12HG7/12GN7A はモノになるか? 試行錯誤編

実際に作り始めて、すぐに悩んだのは、G3/Shield 電極がふたつあること。先人の回路図に両方をアースするように書かれており、本作では、MTソケットの中心ピンをアースとして、そこから短距離で G3/Shield 電極をつなぐことにした。

まずは NFB をかけずに正弦波をいれてみたところ、盛大に発振していた。 発振周波数は 4MHz 程度。 前川さんの EL821 CasComp 単段差動プッシュプルアンプの解説に、「オペアンプの低い出力インピーダンスでグリッドを駆動するため、ミラー効果が生じない」とあることから、グリッドに発振止めをいれていなかった。 グリッドの発振止めをいれると、盛大な発振は止まるも、1MHz 帯での微弱な発振がみられた。 先人の 12GN7 CSPP アンプではプレートにフェライトビーズをいれていたことを思い出して、虎の子の「アモビーズ」をいれてみたところ、この発振も止まった。 ここでアナログディスカバリーで周波数特性を測定したら・・・

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驚くなかれ。 1MHz で ゲインが 0dB まで戻っているではないか。 アナログディスカバリのツールキットで調べてみると、3~4MHz で、3dB 程度のゲインがある。 このままでは、どう考えても NFB をかけるどころではない。 EL821 CasComp 単段差動プッシュプルアンプ で狭帯域出力トランスを使っていたのは、安定した NFB のためとのことであったのは、まさにこれが理由だ。

ここで、私が考えた対策は積分補正である。 プレート ー プレート間に CR をいれて帯域制限してみる試みだ。 2MHz で -3dB 程度あればいいだろうと考え、3kΩ – 22pF で試みたところ、周波数特性は次のようになった。

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見慣れた感じの周波数特性・位相特性になってきた。 これでいけるだろうか?

to be continued…

12HG7/12GN7A はモノになるか? 設計編

電源部はトランスを決めた時点で自動的に決まってしまう。 少しでも FET の発熱を抑えるために、高電圧整流ダイオードに少し抵抗を入れる。 手持ちのコンデンサが 220 μFと大きめであることもあって、ダイオード保護もできる。 整流直後のコンデンサは、105℃品を使う。 オペアンプ用のコンデンサが、KZH なのは手持ちの都合で、KMG でもよい。 リップルフィルタはぺるけ師匠の設計通りで、※の抵抗で250V となるように調整する。

C-電源は、差動定電流に LM317 を使うが、定電流性を示すには 4V 程度かける必要があるためだ。 ここには気休めかもしれないが、放熱に注意しながら 音響用の FineGold を使う。オペアンプの電源供給のフィルタには、いつものように KZ 電解コンデンサだ。 1000μFをいれたいところだが、高さの制限から 330μF となった。 なお、オペアンプの近傍には、いつものように、PILKOR フィルムコンデンサをパスコンでいれる。

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アンプ部は、とりあえず EL821 CasComp 単段差動プッシュプルアンプ 通りだが、オペアンプは LME49720 とする。 さてどうなることやら。

to be continued…

12HG7/12GN7A はモノになるか? 構想編

いろいろ調べていたら、ARITO’s Audio Lab前川有人さんのページで、EL821 CasComp 単段差動プッシュプルアンプ を見つけた。 EL821 も 12HG7/12GN7A と同様に映像出力管で、Gm は 11~13 mmhos である。

CasComp 回路については、前川さんの解説記事がある。 オペアンプと真空管などを使って、歪み打ち消しを行うものだ。 この回路を使って、単段差動プッシュプルアンプとすれば、前川さんによれば次の通り。

ACバランスのみならず、オペアンプの局部帰還によってDCバランスもほぼ完全に取れるという点と、同じ理由によってPSRR(電源に乗っているリップルなどのノイズを除去する割合)が非常に高いという点が、通常の差動プッシュプルアンプと比較して優れています。 引用元ページ

このことは、Gmが著しく高い 12HG7/12GN7A において、プッシュプル間のバランス調整が不要であることを意味しており、大変都合がよい。 よって、EL821 CasComp 単段差動プッシュプルアンプ を参考にして 12HG7/12GN7A のアンプを作ってみることに決めた。

EL821 のバイアス電圧はデータシートでは 4.5V ほどであるが、12HG7/12GN7A では 2V 弱だ。 よって、前川さんの作例と異なり、トランジスタの追加によるアレンジは不要であろう。 オペアンプには、ClassAA ミニワッター で素直な音質を披露した LME49720 を使うことにした。

12HG7/12GN7A のプレート損失は 10W であるが、スクリーン損失は電圧によって異なる。 データシートによれば、スクリーン電圧が165V以下なら 1W であるが、それ以上では減少し、330V ではゼロになってしまう。 三結にすることを考えると、プレート電圧を 250V とすれば、330V に対しておよそ 76% で、スクリーン損失を 0.75W 程度確保できる。  プレート+スクリーン損失が 10.75W といっても、小さな MT管に 10W もの損失をまかせると、著しく高温になることが予測されるので、8割として、プレート+スクリーン電流を 32mA 程度にしようと考えた。 出力トランスは、手持ちから Arito’s Audio Labo の DE-10K7W とすれば、出力はおおむね 5W となりよいだろう。

電源トランスは手持ちから、サンスイ P-20 を用いることとした。 このトランスは、210V 210mA なので、実使用時に 270V 程度の直流電圧となるであろう。 ぺるけ式のリップルフィルターで、20V 程度消費させることとして、2.5W を FET に消費させることになる。 この FET はぺるけ師匠が 6AH4GT全段差動アンプで行ったように、ヒートシンクをシャーシ上に浮かせて配置して、効率的に放熱できるようにすればいいだろう。

このトランスは、6.3V 3A、5.5V 0.7A が2回路あり、さらに5V 1.9Aが1回路ある。 5.5V – 6.3V – 6.3V – 5.5V とつなげば、12.6V のヒータ電圧と、オペアンプ用に 11.8V AC 2回路として使え、中点をアースにつなげることができる。 EL821 CasComp 単段差動プッシュプルアンプの解説に、EL821 CasComp 単段差動プッシュプルアンプの解説に、「オペアンプの-側の最大振幅の約半分」とのことなので、AC 11.8V 2回路からなら、十分な駆動電圧が確保できるだろう。 さらに、5V 1.9A を整流してー電源とすれば定電流回路に必要な電圧も確保できる。 なんと素晴らしい。

しかしながら、問題がないわけではない。 CasComp 単段差動プッシュプルアンプでは、出力インピータンスが著しく高いため、前川さんの 作例では、安定したNFB をかけるために、狭帯域の特製出力トランスを使用している。 私が使用するトランスは広帯域の出力トランスなので、うまくいくかどうか・・・

to be continued…

12HG7/12GN7A はモノになるか? 妄想編

ヤフオクで、12HG7/12GN7A が 10本セットで多数出品されていた。 10本セットだと、予備球も含めて購入できるので、食指が動く。 調べてみると、許容プレート損失は 10W と MT管としては高く、それなりの出力が期待できる。 しかし、この球の一番の特徴は、high Gm で、36 mmhos もある。 これは、高Gm出力管の代表選手である、6BQ5(EL84)が 10mmhos の3倍を超える数値である。 high Gm ということは、ドライブ電圧が著しく低いことを意味しており、データシートによれば、3Vp-p 程度で駆動できる。 これなら、オペアンプ直結でドライブすることさえ可能だ。 20本競り落とすつもりが、40本落札してしまったので、いくらでも作れる。

12HG7/12GN7A は映像用増幅管で、6CL6, 12BY7, 6GK6(10GK6)などの仲間がいる。 オーディオ出力管としても用いられることもあり、特に 6GK6(10GK6)は 6BQ5(EL34)のG3を分離し、シールドを付加した球なそうだ。 12HG7/12GN7A は 1960年代半ばに設計された・・・ということは、真空管の最後の世代でもある。 同世代として有名なオーディオ管は 6GW8 で、ぺるけ師匠が、「6GW8 の人気がいまひとつなのが面白くない」と述べていたのを思い出す。

もちろん、著しい high Gm管なので発振の可能性が高いことも問題になるし、少しのバイアス変動によって暴走する可能性が高いなど、設計と実装には細心の注意が必要になるだろう。 はたして、私の技量でなんとかなるのか?

ネットで調べてみると、12HG7強NFアンプ12HG7単段シングル無帰還アンプ12GN7 CSPP アンプ12HG7 4パラ強NFシングルアンプ が見つかってきた。 12GN7 CSPP アンプ以外は、自己バイアスで作成されており、12GN7 CSPP アンプ では、定電流回路を用いて暴走しないように工夫されていた。 すぐに考えつくのは、全段差動プッシュプルとするが、おのおのの真空管ごとに定電流回路をいれる作例(悪い子の6CK4アンプ)である。 このパターンでは、バイアス変動による暴走はないが、信号が2個の電解コンデンサを流れるという欠点が生じる。 もっとよいやり方はないだろうか?

to be continued…

リモコン付きバランス型プリアンプ 完成 & はらわた

さて、肝心の音質の評価だが、Blue Snow DAC → 本プリアンプ → KT88全段差動アンプ → Dynaudio Contour 3.3 で行った。 すべての機材を 15分ほどウォームアップしたうえで、まずはリファレンスの試聴。 最初の数十秒で、不合格かどうかがわかる。

幸いなことに本機は合格だ。 先に失敗したフラットアンプでも、かろうじて合格だが、本機は、余裕で合格である。 あとは、弦楽四重奏や女性ボーカルを聞いて、不快感を感じなければよい。 初代ほどのゴージャス&わかりやすい快活さはないが、欠点は感じられない。 これでよさそうだ。

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左から電源スイッチ、LCD、Volume、入力選択だ。 LCD の下に見えるのは、リモコンの入力部である。
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ボリュームに相当する可変抵抗と入力切り替えのロータリースイッチは、アルミ板で共締めされている。 このようにすることで、操作によるゆるみを防止できる。
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右下に、リップルフィルタ基板が見える。
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いつものように、パスコンは PILKOR で 1µF
筐体のアース接続が確実になるように塗装を剥がすのを忘れずに。

ここまでくれば、あとは、相棒になるパワーアンプ次第。 パワーアンプの作成に力を入れたい。

リモコン付きバランス型プリアンプ フラットアンプの試行錯誤(その3)

よく考えれば、先に考えたフラットアンプは、不平衡出力に使えない。 もとにもどって、ぺるけ師匠の FET式平衡型差動プリアンプの回路を見直してみると、この回路は反転アンプである。 FET+エミッタフォローをオペアンプに変えても動作はするはず。 ただし、この場合は入力インピータンスを高くはできないので、アナログ対応バランス型プリアンプには使用できない。

今回は一番最初に、差動ドライバ/レシーバとしての動作を確認した。 今回は大丈夫だ。 トランス二次側を開放すると、500kHz あたりに 15dB に及ぶピークがでる。 二次側に 2kΩを試しに入れたところ、ピークは 4dB で収まるが、抵抗値を小さくしてもあまり変わりがなかったので、残りは微分補正(上回路図の要調整のコンデンサ)で検討することにした。

左チャンネルを示す(右チャンネルもほぼ同じ)

微分補正のコンデンサ容量をいろいろ変えたところ、24pF では 200kHz でわずかに盛り上がる。 一方、47pF では、位相回転がプラス側に著しく跳ね返るので、適性な補正が 33pF であることがわかる。 この容量は左右とも同じであった。  高域の -3dB 点は おおよそ 400kHz である。 低域のほうはどの程度の出力かによって異なるが、4V出力においては、なんと 2Hz である。 Analog Discovery の発信器の制約から、これより大きな出力では測定できない。 ぺるけ師匠の記事通りの性能といえる。

左チャンネルの雑音比済み率 VP-7723A (LPF=80kHz)

歪み率特性をみると、20Hz では、0.1V出力ぐらいからひずみ率の低下が認められなくなる。おそらくトランスが飽和してくるためと思われる。 試しに 100 Hz も測定してみたが、0.2V出力ぐらいまでは 1kHz とデータがそろう。 これまでの WaveGene/WaveSpectra での測定であれば、100/1k/10kHz の測定で、0.001% のオーダーの測定はできないので、 きれいに 100/1k/10kHz の測定結果がそろったように見えるであろう。 トランスを使った影響が、ひずみ率の形でみえてくる。

残留雑音は、VP-7723A (A補正)にて、左チャンネル 11µV、右チャンネル 12µV であった。 さて、肝心の CMRR は下記の通り。 左右のチャンネルで状況は異なるが、20kHz までは、60dB とれている。

左チャンネル(クリックで拡大)
右チャンネル(クリックで拡大)

性能的には、やっと目的を達することができた。 あとは音質。 果たして合格できるのか・・・。

to be continued…

リモコン付きバランス型プリアンプ フラットアンプの試行錯誤(その2)

次に考えたのは、ぺるけ師匠の簡易平衡→不平衡コンバータの応用である。 下記のように使えば、平衡入力・平衡出力が得られるはず。

ところが、この回路は入力インピータンスが異なるため、不平衡入力のときに、バランスが不良となる。 ぺるけ師匠の記事から、-入力側の入力抵抗を 30kΩとし、NF抵抗(上図の 20kΩ)を 60kΩとする必要がある。 60kΩという抵抗はないので、120kΩを並列にして組み上げた。

Analog Disocovery にて周波数特性を測定すると、1.5kΩにてトランス二次側をターミネートするだけではだめで、トランス二次側につながる NFB 抵抗を利用して、微分補正をかける必要があった。 下図にて赤は微分補正なし、青は 15pF、茶は 22pF であり、15pF が適正と考えた。

VP-7723A LPF=80kHz

歪み率特性をみると、出力電圧が 2V ぐらいから、20Hz の特性が頭打ちになる。 おそらくトランスが飽和してくるためと思われるが、8V程度まで 0.01% を切っているので、問題にはならない。

ところが・・・ 上記の回路だが、ラインレシーバとして動作しない。 そんなばかな・・・と思ったのだが、トランスの二次側から NFB をかけていることが原因らしい。 二次側のトランスの中点をGND につなぐとラインレシーバとして動作する。

せっかく作ってしまったこともあり、試聴してみると、高域がキンキンとうるさく感じるところがあって、疲れる感じがした。 この現象は、電子ボリュームの出力にオペアンプバッファがはいっていて、フラットアンプが低インピータンスドライブされるためらしい。 たかじんさんの PGA-2311ボリュームでも、100-200kHz の LPF を入れる対策をとっている。 本フラットアンプでもそのようにしてみたところ若干の改善は認められたが、基本的な性格は変わらないようだ。 どうやら失敗らしい。

to be continued…

リモコン付きバランス型プリアンプ フラットアンプの試行錯誤(その1)

今回のフラットアンプを考えるときに最初に考えたのは、ぺるけ師匠の平衡プロジェクトだ。 平衡・不平衡の入出力に対応している。 すなわち、バランス入出力のフラットアンプであり、差動レシーバ/ドライバとしても機能する。

参考にしたのは、ぺるけ師匠の FET式平衡型差動プリアンプだ。 最少の半導体で構成されているが、上記の条件を満たしている。 トランス出力としているのは、不平衡出力の時に、片側の出力をアースすれば使えるということが大きいようだ。 今回のフラットアンプでも、そのようにしたいと考えた。 ぺるけ師匠は、各種のライントランスの計測データも提示なさっている。 これをみると、日本光電の E-8480 が私の目をひいた。 ヤフオクで手に入れることができた。

問題はこれから。 アナログ対応バランス型プリアンプでは、470kΩの入力インピータンスで受ける必要がある(MUSES 72320 の出力をバッファなしで受ける)ので、ぺるけ師匠の FET式平衡型差動プリアンプのフラットアンプは使えない。 反転入力型の回路であり、入力インピータンスをあげるのは困難だ。 小さく仕上げるためにオペアンプを使うことを考え、下記のような回路を考えた。 ぺるけ師匠のように、トランスの二次側からも NFB をかけるが、一次側の出力からも NFB をかけておく。 このようにすることで、トランスがループに含まれる NFB 量を減少させ、安定化に役立つ。

※ 二次側のターミネートは下記に示した試行錯誤により決定

二次側のターミネートをつけるだけで、上図の周波数特性が得られた。

VP-7723A LPF 80kHz(バラックでの測定)

上記に示したのは、バラックでの仮測定のときの歪み率特性である。100Hz が少し悪いのはシールド不十分のための雑音が影響していると思われる。

聴いてみると、なかなかゴージャスなご機嫌サウンド。 ビッグバンドジャズがよく映える。 ところが、これは失敗作であった。 なぜなら、CMRR を測定したら、6dB 程度しか取れていない上に、差動ドライバとしては動作しないこともわかった。

to be continued…

リモコン付きバランス型プリアンプ 構想編

mi-take クリエイトから購入したのは、PGA2230 によるバランス型ボリューム基板と専用電源基板、表示用LCDである。 これにフラットアンプを自分で作成する。

電源には SONY 製の重厚な鋼板で覆われたEIトランスを使う。 ちょうど専用電源基板にちょうど良かった。 

専用電源基板は、SBD で整流、ニチコンの FW が用いられており、自分の趣向にもあう。 ただし、FWのパスコンとして、PMLCAP 35V 4.7μF を追加した。

基板裏に PMLCAP をはんだづけした。

PGA2230 によるバランス型ボリューム基板には、デジタル制御の 5V とアナログ部分に供給されると思われる±電源が必要である。 専用電源基板は三端子レギュレータなので、このあとに、大好きな KZコンデンサによるリップルフィルタをいれてから、PGA2330 に供給する。 このあたりは、アナログ対応バランス型プリアンプと同じ。 PGA2330 基板とフラットアンプ基板には、それぞれリップルフィルタがはいる。

今回は電流が少ないので、トランジスタのベースのKZ は 100μFとした。

PGA2230 によるバランス型ボリューム基板は、リモコンに対応している。 リモコンの受光部がすでにはんだ付けされているので、これをはんだ吸い取り機(HAKKO FR-301)ではずして、フロントパネルに取り付けることにした。 取り付けは、例によって、ホットボンドだ。

手元に、4回路3接点のロータリースイッチがあるので、これを利用して3入力とするが、うち1入力を RCA 端子とする。 フラットアンプに差動ドライバの役割も持たせる必要がある。 最悪の場合は、アナログ対応バランス型プリアンプと同じように、変換基板を作ることにするが、できれば、今回はぺるけ師匠の差動型プリアンプのように、トランスを用いて、差動ドライバ/差動レシーバの役割を持たせたい。

電源電圧が ±14.4V のみであることと省スペースという制約のなかで、平衡・不平衡入出力に対応できるフラットアンプを作成することがこのリモコン付きバランス型プリアンプの成功のカギを握ることになる。

to be continued…

リモコン付きバランス型プリアンプ 妄想編

メインシステムで使用しているバランス型プリアンプには、全ての操作をリモコン操作が可能という特徴があり、たいへん重宝していた。 このバランス型プリアンプを不注意な改造で壊してしまったときに、もしも修理できなかったときのことを考えていた。 2025年7月現在のたかじんさんのバランス型ボリューム基板には、リモコン操作可能なものはない。

ウェブ上で調べてみると、バランス型プリアンプのシャーシ(タカチ WO99-43-33S)にうまく組み込み可能なものに、mi-take クリエイトPGA2230 によるバランス型ボリューム基板がみつかった。とりあえず、各種の関連基板等を確保した。

幸いにして、バランス型プリアンプは、たかじんさんのご支援により修理できたので、この基板を用いて、単身赴任先で用いるプリアンプを作成することにした。

購入した基板はボリューム基板のみなので、フラットアンプが必要になる。 アナログ対応バランス型プリアンプでは、設置面積が少なくてすむClassAA フラットアンプを採用したが、この構成には大変大きな欠点がある。 CMRR(同窓除去比)が 0 ということだ。 バランス型プリアンプを改良しようとして、故障させてしまったのもこの点を改良しようとしたためであった。

よって、新たなフラットアンプを検討する必要がある。 一番良いのは、もちろん、たかじんさんによる入出力バランスアンプ NNBA-1 基板を採用することだが、7cm x 10cm 2枚構成ということで、小さくまとめることのは困難だ。 ヒートシンクがトランジスタに支えられる構造から、縦置きはよろしくない。 アナログ対応バランス型プリアンプもスペース的にも、電源容量の観点からも、NNBA-1 基板は採用できない。 どちらでも使えるフラットアンプを作り出す必要があるのだ。

ケースは単身赴任先で使用することも考え、できれば余り大きくしたくない。 そう考えていたときに、ヤフオクで、Ideal CE-30(幅300mm, 奥行き200mm 高さ100mm) が投げ売りされていた。 廃品種になったようだ。 ちょうど良いので複数確保することにした。

追伸 アマチュア向けのシャーシ/ケースがどんどんなくなっていく。 LEAD はアマチュア向けから撤退してしまった。 予定では夏ごろとのことであったが、KT-88全段作動アンプ で使った MK-400 はあっという間に売り切れてしまい、予備を購入できなかった。

to be continued…

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