差動直結回路の安定性について　 平成１６年６月１２日 　　　

　一般にOPT付PPアンプ、SEPPOTLアンプには位相反転回路を必要とするが、大きなドライブ電圧を要する場合には、ムラード型が採用されることが多い。 しかしムラード型は低域で不平衡を生じる傾向があるため、少し回路が複雑ではあるが、私は、初段に差動形の位相反転回路を採用する場合が多い。 しかも、低域時定数を1ヶ所少なくするために、次段と直接結合する。 しかし、この方法では初段球の内部素子のアンバランスが大きく増幅され、次段プレート電圧差となって現れる。 Ｐ−Ｐ間の電位差は１００Ｖ近くまで達する場合もある。初段のカソードに１００ΩのＶＲを挿入し調整しても、直流バランスの安定性に次のような問題が残る。
  1. 次段のプレート電圧の再現性があまり良くない。
  2. 電源電圧の変動が敏感に影響する。
  3. 長期の安定が望めない。歪率等に影響が生じるほどの変化が起きる場合がある。
　それらの欠点をカバーするため、ＺＤ、ＣＲＤ等を使った安定化の実験を試みる。


１．何も手当てをしていない状態（マイナス電源のみ安定化）

　第１図の位置にデジタルテスターを挿入し、手持ちの１２ＡＸ７（ＥＣＣ８３）を使用して、ＳＷＯＮから２０分間３０秒毎に次段（１２ＢＨ７Ａ）のＰ−Ｐ間直流電圧を測定する。
　各球２回づつの測定を実施し、結果は第２図の通りである。温度が上昇し、電圧安定域に入るには、少なくとも５分〜１０分程度を必要とする。 ３本テストした内でＧＥの１２ＡＸ７は安定していたが、他の２本は電源電圧の影響を受けて、いつまでも変動が続いた。 まるで電源電圧の変動を測定していることと同じである。


第１図　電圧計挿入位置、ZD取り付け位置


第２図　時間経過による次段P−P間電圧変化（ZD取り付け前）

２．電源電圧の影響

　電源にスライダックを挿入し、電源電圧を９５Ｖ〜１０５Ｖに変化させた場合の測定結果を第３図に示す。 球にもよるが、かなりの電圧変化を生じる。私のシステムは消費電力が多いため、ＳＷＯＮ／ＯＦＦで電源電圧が４Ｖ近く変化し、次段のＰ−Ｐ間電圧が１０Ｖ近く変化する場合がある。 調整時にはその電圧低下を考慮する必要があった。メーカーならばバランスの良い球を選別使用が可能であるが、アマチュアの自作アンプでは手持ちの球を使用することが多いため、やはり、電源電圧の変動に対する何らかの対策が必要である。


第３図　AC電源電圧による次段P−P間電圧変化（ZD取り付け前）

３．初段B電源の安定化

　次に、第１図の場所にZDを取り付けてB電源を安定化する。なお、ZDは１００KΩとRxの中間に取り付ければ調整が容易である。 デカップリング抵抗（Rx）は初段の供給電圧が１５０Ｖ前後、バイアス電圧が０．８Ｖ程度で、歪が少なくなる値に固定する。 その時、次段プレート電圧は１９０〜２１０Vの範囲に入っている。時間経過による次段Ｐ−Ｐ間電圧変化を第４図に、ＡＣ電源電圧による次段Ｐ−Ｐ間電圧変化を第５図に示すが、ＺＤ取り付け前の第２図、第３図と比較して安定した。 しかし、次段供給電圧が変動した場合、バランス変化は初段ではなく次段の動作点移動が原因で発生する。


第４図　ZD取り付け後の時間経過による次段P−P間電圧変化


第５図　ZD取り付け後のAC電源電圧による次段P−P間電圧変化

４．定電流ダイオード、および電流帰還による安定化

  1. まず、初段差動回路のカソードに定電流ダイオード（ＣＲＤ　E−１０２）を取り付けて測定した。 （第７図）
    しかし、ＣＲＤのみでは、電圧変動に対する安定性の改善にはあまり効果がみられなかった。

  2. 次に、次段のカソードに1ＫΩの抵抗を挿入し、電流帰還をかけて測定した。 （第８図）
    この場合、プレート電圧の変動幅が小さくなり、効果があった。もっと大きい抵抗値にすれば一層効果があると思われるが、電流帰還の分だけオーバーオールＮＦＢが減少し、歪率が悪化するため、ＮＦＢを増加させる等の対策が必要である。　

  3. 次に、電流帰還用の１ＫΩ抵抗２個を取り外し、第６図の場所にZDを取り付け、初段へ供給電圧を安定化して測定した。 （第９図）

  4. 最後に２個の１ＫΩ抵抗を再度取り付けて測定した。 （第１０図）
    第８図、第９図と比較して安定した。特に松下製１２ＡＸ７については、対策前の電源電圧に対する安定性は非常に悪かったが、対策後は見事に安定した。

    　ＣＲＤを取り付ける際に、マイナス電源が７８ＶではＣＲＤが発熱するので、ZDを２４Ｖに交換した。なお、ＣＲＤ（Ｅ−１０２）は定格１mAである。

第６図　ＣＲＤ、ZD、および電流帰還用抵抗挿入位置図


第７図　ＣＲＤのみ場合の次段Ｐ−Ｐ間電圧変化


第８図　ＣＲＤ、と電流帰還を併用した場合の次段P−P間電圧変化


第９図　ＣＲＤ、とZDを併用した場合の次段P−P間電圧変化


第１０図　ＣＲＤ、ZD、および電流帰還を併用した場合の次段P−P間電圧変化


５．ま　と　め

　差動直結型位相反転回路においては、出力管とB電源が共通の場合、初段へのB電源供給電圧安定は必須であるが、Ｂ電源を別電源とするＳＥＰＰＯＴＬＬアンプの場合、対策を実施していなかった。 今回の実験結果から、Ｂ電源を別電源とした場合でも、ＡＣ電源の電圧変動の影響が大きく、直流バランスを安定させるには初段マイナス電源の安定化対策のみでなく、同時にＢ電源の安定化と電流帰還併用等の対策が必要である。
　この実験回路では、初段供給電圧の安定により初段のバランスが保たれ、次段のバランスは電流帰還によって保たれる。 どちらか一方の対策では安定度が良くない。

　最終的に下記の方法を採用することにした。（第６図参照）
  1. 初段への供給電圧の安定化
  2. 初段差動回路に定電流ダイオードを使用
  3. 次段に電流帰還をかけて安定化
  4. 歪率改善のためＮＦＢを増加

　球による安定性のバラツキは、銘柄ではなく球の個性の結果と思う。なお、ＧＥとPhilipsは片側のカソードとＶＲの間に１００Ωを挿入してバランスを調整する必要があった。 また、最近購入した数本の１２ＡＸ７は、管内素子のバランスが悪く、差動直結回路には使用しづらいものが多い印象であった。 やはり、ある程度は「球の選別使用が必要」と感した。それともう一点、カソードに挿入しているＶＲを２００Ωにすれば、より多くの球が使用出来る可能性がある。
　また、次段の球との相性も考慮しなければならない。うまく組み合わせることが出来れば、安定度をかなり改善することが出来る。
　更に安定を望むとすれば、安定化電源によるヒーター直流点火、および次段Ｂ電源の安定化が必要であるが、かなり大掛かりなことになる。 次段Ｂ電源の安定化を実施するためには、+Ｂ供給電圧の低下が免れず、最大出力が低下する可能性もある。
　なお、定電流ダイオードを使用した場合と、高抵抗を使った準定電流回路とは、歪率あるいは直流安定度について大差ない結果であった。（第３図と第７図の比較）
　この実験中に気づいたことであるが、機械的振動を与えてだけでバランスが変化する。また、温度に対して非常に敏感で、シールドケースを手で握っただけでもバランスに変化を生じる。 時間が経過すれば元の状態近くに復帰するが、１２ＡＸ７（ＥＣＣ８３）はとてもデリケートな球と思う。
　今回はＺＤ、ＣＲＤ、および２本の1ＫΩによる簡単な方法での実験であるが、十分効果があることが判明した。 費用も１台に付、３００円程度の出費で済むので、今後、自作アンプ全てについて改造予定である。 しかし、長期間の安定については不明であり、これから先、追跡調査が必要と思う。

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