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最終の回路図をアップして置きます。
以前と変ったのはR13を39Kにしたのと、Rnfを1.5KΩにした位です。
R13が20KΩだと、AC100Vラインの電圧変動で平滑直後の平均DC電圧が下がった時、リップルフィルタの時定数との関係で瞬時B電圧にリップルが乗って来るからです。 これは不定期にブンという短いノイズとなって聞こえて来るので、B電圧の若干の引下げも止む無しという事で決めました。 他にもR6を180Ωから100Ωにしていますが、手持ちに100Ωが無いと思い込んでいたのが、探して見ると100Ωが出て来たので替えただけです。
あと、R27は以前には1.8Kとかにしていたんですが、それじゃ余りにも電流少な過ぎだろ、って事で見直した値です。 これでパイロットLEDの照度もバッチリです。 さて、アンプの調整もさることながら私の耳の方もたいぶん”調整”されて来たので、後は音を楽しむだけとなりました。
夕日が西山の稜線の向こうに沈んで、残照が空をピンク色に染め始めるトワイライト・タイム。
一日で一番心休まる最高の時に聴く自作アンプの音。 ほんとに堪りませんね、この瞬間。 |
オーディオ＆電子工作
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書庫「私の音楽鑑賞」の方が、ちょっとアンプ製作や電子工作の方面に偏って来ましたので
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試聴の結果、NFBは最終的に2.2dBに落着きました。
前回の投稿で上げていた値、2.67dBだと中高域の音に若干艶が無くなるような気がするんですね。 あくまでも”気”の範囲ですけど。 それで、一歩控え目の2.2dBです。 次に6CA7を新品の「ペアチューブ」に交換してみた所、予想通り左右チャンネルのゲイン差がほぼ無くなりました。
条件：NFB=2.2dB, 入力VRはセンター（12時）位置
200KHz付近のバタツキも思っていたほど悪く無く、方形波応答も問題無いみたいです。 実の所、この辺が音にどう反映するのか、私には分かって居ないのでこれ以上何も書けません。 次に、根気勝負で結構大変だったのが歪率測定。
高調波歪率に残留ノイズを加算したもの（THD+N)を測定しました。 左右チャンネルで周波数毎のバラツキが凄く大きいんですね。
1KHｚのカーブだけを見ても、LTspiceでシュミレーションして居たのとは違って、かなり悪い成績に思えますが、これが現実なんですね。 特に100Hzは、5Wを越える辺りから波形が大きく歪んで来るのがオシロでの観測からも分かります。 歪率の測定用には10年前に自作した歪率計があるんですが、今回は efuさんのサイトで公開されている「WaveSpectra」を利用しました。
これは素晴らしいソフトです。
読込んだ波形から即THDとTHD+Nが分かるんです。 この写真の左端に表示されている数値がそれです。 ただ使い方に注意しないと、全く変な測定をしちゃいます。
私も最初はそれで悩みました。 まず、efuさんのサイトに同じく公開されている「WaveGene」という信号発生ソフトがあるんですが、これを発振器代わりに使うと具合が悪いです。
私の場合、まともに信号入力が出来ませんでした。 ネット上でもWaveGeneを使う場合は入力用とは別に波形出力用にもう一台オーディオI/Fを用意する事が勧められています。 それで今回、信号源にはオーディオ発振器を使って一方通行の測定ラインを構成して測定に臨みました。
歪率特性の測定はｘ軸（水平軸）にアンプの出力（ワット）を持って来る訳ですが、実際に見ているのはダミー負荷両端のAC電圧です。
その電圧の2乗を8Ωで割った値でｘ軸を構成して行く訳ですが、しかしアンプの出力波形はMaxに近づくにつれて必ず歪んで来る訳で、これを平均値読取りの交流電圧計で読んでやっていると、段々誤差の多い設定になって来ます。 特に整流回路で交流を直流化して測っているテスタでは、その値を1.1倍して等価実効値を表示させている場合がほとんどなので、この場合誤差は大変大きくなります。
等価実効値とは、あくまで無歪正弦波に対して有効なので、波形が歪んで来ると当然正確な値からはかけ離れて来ます。 その結果、5ワットを設定しているはずなのに、実際は7.5ワット出ていた、なんて事になります。 私も自作歪率計を使っていた時には同じ状況でした。
しかし、WaveSpectraはどんな波形でも実効値で表示しますから、これを使わない手は無い訳ですね。 ただ、表示される単位はdBなんですよ。 そこでフルスケールを0dBにする設定をWaveSpectra上で行って、私のオシレータをオーディオI/Fにダイレクトに接続し、最大出力10.92V（テスタの有効帯域を考慮して、400Hz以下の正弦波でやる）にすると、-1.78dBと表示。 これでフルスケールの校正値が分かった訳で、 -1.78-20log(10.92/設定電圧） dB
という値がWaveSpectraに現在入って来ている波形の電圧レベルだという事になります。
ですから、目的とする設定値になるよう、WaveSpectraの左端に現れる値を見ながら、発振レベルの調整をオシレータのアッテネータとボリュームを使って行えば良い訳です。 一例を挙げれば、こんな風になります。 実際は中間の細かい設定もやって行くんですが、非常に微妙なボリューム操作が必要で、測定点数が多いほど大変疲れます。
せめて商用電源の変動の影響を排除するためにAVRなんかが有ればそれだけ助かるんでしょうが、現状は無いので自分で出来る範囲で頑張るしか無いし、当然結果もそれなりの物しか出せないんですが、やるだけの価値は充分にあると思います。 さて、今回で一応6CA7シングルアンプの完成という事にして置きます。
また何か思いついたり、間違いを発見したりした時には、追加投稿いたします。 |
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ツェナーダイオードは発注したんですが、入荷までボーっと待って居ても仕方が無いので、問題のヵ所のラグ板モジュールを外して調べて見ました。
結局、死んでたのはLM317の方だけで、ツェナーダイオードはちゃんと生きてました。 330Ωの抵抗も表面の塗装は焼けてますが、値は正常です。 それで、LM317だけ交換して、無事復旧しました。 今度は慎重に電圧チェックをやって、ほぼ設計段階の値が出ている事を確認。
早速音出しをやって、こちらも問題が無い事を確認して一息つきました。 さて、本来何をやろうと思っていたかと言うと、NFBを掛けて低域の引締めをやる予定だったんですね。
NFBの計算をするためには、裸のゲインを知って置きたい。 という事で、入出力特性の測定をやりました。 いや〜、暑い中この作業も大変でしたよ。 最初は無帰還状態で調べて見たんですが左右チャンネルでゲインがかなり違います。
右チャンネルのほうが低いです。
たぶん、ドライバー管も含めて左右のGmの違いによるものでしょう。 いろいろ差替えて見れば、また違った結果が出て来ると思います。 しかし帰還抵抗を左右で別々に別けて調整するのは極めて面倒臭いし、球を交換する度にそれをやる事になるので、ここでは左右の帰還抵抗は同じ値にするという括りで、Lch, Rchの平均値 9.56倍として計算する事にしました。
先ずは手持ちに2.4KΩの抵抗がたくさんあったのでパラにして、1.2KΩ。
これで帰還量2.5ｄB辺りを狙って見ました。 これは上記した裸ゲイン 9.56を使って実際に計算すると、2.67dBになります。 「情熱の真空管アンプ」を参照しながら、ON/OFF法で内部インピーダンスを求め、これからダンピンファクターを求めると次のようになりました。
NFB=0の時、Lch; 2.19, Rch; 2.12
NFB=2.67dBの時、Lch; 3.31, Rch;3.24 現在これで各種音源の試聴を続けています。
印象としては、ツルンとした聴き易い音になったような気がします。 低域のダル味も微妙に改善したかな？？ イヤイヤ、試聴にはもっと時間を掛けねば。 それにしても、VT62全段差動に比べると、大人しい鳴りですね。
最後に参考ですがNFBありで、7.5ワット出力時の波形です。
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電源の話の続きです。
昨日はDC平滑側の分圧抵抗、R13の値を変更して問題を解決すると言う所で終わってました。
47uFで平滑されたDC電圧には波高値14V程のリップルがあるので、これは要注意ですね。 B電源の電圧を決めるのは、パワーMOSFETのゲートに印可される電圧なので、ここの値は上記リップルの谷側のピーク値以下にして置かないと、B電源にリップル成分が現れる事になります。 そういう根拠でこうゆう風にしました。
R13用の20KΩはなんとか手持ちの物がありました。
最大出力が若干低下するでしょうが、ここは妥協です。 という事で抵抗の交換を済ませて、電源ON。 ところがこの後、テスターで電圧のチェックを始めたんですが、思わぬ惨事に見舞われまして、その対策で昨日は終わっちゃいました。 B電圧が来ている端子の所にテスターリード（プローブ）を当てたんですが、半田フラックスのためか直ぐ電圧が拾えなかったんです。
それで半田面に少し強く押付けた所、リードの先端が滑ってシャーシ側に短絡。 一瞬にして、パワーMOSFETがやられました。 幸い、こう言う事もあろうかと予備に一個買ってあったので、これは直ぐに交換出来ました。
”しくじったなぁ” 程度の思いで配線を元に戻し、電圧チェックを再開。
一応電圧値の確認を済ませて、気分直しに音出ししたんですが、不定期にジーッという単発的なノイズが出て来るんですよね。 仕方ないのでオシロを出して来て出力の波形を観測すると、ジーッと聞こえた時だけ確かに小さなトリガー状のパルスが見えるんです。
根気強く波形を観察していて分かったのは、このノイズの周波数が120Hzだという事。 つまり、B電源のトラブルですね。 それでオシロのプローブをB電源に移動して、ACモードで拡大して見てみると、やっぱりここに出ています。 それでもう一度FET周りの回路を入念に見て行くと、ゲートに接続した発振防止用の1KΩ（1/4W)に針の先ほどの焼跡が見えたんです。（ルーペでやっと見えた）
早速取り外して抵抗を測ると、15Kチョイもあるじゃないですか。 ゲート側にまで被害が及んでいるとは、ちょっと分かりませんでした。 この抵抗を交換した頃、陽も落ちて夕方になってました。
やれやれ、修復完了ということで、部屋の電気を落とし、ビールを出して来て飲みながら、カーペンターズを聴き始めました。 2つ目のアルバムが掛かった頃、何となく素子が焦げているような匂いが漂って来るじゃ無いですか。 慌てて電源を切り、部屋の電気を付けて匂いの元を辿って行くと、Lｃｈ側の6CA7のカソードに繋がって居る330Ω、3Wから煙が上がっていました。 しかも熱でリード線の半田が解けて、実にヤバイ状態。 この写真はもちろん後から撮ったものです。
どうやら短絡事故によって、ここもやられたみたいです。
さて、LM317は予備があるので良いんですが、ツェナーダイオードの予備がありません。
これから発注を掛けて、届くまで3〜4日は何も出来ませんね。 |
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熱帯夜で、結局朝4時に眼が覚めてしまいました。
かなり汗ばんでいて、30分ほどベッドの上で寝返って居たんですが、たまらず起床。 シャワーを浴びて、早い一日が始まってしまいました。 最初の「火入れ」以来ずっと試聴し続けて、段々気になって来たのは低音が若干ブーミーだな、って事です。
それで、クラシックでオーケストラが入って来ると音像が不鮮明になり勝ち。 結論的には、NFBを掛けてダンピング・ファクターをもう少し上げなければなりません。
その為にはまず、裸のゲイン特性を出さなければならないんですが、その前に回路各部の電圧が最初の設計通りに出ているのかチェックする事にしました。 （それもやらずに丸一日、音に浸り込んでいたのか！！．． 怖いコワイ）
”今、通電中だぞ！” って言う事で、感電防止策です。 ここでマズイ事を発見。
整流後のDC電圧が当初の目論みより、4.6%程低いです。 これではB電源以下各部全て、この比率で電圧が下がって来ます。 赤字で書いた値が実測値ですが、負荷電流だけは理屈通り出ています。 さて理由は簡単で、電源トランスを含めた整流回路の損失を低く見積もり過ぎていた事です。
無負荷なら、巻線電圧の√2=1.41倍がDC電圧になるのですが、損失を予想して1.3倍強で見積もっていたんですね。 それが、1.25倍。 まあ、現実はこんな物でしょうね、ちょっと都合よく考え過ぎていました。 しかし、このままではドライバー管、出力管とも設計動作点には届きません。
でもB電源の設計電圧値470Vまでは、まだ若干のマージンがあります。 それで、R13（56K)をもっと小さい値に変更する事にしました。 さて、手持ちの抵抗で間に合う物が都合よくあるかな？
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