6AQ5 Single : 進化した電解コンデンサ

あちこち春の花が咲いています。梅雨になるまではまだしばらくありますが、お出かけの合間に時間のかかることを少しづつ。

　6AQ5シングルアンプ。電源トランスに続いて、どのみち必要になる部品の調達を進めています。今度は電源部のケミコンです。
　アルミシャシーに真空管アンプを組みます。昔風のデザインでは、電源トランスの側には足で立つブロックコンデンサが定番。しかし昔のような耐圧の高いブロックコンデンサはほとんど流通しておらず、あってもたいへん高価です。6CA7アンプでは仕方なしにこれを購入しました。
　耐圧と容量の点だけであれば、普通の基板付け用が無いことは無いのですが、見た目があまりに貧弱です。6SN7-PPアンプでは、苦し紛れに基盤付け用コンデンサの中から耐圧と容量がちょうど良さそうな物を購入しました。昔のコンデンサに比べるとすっご く小さいのですが、小型アンプの大きさに合わせて見ると不釣り合いという程ではありません。そこから思いついて探して、これの直径に合う足(バンド)を購入しまし た。シンデレラの物語ではありませんが、うまく合う足を探すのはたいへんでした。単価は安かったですが、通販でけっこう費用がかかりました。

逆シンデレラ物語 ： 足に合うコンデンサを探しました

　その後の6BM8アンプの時には、逆に手持ちの足を使うことを考えました。この逆シンデレラ方式はうまく行きました。ネット通販で探すと直径25mmのコンデンサがいくつかあり、その中から見かけを重視してなるべく背の高い物を選びました。スイッチング電源用の自立型のコンデンサで、あとで規格を見ると昔のケミコンとは比較にならない高性能でした。

　今回も 基板付け用コンデンサを使うことにしました。手持ちの足は使い切ってしまっていますが、ジャンク屋で25mm用の足を入手できました。先に使用した品種ではありませんが、同じぐらいの大きさのコンデンサがちょっぴり安く見つかりました。これはスルーホール実装用ですが、端子に直接部品をハンダ付けして使うのでは無いので問題ありません。
　定格の350V220μは12BH7-PPのシャシーに載っているのと同じですが、大きさはずいぶん違います。そして小さくても性能はこちらが遙かに上。電気的特性で音が良くなることは無いでしょうが、耐熱105度で耐リップル550mAで保証寿命8000時間というのはすごく信頼感があります。

12BH7A PP : アルテック型を子細に見直す

だいぶ春らしくなって来ました。

　本格的に暖かくなる前にと、大物の6CA7-PPアンプに繋ぎ替えて、締め切った部屋でちょっと大きめに鳴らしてみました。お馴染みの曲のほかに、最近はあまり聴かないアルバムもかけてみると、記憶にある曲と感じが違いました。音の粒立ちが良くて小さい高音が鋭く定位して聴こえます。奇妙に感じて他のアンプに繋ぎ替え。
　定番の12BH7-PPに繋ぎ替えると、曲全体の感じは同ですが、この粒つぶした定位感は無くなりました。出力の違いかしら。しかし非力な6SN7-PPでも同様にはっきり粒立ちして聞こえます。6Z-P1シングルアンプでは、(低音の響きは劣りますが)高音は6CA7に近い感じ。つまり、この曲はこういったキラキラ粒つぶな録音のようです。どうしても音像がぼやけがちのバスレフスピーカーでは気づかなかった違いが、硬くくっきり鳴るスピーカーで露わになった感じです。

　そうなると、12BH7-PPアンプに問題があることになります。しっかり聴く と、大きな音と被さると小さな音が溶けて鈍ったようになる感じです。単なる歪みとは違う感じで、混変調のようでもあり、スルーレートが足りないというような感じとも何か違います。

箱入りの新品たち : 中古の管が元気なので今のところは出番なしです。

　設計に勘違いが無いか丁寧に見直しましたが、その過程で気づいたこと。位相反転は普通のP-K分割ですが、思い込みから見落としがありました。出力段の側から見た事ばかり考えていましたが、ドライブ段の側からも見直す必要がありました。12BH7Aの入力容量は大きいですが、6BL8の三極部でじゅうぶんドライブできます。ただ、この時に素でインピーダンスの低いカソード側にはそのまま入力容量を充放電する電流が流れます。この電流がワルサしている気がします。 この問題を減らすため、カソード側が無理に頑張らないように、グリッドへ直列に抵抗を入れることを考えました。

 　大型で感度の高い出力管でには、安定性のためにクリッドに数kΩの抵抗を直列に入れることがあります。6BX7-PPアンプには一種のおまじないとして1.5kΩの抵抗を入れましたが、倹約設計の12BH7-PPでは入れずに直結にしていました。この違いが微妙に効いているのかもれしません。
　この抵抗を大きくすればどうでしょうか。5kΩぐらいを入れてやるとドライバがかなり楽になるはずです。直列に抵抗が入ると、出力段から見たインピーダンスは上がりますが、10kΩぐらいでも問題無いでしょう。この抵抗と出力段の入力容量でローパスフィルタになりますが、この程度ではハイ落ちというほどにはならずに済みます。直流的には誤差の程度で全然問題無いです。

　という事で、急遽ハンダごてを起動。手持ちのあった6.8kΩの抵抗を各グリッドに入れました。カソード側だけでも良いのでしょうが、そこは気分の問題です。改修は簡単に済みました。で、鳴らすとあきらかに定位感がくっきりと向上していました。低音の響きも一段豊かになった感じです。長い間、ずいぶん損してきた気がします。P-K分割の３極管アンプにはこの抵抗が有効と思われます。近いうちに、6BX7-PPアンプも手直ししようと思います。

6AQ5 Single : 回路の検討

製作した6AQ5シングルアンプは こちら


なにごとも余裕がかんじん。ゆったり考えると思いつくことはあります。思いつきを形にするにはまた余裕が必要。

　先日の思いつきの、ドライバに6AU6を使う案をSPICEで検討。規格表の小さなグラフ相手に悩むよりも早くて簡単です。これと合わせて、Ａ案の出力段の動作も詳細に検討。

　ビーム管らしく、肩まで使うならロードラインは低く平らに。当然小細工無しで素のビーム管動作。プレート損失を6Wに抑えると、250Vでは24mA。出力トランスに7KΩを使うとして、最適そうな動作点を考えます。振幅が肩まで行かないうちにカットオフぎみになります。プッシユプルならこれでも全然問題無いのですが、今回はシングル。肩まで振ってもカットオフしない程度に電流を流すなら、220V～230Vぐらいまで下げべき。実際のスピーカー負荷では高域ではインピーダンスが上がりぎみになりますが、普通は振幅が大きくなるのは低域。このあたりは微妙です。
　SPICEによると、この時のカソードは約8Vで、G2の電圧は165V。　このG2電圧から前段の電圧を作ります。真空管が暖まるまでの間に前段あたりのコンデンサに高い電圧がかかるのを避けるため、いくらか分流して下に引きます。
　B電圧は240～250Vぐらい。G2電圧は抵抗で落として作りますが、3～4mAほど分流してやれば大出力での低下を5Vぐらいに抑えられそうです。前段が1mAあまり使いますから、分流抵抗には2.5mAぐらい流せば済みます。

6SN7-PPアンプ 位相反転部の出力波形

　次は初段の計算。所要ゲインは約100倍で振幅は±8V。G2の電圧からデカップリングで１割ぐらい落とすとして150Vほど。余裕を見て、G2の電圧を1/3ぐらいにすると、プレート電流が0.9mAほど。所要ゲインからプレート負荷を82KΩとすると、プレート電圧が1/2ぐらいに来ます。けっこういいかんじ。この方向で進めそうです。

[ これをやってて気づいたこと ]
　6AU6って、今まで電圧増幅に使ったことが無かったので動作例とかノーチェックでした。使い慣れた6BL8の５極部が6AU6似と言われてそう思い込んでいたのですが、あらためて見直すとかなり違っていました。もともと出自が違うのですから当然のような気もします。
[ ついでに見つけたこと ]
　6AQ5にはレス玉の5AQ5があり、テレビに使われてるのを見たことがあります。データシートを見ていると、用途に垂直偏向出力が載っていましたが・・・・そのデータは３結にして使う場合。6AQ5はG2が弱いので３結やULは不向きと言われたのをそのまま信じていましたが、ピーク電圧や電流の大きな(そのかわり損失は小さい)偏向回路で使って問題無いなら、やはりこれは発熱が大きな使い方が問題だったのでしょう。

6AQ5 Single : 回路とゲインの検討

先を急ぐ航海ではありません。ゆっくりまわりを見回すことも大切。遊べるところでは遊ばなきゃ。まずは始動。

　使用するトランスの大きさなども関係しますが、ミニアンプのシャシー上にはMT管なら４本載ります。Ｂ案は、出力管を４本載せてプッシユプルにするかわりにドライバは半導体というプラン。対してＡ案は、出力管２本でシングルアンプにして、ドライバに双３極管を１本使って３球というプラン。
　双３極管を使ったのは、こういった小型のシングルアンプは３極管をアタマにした２段アンプという思いこみがあったからです。シングルの３段アンプは、安定性や歪みの点で不利ですから、素直に考えれば２段アンプなのですが、アタマが３極管でなければいけないことは無いのです。

　私室のミニアンプは出力は小さくてもゲインが必要です。３極管の１段ではどうしてもゲインが足りません。6BM8シングルアンプと6BX7シングルアンプでは、前にフラットアンプを置いてゲインを補いました。6BM8は複合管ですから、μ70の３極部を使わなければいけませんでした。6BX7アンプは その製作のきっかけから３極管でドライブするのは必然でした。

　昔のラジオ少年のアンプ製作では、単純で安くて出力が大きいことが大事。仕上がりゲインとかNF量とかはまったく適当でした。昔の製作記事を見直してみると、出力管は定格いっぱいで使って、前段もゲインを高くとり、その上で不安定でない程度に少しNFがかけられたら良いというような設計が多いように感じます。
　トーンコントロールとかを前に置けばここでゲインを取れますから、出力アンプ部の感度は低くて済みます。高価で面倒な５極管よりも単純な３極管。12AX7は２個入りなのでステレオにちょうど良いし、1個で良ければラジオ用でおなじみの6AV6がある。
　入力容量の大きな３極管をドライブするなら３極管という意味もあったかもしれませんが、6AR5や6BQ5ならその心配はありません。だいたい、高抵抗高μの３極管で無理にゲインを稼ぐようではむしろ逆効果のはずなのですが。

6AU6:高周波用なので外側の円筒はシールドです

　実用ラジオはスーパーヘテロダインで、音声増幅の初段は6AV6が普通でした。しかし初歩のラジオ製作の定番は並３や並４。出力管の前は検波増幅の５極管で、古くは6C6が、MT管では6AU6が多く使われていました。6AU6は本来は高周波用ですが、オーディオにも使われた管です。6AU6はちびっこい７ピンMT管で、デザイン的にも不都合は無いです。昔ラジオ少年のアンプ製作としては、前が6AU6というのもアリではないかしら。中古ですが何本か手持ちがありますから、これを使うことを考えてみます。

　6AU6は高gmの５極管です。電圧を上げてしっかり電流を流して使えば高い増幅率が得られますが、今回はそれほどのゲインは要りません。ほど良いゲインになる動作を選べます。出力管のG2の電圧を下げて使いますから、初段の電圧はこれより低くする方が回路が簡単で済みます。そうすると、ほど良いぐらいのゲインになるのではないかしら。とりあえずSPICEで遊ぶネタができました。

6AQ5 : 発熱を抑えて使う

元々多趣味なもので、いろいろゴソゴソしてます。その合間を見てまたゲームの続き。

　Ｂ案とＣ案は、出力段については真空管のプレート損失をどのぐらいに抑えるかの違い。まず、厳しい方のＢ案から、どのぐらい絞れば良いか検討します。
　現用の12BH7A-PPアンプは、プレートの損失とヒーターを合わせて約28W。対して6AQ5のヒーター４本分で11.3W。差し引き16Wあまり。１本あたりとして約4W。カタログ上の定格の1/3です。
　まず、Ａ級で検討。普通に使うと、プレートとG2を150Vにして27mAぐらいといったところでしょうか。G2を下げて電流を絞る使い方なら、200Vで20mA、250Vで16mAといったところ。たたじ、一応そのまま計算してみると、出力はプッシュプルで２Ｗあまりというぐらい。かなりＡＢ級に近い使い方をするなら、 出力３Ｗぐらいになりそうです。これだけ厳しい条件でもそこそこ出力が取れるのは見事ですが、6AQ5本来の意図とはかなり違っていそうな感じ。そして、このへんになるとSPICEもカタログ上の特性図もどこまで実態を示しているかかなり怪しくなります。

立派な紙箱に入っていますが、実は単なるゲルマニュームダイオード。

　Ｃ案の場合はプレート損失の制約が緩くなりますから、電流をそれほど厳しく絞らなくても済みます。G2を180Vぐらいまで下げればそのままＡ級で使えます。ＡＢ級にすればプレート電圧をもう少し上げられます。G2の電圧を少し下げて電流を絞っても良さそうです。出力は4W～5Wぐらいになります。感度も高くて能率も高くて、歪みもさほど多くない。このあたりが6AQ5にふさわしい動作のような気がします。G2電圧を下げて電流を絞るなら、プレート電圧を規格いっぱいまで上げるという設計もアリかもしれません(ピーク耐圧がちょっと怖いけど)。
　
　手もとの多極管アンプでは、6CA7のアンプがプッシュブルですが、これは大物で発熱も多いです。Ｃ案はこれほどでは無いけれど、常用するには大げさです。稼働率の事を考えると、私室で常時稼使用しているミニアンプにすべきなのかもしれません。そうなるとＢ案かしら。考えると微妙に悩ましいです。

6AQ5 : 真空管の大きさと発熱量

閉め切った部屋で少し大き目の音で音楽聴いています。パソの掃除とか、お部屋でもいろいろする事があります。その合間にゲームの続き。

　かたづけものをしていると、全然関係無い箱の中から見た目かなりくたびれたような真空管が１本出てきました。 25E5は欧州系の水平偏向用ビーム管で、許容損失が12W。国産管の12G-B3なども同じ管形で、ほぼ同じ許容損失です。音声用の6L6-GTはほぼ同じ大きさで損失 がひとまわり大きいです。12G-B3の改良型で許容損失が6L6と同程度の12G-B7はひとまわり管が太くなっています。6V6の許容損失12Wは25E5などと同じですが、管は少し小さいです。ヒーター電力の違いやオーディオ用とテレビ用の違いも考えると、熱的な厳しさはほぼ同じぐらいでしょう。
　こう考えてみると、6AQ5がMT-7ピンの小さな管で12Wというのは相当無理をしていると思えます。おそらく自動車ラジオ用として、寿命よりも小型化を第一に置いたのでしょう。当時は真空管は消耗品であり、振動の大きな使用環境では電気的な寿命よりも機械的な故障が多かったでしょう。
　6AQ5同じ管形の管について見ると、やはりヒーター込みで10Wぐらいのものが多いです。今回の設計では、プレート損失を7W以下に抑えることにします。

古い真空管がみつかりました。25E5はTVの水平偏向用です

　　6AQ5のプレート電圧は275Vに抑えられています。狭い管内で耐圧をとれないという事もあるでしょうが、プレート損失の点でこれ以上の電圧は無意味という判断もありそうです。いずれにせよ、今回は無理せずに使います。
　まずゲームとして、Ａ案についてSPICEで試します。プレート損失を抑えるためにG2の電圧を下げて電流を小さくします。６Ｗに抑えるとすると、250Vの場合は24mAとなり、200Vなら30mAです。この条件のG2の電圧は、それぞれ160Vと185Vで、バイアスが10Vと9V。データシートの動作例ではプレートとG2が180Vでカソードが8.5Vで電流が29mAとなってますから、かなり近い値です。自動車用ラジオ(DC-DCコンバータを使う)のＢ電圧が200Vぐらいですから、6AQ5をMT7ピンの管に入れたのは妥当という事になります。
　このあたりの動作で見ると、6AQ5って意外と高性能です。出力が２～３Ｗでゲインは約2/3倍。ラジオ少年定番だった6AR5と比べると、出力は少し大きい程度ですが、感度がぐっと高いです。6BM8だと出力ひとまわり大きいですが感度は同格。悩ましいのは出力トランス。最適なのは6Kぐらいですが、5Kを使うか7Kを使うか。

　かなり感度が高いのですが、わが家規準の入力感度にするとなると、電圧増幅部のゲインが24倍ぐらい要ります。12AX7を無理なく使って約40倍ぐらい、無理して60倍ぐらい。じゅうぶんなNFをかけるには不足です。ここで6BM8アンプの時の手法でK-NFをかけるとすると、ゲインは約1/2倍になります。12dBのNFをかけるとすると電圧増幅部のゲインは120倍ぐらい。
　6Z-P1アンプのように半導体使えば簡単なのですが、広々としたシャシー上にちびっこい管が２本だけでは見掛けが良くないです。やはり電圧増幅部にも管を使わなきゃ。

• A1案　12AX7を１本使って普通の２段NFアンプとし、不足するゲインを前置アンプで補う。
• A2案　12AX7の前にFETかトランジスタを１石足して３段NFアンプとする。
• A3案　12AU7を２本使って３段NFアンプにする。

確実に性能を狙えるのはA1案。楽に作れそうなのはA2案。面白そうなのはA3案でしょうか。A3案は部品配置に苦労しそうです。

6AQ5 : 活用する計画案

考えをまとめるには文字や図にして見るのが有効です。ここは本来はそういう目的で始めたところ。あらためて設計のメモを。

　残った課題は6AQ5のアンプ。元々は6CA7-PPアンプの習作に使おうと思って買い込んであった管ですが、本題の6CA7を一気に作ってしまったので出番が無くなってしまいました。

　あらためて6AQ5の使い方を検討します。今までの真空管アンプ製作と同じ方向で、自宅で実用するアンプを作ることとします。今までの検討をまとめて形にすると、３つの案に集約されます。

• Ａ案はシングルで使って私室の小型アンプの一員にする。初段に双３極管を置いて３球。ゲインの不足は前置アンプで補う。
• Ｂ案はプッシュプルで使って私室の小型アンプの一員にする。ドライブはすべて半導体にして４球。
• Ｃ案はプッシュプルで使って居間の常用アンプにする。ドライブは双３極管でミユラード型にするとして７球。

共通事項は、損失を抑えて使うこと。G2の電圧を下げて電流を抑える。 プレート電圧も低目で使う。ビーム管らしい肩の特性を利用する。最適な負荷になるような出力トランスを選ぶ。その上で、可能であればK-NFをかけることも考えます。

6AQ5(6005)はずいぶん細身です

　6AQ5の管形は小さいです。カタログ上の定格は大きいですが、単純に管の大きさだけで考えるとヒーター込みで10Wぐらいが上限でしょう。 ヒーターが約3Wですから、プレート損失は7W以下にします。プレートを200Vにすると30mAぐらい、250Vまで加えるなら25mAぐらいでしょうか。それにはG2を180V～150Vぐらいに下げれば良さそうです。
　小型アンプは棚の中で使いますから、総発熱量を抑える必要があります。既存の12BH7A-PPと同程度にするには、Ｂ案ではプレート損失を5Wぐらいにしなければならず、この場合はプレート180VでG2が150Vぐらいでしょうか。

　電流を抑えて軽い動作にすると、負荷抵抗は大きくなります。このあたり、目的と手段は逆ですが、6CA7アンプ設計の時と同じ過程です。ほど良い容量でほど良い負荷抵抗の出力トランスがあるかが問題。低い電圧に合う電源トランスも要りますが、こちらは最悪の場合は特注でしょうか。