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-12AU7-FET_Cascode_SRPP- |
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【全体の構成を考える】 全段差動プッシュプルの直結回路で最大出力は、30Wを目指します。KT120は単体でかなり多くの電流を流せるため、高い出力が得られるはずです。 電源は、FETリップルフィルターで構成します。この方が、力強く、迫力のある音になるとこれまでの経験から考えています。チョークトランスは使用しません。 直結回路とするため、回路は、２段構成にします。初段はFETを使用したCascode+SRPPの差動回路とし、増幅度のアップと出力インピーダンスを低くするようにします。 初段をFETによるCascode+SRPP差動回路とし、初段の利得を稼ぐことにします。初段は、FET２SK246と複合３極管で構成します。 Cascode+SRPPの構成とすることで、利得が高くなるため、増幅度μの値が低く、内部抵抗ｒｐの低い複合３極管が使えるので、選択肢が多くなり ます。初段の複合３極管は、12AU7を選択、10本位から特性の揃ったものを4本選びます。KT120は、特性の揃ったもの４本を購入。 最大出力を30W程度にするための条件を考えてみます。 ◎出力トランス５ｋΩの場合： 110ｍA×110ｍA×５÷2000＝30.25W 出力段のIP電流がKT120、1本あたり、110ｍAです。この条件でロードラインを引いてみます。動作点は、425V、-45V、110ｍAあたりです。
これを動作させるためには、初段（12AU7）から出力段への電圧が、120Vくらいだとすると 120V＋45V（バイアス分）＋425V＝590V FETリップルフィルターでの電圧降下分が約10V。 出力トランスでの電圧降下分が、直流抵抗84Ω（ソフトンRX-80-5の場合）として 110ｍA×84Ω≒9Vです 590V＋10V＋9V＝609V以上が必要です。 609V÷1.3＝468V 少し余裕をもって、電源トランスの容量は、470V、500ｍA位のものが必要です。 この規格に合う電源トランスは、HPで探しましたが、なかなかみつかりません。 特注する必要がありますが、フェニックスというトランスを製作している会社が、個人向けにRコアトランスを販売しています。 Rコアトランス特注の場合： 470V×0.8A（AC）＝376VA 6.3V×5A（AC）＝31.5VA 6.3V×5A（AC）＝31.5VA 10V×1A（AC）＝10VA 合計約449VA RA400というタイプのものになります。 以上の検討から、出力トランス5ｋΩとし、電源トランスをRコアトランスの特注として設計することにします。 【使用する部品の構成】 【電源トランス】 Rコアトランス特注-フェニックス（株） RA400 470V×0.8A（AC）＝376VA 6.3V×5A（AC）＝31.5VA 6.3V×5A（AC）＝31.5VA 10V×1A（AC）＝10VA 合計約449VA RA400：概略寸法 189ｘ146ｘ88、重量6.5ｋｇ 静電シールド付 【出力トランス】 出力トランス：ソフトンRX-80-5の仕様
（ソフトンHPから引用） 【KT120データ】
【初段真空管データ】
参考：3定数の関係 *「μ」＝「gm」×「rp」 *「gm」＝「μ」÷「rp」 *「rp」＝「μ」÷「gm」 【初段の検討】 初段の検討は、FETとSRPP下球の特性図を並べて、次のように検討を行います。 ２SK246の動作点を、特性図から大体、VDS＝12V、VGS＝-0.65V、ID＝2.5ｍAとします。 初段の球は、12AU7とします。 12AU7の動作点は、FETの動作点から、IP＝2.5ｍA、電源トランスの電圧から、FETリップルフィルターでの電圧降下や出力トランスでの電圧降 下、出力段のカソード電圧などから考えて、VP＝120Vとします。ロードラインは、270VからRL＝60ｋ位の線です。 初段FETは差動回路になるので、入力電圧1Vとすると、ひとつのFETあたりでは、0.5Vになります。VGS＝-0.65Vの点から、0.25Vずつ振ってみると、それぞれVGS＝-0.4V、ID＝3.2ｍA、VGS＝-0.9V、ID＝1.8ｍAとなります。 カスコード回路は、電流増幅となるということなので、これを12AU7のロードラインに当てはめると、120V、2.5ｍAの動作点を中心に、75V、 3.2ｍAと159V、1.8ｍAの点に振れます。159V-75Vの間で動作しますので、約84倍（84Vp-p）の利得が予想できます。また、 KT120の動作点のバイアス値は、-45Vなので、84Vp-pあれば十分にドライブできます。
【初段回路の検討】 初段回路を考えてみます。 12AU7は、μ＝17 Rp＝7.7です。（「電圧増幅双３極管比較表」のHPから） RL＝60ｋΩとすると「私のアンプ設計マニュアル」のHPによれば、上側の球の負荷抵抗値は、 負荷抵抗値（RL） = 上側球のrp + （ 上側球のRk × 上側球のμ ） + 上側球のRk ということなので、 上側球Rｋは、 Rk = (RL − rp) ÷（μ+1） となるので、 Rk=（60−7.7）÷（17+1） Rk=2.9ｋΩ 【出力段の検討】 出力管KT120プッシュプル、出力トランス5ｋ（ソフトンRX-80-5-プッシュプル用5KΩ/80W）を予定。 次のとおり、2.5ｋのロードラインを引いてみます。出力段のIｐは110mＡを想定しているので、バイアス0Vのラインが220mＡと交差するように、ロードラインを引きます。425V、−45Vあたりが動作点です。 初段12AU7動作点が121Vなので、120V+45V＝165Vが出力段カソード電圧。 165V+425V＝590VがKT120プレート電圧。 出力トランス直流抵抗（P1-B間）が84Ωなので、電圧降下は110mA×84Ω≒9V。 必要な供給電圧は、590+9V＝599V＞＞およそ600Vになります。 【総合利得の予想】 このアンプの総合利得の見当をつけます。 2段直結-としますので、出力段のグリッド電圧が、初段のカソード電圧の分だけ嵩上げされ、高い電圧が必要です。電源トランスは、フェニックスRコアトラ ンス（特注）とします。動作条件は、Ep=425V、Ip=110ｍA、RL=5kΩp-p、バイアス=-45Vあたりを想定します。 1） 理想最大出力は、 0.11A×0.11A×5000Ω÷2=30.25W 2） 8Ω負荷における30.25W時の出力電圧は √(30.25W×8Ω)≒15.6V＜最大出力時の出力電圧＞ 3） kt120の入力感度は、 45V÷1.414≒31.8(r.m.s.) 無帰還総合利得＝最大出力時の出力電圧/最大出力時の初段入力 なので、 最大出力時の初段入力（入力感度÷初段利得）を求めます。 入力感度は、上の３）から、31.8V(r.m.s.)。 初段利得は、ロードラインから推定し、約84倍です。 したがって、最大出力時の初段入力（入力感度÷初段利得）は、 上記３）から、 （入力感度）31.8V÷（初段利得）84＝（最大出力時の初段入力）0.38 になります。 無帰還総合利得は 上記２）から、 （最大出力時の出力電圧）15.6V÷（最大出力時の初段入力）0.38≒41倍 になる予想です。 【負帰還】 このアンプは、総合利得がおよそ41倍あると予想できるので、 41倍＝32ｄB〔20log(10)41をエクセルで計算〕 増幅度を、10倍位とすれば、 10倍＝20ｄB〔20log(10)10をエクセルで計算〕 32dＢ−20dＢ＝12ｄB の余裕があります。製作後、実機での調整になります。 【電源部】 電源は、ダイオードを使い整流します。 フェニックスRコアトランス（特注、ブリッジ整流後で、470V×1.3＝611Vが供給可能です。 KT120をPPにして、１本あたりのプレート電流を110mＡとすると、4本の合計で440ｍA。 出力段のプレートに供給する電圧は、FETでリップルフィルターを構成し、チョークトランスは使いません。電圧降下は、およそ10V-12Vを見込みます。 また出力トランスの直流抵抗が、1次P-P間で128Ωと推定されるので、電圧降下は84Ω×110ｍA＝9V。 電圧降下は、合計で10V+9V≒19Vになりますので、611V−19V＝592Vがプレート電圧に供給可能です。
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