性洗剤を使ってスポンジで綺麗に削り粉を洗い流します。次に塗装をするので、洗剤で洗った後は油(手油含む)が付かないように注意してケースを乾燥させます。

塗装の大敵は油と埃です。手袋をして作業をした方が良いくらいですが、私は面倒がって裏面しか持たない様にして作業を行いました。脱脂は専用の薬剤もありますが、中性洗剤で洗っているのもあるので念のため程度にマニキュア落としで全体をまんべんなくふき取るくらいにしています。

今回の塗装には全てHoltsの物を使いました。カラーとクリアにはかなり相性があるようで、他社の製品と混在して使用すると溶けた感じになる事があるみたいです(カラーは トヨタ 1F7 シルバーM です)。

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プラサフを使用するのは実は初めてです。今まではプライマーを使っていたのですが、プライマーって透明色くらいしか無く、吹き付けた場所やムラがわからないので、色が付いているプラサフ(プライマー + サーフェイサー)を使いました。炎天下の下でプラサフ3,4回(ほとんど使い切りました)、カラー3,4回(ほとんど使い切りました)、クリア2回の吹き付けを行いました。作業できる時間の関係で回数間の乾燥時間が1日とかで塗り終えるのにかなりの時間がかかりました。

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色々と試してみようとして失敗して裏蓋の写真では左上の部分が塗装が削れてしまいました。欲張らな方が良いですね。それと、今回はアルミに銀色(メタル)を吹き付けているので、途中で自分なにしとんの?という感覚に陥ってしまいました。次回からはもう少し違う色を選択するとします。

塗装はこれで終わりです。次回からは組み立てに入ります。

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三段全段差動プッシュプルアンプ_6P43P-E(その3)

部品を買い集めたので、先ずは電源部の部品配置を現物を確認しながら書き込んでみました。

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ケースに入れた時の配置を考慮して片側8Pのラグ板を2枚使用としました。上側のラグ板で出力段の電源までを構成していて、下側のラグ板でドライバ段の電源と負電源を構成しています。初段の電源は入りきらなかったので初段の回路側と同じラグ板に乗せる計画です。FETはかなりの熱を持つ見込みなのでシャーシに貼り付けます。

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上段部を組み立てて、154mA相当の電流を流す想定で470Ω/20Wのセメント抵抗を3つ直列に繋いでその時のFETのドレイン側を測定してみたところ、234Vとなりました。電源トランスのヒーター端子にも同様に3.9Ω/20Wの抵抗を2回路分付けています(片チャネル = 0.625A x2 + 0.4A)。220Vを出力するとして、本番ではFETで (234 - 220) x 0.154 = 2.156Wを消費することになります。

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一気にもう片側の電源部を組み立てました。実験中に立てておくためにスペーサの先に貼付け式ボスを付けてこけにくくしています。


ここまで来たら、一気に作成です。
初段部の回路と電源回路を1つのラグ板に乗せることにしました。

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ドライバ段、出力段の回路は真空管という事もあり、アルミ板の端切れを使って仮組をしました。段間のコンデンサですが、少し大きな物を使用しているので、実際にケースに取り付けた時を想定して、Lラグの端子から上側に向けて取り付けています(使用時は下向き)。こうする事によって斜め方向ではなく垂直方向しか力(自重)がかからなくできる目論見です。

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電源トランス、出力トランス、入力RCAコネクタ、ボリューム、ダミーロード(セメント抵抗8Ω)を接続して電源ONで各箇所の電圧チェックを行い、おおよそ設計の通りに成っていました。NFBも位相を考えて配線したのが功を奏したのか発振することなくスムーズに作業が行えました。ここまで来ると若干心に余裕ができてきて、NFBの量を調整少し調整箇所をいじってみましたが、ぺるけさんが言われている通り、PMF-25Pでは周波数特性が120kHz以上から暴れてくるようになりました。

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このバラック状態では細かく特性を取りながら調整してもあまり意味がないと思い、次はケース加工に移ろうと思います。

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三段全段差動プッシュプルアンプ_6P43P-E(その2)

増幅器部分(アンプ)の回路設計はとりあえずできました。この増幅器に接続する電源を考えていきます。増幅器部分で必要とする電源は、220V/70mA(35mA x 2)と195V/4mA(2mA x 2)、19.5V/1.5mA(0.75mA x 2)です。電源回路の部品点数をなるべく減らすために2ch分をまとめて供給とするので、必要なそれぞれの電流値は更に倍になります。

電源で一番分からないのが電源トランスです。同じ型番なら傾向は同じみたいですが、それでも負荷の有無、もっと厳密に言えば負荷のかかり具合でとれる電圧が変わってきて、無負荷状態がMaxで、最大負荷状態(全端子の取り出せる電流一杯いっぱいの状態)がMinです。特注でもしない限り、Maxの状態で使う事はないのでMax~Minの間のどこかを使う事になります。この様子はぺるけさんの小型電源トランスの整流出力特性のページが分かりやすいです。

6P34P-Eへの電源が220Vと低いのと、そこから取り出す電流が多い((70 + 4 + 1.5) x 2 = 151mA)のと、その割にヒータ部分で結構電力を食う(6.3 x 0.625 x 4 + 6.3 x 0.4 x 2 = 20.79W)ので市販の電源トランスではなかなか合う物が無い。でも特注するとなるとそれなりに割高になるというのがあり、ちょうど良いトランスが無い物かとあちこち探して、1個使えそうなのを見つました。ノグチトランスのPMC-190Mです。Web上でもやはり電圧が低いけどDC電流がそれなりに取れて、ヒータの巻き線もそれなりに容量があるかゆい所に手が届く的な存在の電源トランスの様です。

この電源トランスで行けるのか、電源部の詳細設計をしてみます。まず、出力段の電源は安定化しない事にします。安定化するには電圧が高いので部品点数が多くなるのと、設計が複雑になります。同じ要因でドライバ段の電源も安定化しません。後で記載しますが安定化しない場合はそれなりに実験的な事をする必要が出てきます。初段に関しては電圧も低い部類なのと、2SK30Aの耐圧がそれほど無いので、安定化します。それと負電圧ですが、E34Lの回路同様にダイオードの順方向電圧で作り出すことにします。以下に回路図を示します。具体的な値を記載していますが、下で説明です。

3diffpp_6p43pe_ei_04.png

E34Lのアンプでは出力段の電源はトランスから両波整流のダイオードを通過し、抵抗とコンデンサで構成した2段のLPFを使用していました。今回はこの部分をミニワッターで使用したFETによるLPFとする事にします。分圧も兼ねるのでこの部分が調整部分になります(56kΩと1.5MΩの記載のある抵抗部分です)。LPFのカットオフ周波数は56kΩの抵抗と47μFの電解コンデンサで決まります(0.061Hz)。この時に削られる電力分をFET(2SK3767)に肩代わりしてもらうので、熱量計算が必要になります。この時点でははっきりとはわかりませんが、180V端子の両波整流でDC190mAを採れる所を154mA程採る予定なので…240VくらいがFET前でそこから220Vまで下げると考えて、差分が20V、通る電流が154mAなので、3.08W……結構な電力を消費させますね…ケースに取り付ければ大丈夫かな? FET後は出力インピーダンスを下げるための電解コンデンサを仲介して出力段の電源とします。ドライバ段の電圧は195Vなので抵抗で電圧を下げます。14mAが通る予定なので、1.8kΩとしています。

初段の電源ですが、これは安定化するのでそれなりの回路が必要です。E34Lの時みたいにツェナーダイオード一発って手もありますが、少々凝ってみました。ツェナーダイオードを基準電圧としてトランジスタで電圧降下させる一般的な方法ですが。トランジスタのコレクタ側に付けている47kΩの抵抗はトランジスタの電力消費を抑える為です。ツェナーダイオードの上の56kΩの抵抗はツェナーダイオードに流れる電流の抑制です。ツェナーダイオードは流す電流によってツェナー効果で得られる電圧が変化するので、抵抗1本で安定化を確保しています。

トランスから得られる電圧が想定と異なった場合は多少であれば56kΩの抵抗を代える事で対応できます。実際問題、どうなるのでしょう。

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三段全段差動プッシュプルアンプ_6P43P-E(その1)

6P43P-Eを使った二段の全段差動プッシュプルアンプは実質解体判決となってしまったのでそのリベンジをしようと思い立ち、再び6P43P-Eを使用してアンプを作る事にしました。

前回の原因は結局の所わからず仕舞いです。いわゆる「好みに合わないアンプ」だったという事だと思います。そこで、回路構成を変更する事にしました。ただし、全段差動プッシュプルの音自体は気に入っているのでこの点は採用です。E34Lとの違いは出力と段数です。なのでこれらも採用して三段版を作成する方向で検討します。ドライバ段の歪みが大きい方が最終的に歪みの打消し(PPの場合は2次歪み)が強くなるようですし。

三段全てを真空管にする気はさらさら無く、初段はJFETにします。消費電力を少しでも減らせるように、且つスペースもそれなりに確保できる様に2段目は双三極管にを選択したい所。μが低くgmも高くはなく手持ちで有る球……という事で6BQ7Aを候補としました。出力トランスも前回とはなるべく異なる様に8kΩ品を選択します。

出力段のロードラインを引いてみます。
6P43P-Eは三結で14Wまで行けそうな記載もあるのですが、8kΩ(PPなのでロードラインは4kΩで引く)の出力トランスを使う場合、そこまで上げるとプレート電流をわんさかと流す事になります。なので、作成上無理の無い(自分の力量の限界を超えてしまわない)位置として、7.5Wとしました。そうする事で、プレート電圧 Ep=210V、プレート電流 Ip=35mA、バイアス=-23V くらいで線を引くことができます。内部抵抗 rp=1.2kΩ、増幅率 μ=7といったところでしょうか。利得は5.38倍。

3diffpp_6p43pe_ei_01.png

初段の設計
あれこれ悩みましたが、ぺるけさんの3段構成化のページ(3段構成における初段動作条件の設計)にある初段をそのまま使いました。出力段のバイアスが-23Vなので次段と合わせて16倍以上は必要ですが、実際問題どのくらい必要なのか決めかねてしまいました。なので、手持ちの2SK30Aの特性を加味してそのままを使う事にしました。ドレイン電流Id=0.75mA、ドレイン負荷抵抗Rd=10kΩです。gm=1.6、利得=16倍という内容もほぼほぼ同じ。実際にはソース側に差動調整用の抵抗を入れるので、15.4倍です。

ドライバ段のロードラインを引いてみます。
6BQ7Aを候補に挙げているのですが、ドライバ段って自由度が大きいので気が付いた条件を1つ1つ上げて最後はエイヤで決めました。負帰還を多くかけられる様に、でも電源部分は複雑にしたくないので出力段の電圧より低く。2次歪みの打消しに期待して大きく歪んだ領域を選択すると今度は3次歪みが増えてくるらしいのでEp-Ip特性の線が寝すぎない位置で。定電流回路も複雑にはしたくないので、JFETかCRDで賄える範囲で。等々で引いた線が下図です。

3diffpp_6p43pe_ei_02.png

水色の線が33kΩの線ですが、ドライバ段と出力段の間には出力段のグリッド抵抗 470kΩを入れる予定なので、交流的にはその合成抵抗に成り、それが黄色のロードラインになります。プレート電流 Ip=2mA、プレート負荷抵抗 RL=33kΩ、電源電圧 195V、バイアス -3V。この点における内部抵抗 rp=12.5kΩ、増幅率 μ=32.5、出力段のグリッド抵抗 Rg=470kΩ なので、利得は 23.13倍。

ここで忘れてはいけないのが隠れた存在のLPFです。出力段の入力容量とドライバ段の出力インピーダンス(+出力段のグリッド抵抗)によってLPFを形成してしまいます。これに関しても考慮が必要です。何せ三段にする要因の1つでもありますしね。LPFの詳細はぺるけさんの高域特性の改善のページが非常に参考に成ります。また、6P43P-Eの三結時のグリッド~カソード間の容量Cg-k、グリッド~プレート間の容量Cg-pの値はdiyaudioのフォーラムに書かれていたSPICEモデルの値から持ってきました(データシートに書かれているのは五極管として使用する時の値なので)。それと、発振防止につけている2.2kΩの抵抗。これらに実回路の影響を加味すると、カットオフ周波数はだいたい 278kHzになります。これなら影響無さそうです。

ここまでの内容で総合利得を求めてみましょう。
初段、ドライバ段、出力段共に各利得は上に記載しています。あと必要な利得は出力トランスの部分になりますね。インピーダンス比が 4000:8 で、実使用を考えるとロス分を含めて 1/24 = 0.04167倍 とします。無帰還時の総合利得はこれらの利得から計算すると、79.83倍になります。かなりの量を負帰還に回すことができそうです。


アンプ部の大まかな数値を出すことが出来たので、具体的な数値を入れた回路図を描いてみます。因みにお財布事情等で出力トランスはノグチトランスのPMF-25Pを使う予定です。可能ならISOのfc-25-8やファインメットコアのFT-25Pを使ってみたい気もします。

3diffpp_6p43pe_ei_03.png

負帰還量は後で調整できるように100Ωの可変抵抗にしています。また、高域発振防止に位相補正として2.2kΩの抵抗に330pFのコンデンサを抱き合わせています。これで遮断周波数 219.2kHzのフィルタとしています。また、スピーカの端子部分にはZobelフィルタを入れています……この値では、位相補正より先にZobelの方が効くのでは…160kHzなので…。


2018年07月15日追記
出力トランスのPMF-25PのP1-B、P2-B間の直流抵抗値を測ると150Ωでした。なので、出力段の電圧は215Vくらいが設定したロードラインにピッタリなのですが、220Vで設計を進めてしまったのとそこまでシビアになるに必要もないのでそのままとしています。

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