打ち消し回路について 　　平成１７年　５月　９日 　　　

ＳＥＰＰ回路の打ち消し動作について「ドライバー段についての注意点」 のページで、少し触れているが、ここでもう少し詳しく検討することにした。 なお、以下の図面ではグリッドバイアス回路等を一部省略して簡略化している。


ＳＥＰＰ回路にはなぜ打ち消し回路が必要か？

　出力管の入力電圧はそのコントロールグリッドとカソード間（Ｇ-Ｋ間）に加えねばならない。 第１図を見ていただければ、ドライバー段からの出力電圧Ｅd1は上段出力管のＧ-Ｋ間ではなくコントロールグリッドとアース間（Ｇ-Ｅ間）に加えられている。 一方、上段出力管とアース間（Ｋ-Ｅ間）にはＳＥＰＰ回路の出力電圧（Ｅo）が存在する。 しかもＥd1と同相であるため、上段の真の入力電圧Ｅg1は Ｅd1−Ｅo となる。下段の入力電圧はＥg2＝Ｅd2 であるから、このままではＥｇ1＜−Ｅｇ2 (Ｅg1＋Ｅo＝−Ｅg2)となり、平衡ドライブが出来ない。 そこで Ｅg1＝−Ｅg2を成立させるために「打ち消し回路」が必要となる。ここがＯＰＴ付きＰＰアンプと大きく異なる点である。
　もちろん、入力トランスを使用すれば、Ｅg1を上段のＧ-Ｋ間に直接入力する事が可能となり、打消し回路は不要である。 しかしながら、折角のＯＴＬに入力トランスを使用することは避けたいところである。第２図参照。



Ｅg1＝−Ｅg2を成立させるためにはどうすればよいか
  1. 単純に上段のドライブ電圧を大きくする方法　　　　　
    　　（マコーフスキーアンプが有名）

    　ＰＫ分割型位相反転回路のプレート抵抗をカソード抵抗よりも大きくしてＥp＞−Ｅk とし、Ｅp＝−Ｅk+Ｅo が成立するようにＲp、Ｒkを設定すれば、Ｅg1＝−Ｅg2　となり平衡ドライブが可能となる。 しかし、この方式は負荷が変動した場合、かなりの不平衡を生じる欠点（負荷が大きくなるとＥｏが増大し、Ｅｇ1が小さくなる）があり、その欠点を補うためには多量の負帰還を併用する必要がある。
    （第３図参照）
    　その他にも同じ様な方法として、位相反転管を省略し、Ｖ１側のみもう１段増幅する方法、あるいは、自動平衡型の位相反転回路をアンバランス動作させる方法等があるが、いずれも負荷が変動した際のアンバランス発生、あるいは低域時定数増加等の欠点がある。



  1. プレート電源側に打ち消し電圧を重畳する方法
    　　（ブートストラップ方式）

    　原理的にはドライブ段のプレート電源を出力段の中間点（出力点）から供給すれば１００％打ち消し動作が可能であるが、この方法ではドライブ段のプレート電圧が低くなり、ドライブ電圧が不足する事態となる。
    　そこで、出力電圧Ｅoをドライブ段のプレート回路にＣｄとＲｄを介して注入する方法が日本人アマチュアにより考案され、古くから行われてきた。 これによりＥｇ1をＥoだけ嵩上げ（正帰還）することにより打ち消し動作が行われ、平衡ドライブが可能となる。
    　このとき、負荷が変動しても上の単純嵩上げ方式と違って、打消し動作には影響を与えないので平衡ドライブは崩れない。
    （第４図参照）

    　この方法はカソード結合型位相反転回路にも使用可能であるが、ＰＫ分割回路に使用した場合と比較して平衡ドライブのバランス少し劣るようである。 しかし、ドライブ電圧が高い場合は有効な方法である。
    　下段のプレート回路に挿入している抵抗は、上下の直流動作条件を同じにするためのものであり、Ｒｄと同じ値のものを使用する。 ただし、ＮＦＢ量が多い場合は省略しても差し支えない。（第５図参照）















  1. ＰＫ分割型位相反転段カソード側に打ち消し電圧を加える方法その１（フッターマン方式）

    　この方式はフッターマンアンプに採用され、あまりにも有名であるが、正帰還方式と考えられる。 つまり、カソードにＥｏを注入することにより、ＰＫ分割型位相反転回路に生じていた負帰還の一部分が打ち消される。（正帰還） その結果、Ｅｐ、ＥｋをおよそＥｏだけ押し上げることになリ、以下計算の通り平衡ドライブが可能となる。 （第６図参照）

    　　　　　Ｅｇ1＝Ｅｐ−Ｅｏ
    　　　　　Ｅｇ2＝Ｅｋ＋Ｅｏ
    　　　　　Ｅｐ＝−Ｅｋ　であるから
    　　　　　Ｅg2＝−（Ｅp−Ｅo）
    　　　∴　Ｅｇ1＝−Ｅｇ2　


  1. ＰＫ分割型位相反転段カソード側に打ち消し電圧を加える方法その２（全帰還方式）

    　この方式はフッターマン方式の出力を襷がけに変えたものである。(第６−２図）襷掛けに変更することにより、出力電圧の全量が位相反転段に負帰還され、効果は次項のテクニクス方式と同等である。
    　この方式では出力点の極性が他の方式とは反対となるため、３段増幅では出力点から初段カソードへの負帰還がかけられない。 そのため、増幅段数を４段としなければならない。その結果、時定数が４段となるため、直結箇所を増やなければ低域不安定の要因となる。
    　しかし、ＳＥＰＰＯＴＬではＯＰＴを含まないため、低域時定数が３段であってもその配分に気を付ければ低域不安定とはならない。
    　前項の方式とも、Ｒｋ１＝Ｒｐ　であれば　Ｅｇ１＝−Ｅｇ２　が成立する。なお、Ｒｋ２は２００Ω前後の値が適当であり、５０Ωでは電力損失が１６％に達するので注意が必要である。
  1. 全量負帰還型（テクニクス方式）

    　Ｖ1側に掛かる負帰還はそのままにしておき、Ｖd2へ同じだけ負帰還をかけて平衡ドライブを行う方法であるが、テクニクス２０Ａ型ＳＥＰＰＯＴＬアンプに採用された事から「テクニクス方式」と呼ばれている。
    　Ｅp2(Ｅg2)＝−Ｅp1＋Ｅo　となるように帰還用抵抗（Ｒf）を調整することにより平衡ドライブが可能である。第７図参照。
    　この方式は出力管のドライブ電圧が高い場合に注意が必要である。また、Ｖd2側の出力インピーダンスが負帰還により低下しているため、高域特性が上下アンバランスとなり、１０ＫＨＺの歪率が悪化する場合がある。 その対策として、Ｖ2のコントロールグリッドに小容量のコンデンサーを挿入して高域特性のアンバランスを調整する必要がある。



  1. 正帰還負帰還併用方式

    　この方式は「宮崎良三郎氏」が考案されたもので、私は「宮崎方式」と呼んでいる。前段の定電流管カソードに打ち消し電圧を注入する方法である。 ブートストラップ型、テクニクス型等と異なり、打ち消し回路中に電解コンデンサーが必ずしも必要でなく、時定数が１個少なく、しかも出力電圧が稼げる（ブートストラップ型とテクニクス型の中間）大変優れた回路と思っている。 私の製作したＳＥＰＰＯＴＬアンプのほとんどに採用している。
    　この回路の基本的動作は差動増幅回路のカソードに打ち消し電圧を注入する方法である。 その打消し電圧はＶd1に対しては正帰還として作用し、Ｖd2に対しては負帰還として作用する。 その注入電圧を調整する事により平衡ドライブを可能にしている。 初段との間が直接結合の場合、差動増幅回路のカソードの直流電位が高く、打ち消し電圧を直接注入するには電解コンデンサーが必須である。 そこで定電流管のカソードに注入することにより、定電流管の増幅作用が利用出来、注入電圧が小さくても平衡ドライブが可能となる。 しかも、電解コンデンサーを省略しても、スピーカーに流れる直流電流は０.２ｍＡ程度と無視できる値にすることが出来る。第８図参照。
    　この方法でも上下高域特性のアンバランスが発生するので、テクニクス方式と同様に対策が必要である。






まとめとお願い

　以上のいくつかの打ち消し方式の内、ブートストラップ、フッターマン方式以外では、打ち消し電圧の微調整が必要である。 歪率計を使用しなければ歪率の最小点を見出すことは難しいかも知れない。　
　なお、このページは、これからＳＥＰＰＯＴＬアンプの製作を考えられている方に打ち消し回路を理解していただくために、また自分自身の理解を深める目的で作成した。 しかし、私にとってＳＥＰＰＯＴＬ打ち消し回路の解析は難しく、諸先輩方の研究の成果を利用させて頂いているに過ぎない。 文中には私の勘違い、あるいは間違い等があるかも知れない。 お気づきの点、ご不明な点は、ご遠慮なくご指摘、ご連絡いただきたい。

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