管球アンプ製作記

一般的に2A3シングルアンプの音質は高域に特徴があると言われているが、本機も全くそのとおりでどこまでも明るく透明感の高い高域がバーンと飛び出してくるような音がする。鳴りっぷりが良く、とても出力3.5Wのアンプとは思えない迫力がある。このあたりは真空管アンプの良いところだろうか。今は使っていないが2A3プッシュプルアンプの音質と似通った印象である。
私のオーディオ機器は10畳弱のリビングに置いていあり、スピーカーとリスニング位置の距離は約2mで部屋が小さいためか音量不足は感じない。スピーカーの能率が90dBであることも影響しているだろう。
少し大きい位の音を出し、オシロスコープで出力を測ったところピークで約0.4Wとなった。出力数10Wのアンプは無駄のような気がしてきた。このアンプで十分である。
アンプ作りは楽しいが大物は当分お休みにしようと思っている。それよりもいろいろなブランドの2A3（2A3Cという300Bと同じ大きさの球もある）を試したほうが幸せだろう。
とはいえプリンアンプが古いのでどうにかしようか悩むところだ。


  

調子乗っちゃって、Genalex Gold Lion PX2A3をアメリカのviva tubesから購入しました。
2本で約3万円、初めて関税(1,800円)を払いました。
PX2A3はずっしり重く、ロゴのプリントも綺麗で流石に高級品だけあります。
エレハモ：79g
ゴールドライオン：107g

2A3シングルアンプは音が良いのと電気をあまり食わないことからメインで使っています。
通常夏場は消費電力11WのLM3886DCアンプを常用しているのですが、2A3シングルは75Wで管球アンプにしては省エネです。
ちなみにEL34PPアンプは175Wです。




  

作りの点で少し気になる事が2つあり修正した。
まず、電源スイッチで使ったのはミヤマ製のヘビーデューティーなものだがスイッチが固くON/OFFに力が要る。このため動作した時に振動がシャーシー全体に響き感触が良くない。そこで、スイッチの軸に約5cmのブチルゴムテープを巻きその上から２ホゴVテープを巻いて対策をした。これで振動をほぼ抑えることができた。もう少し軽い力で動作するスイッチがほしいのだが通販で購入しているので仕方がない。
もう一点は、トランスのケースになる。トランスケースも中国製で大きさは11cm×10cm×11.5cmの鉄製で比較的大型のものだが鉄板が薄く指で弾くとポコポコと音がする。通常はさわる事がないのだがピンプラグを外すときにプラグがケースに触れると情けない音がする。ここはトランスケースの内側にエーモンの音楽計画ポイント制振材という自動車用の防音材を７枚づつ貼り付けた。厚さが２ｍｍでギリギリ収まった。結果、叩いてもカチンカチンで妙な音がせず狙い通りとなった。

忘れないうちに電源部の回路図をアップする。

  

FRAplusを使い歪率を測定した。
データをCSVで保存し、エクセルに貼り付け100Hz、1ｋHz、10ｋHzの歪率を1つのグラフにした。
グラフは散布図を使い縦軸、横軸ともに対数表示にすると描くことができる。
過去の作例と比較すると6ｄBの負帰還を掛けた割には歪は多めとなった。
ドライバーには電流負帰還がかかっているので歪の打ち消しがうまく行っていないと思われる。
しかし、3つの周波数でよく揃っておりまあまあではないかと思う。



  

NFBは約6dBを最終調整とした。NFB抵抗は10kΩである。この時の周波数特性は以下の様になり50kHz付近に-4dB弱のディップがある。
トランス単独の特性は-9dBのディップだったのが6dBの負帰還により-4dBに改善された格好だ。
このディップがなければ100kHz までフラットになる様に見える。



この状態で10kHzの方形波を入力し出力を観察するとグダグダだがリンキングのようなものはなく、コンデンサのみを接続しても発振の気配は全くなく安定している。



ところが1kHzの方形波には小さなリンキングがでる。ここでもコンデンサのみの負荷にしても発振の気配はなくリンキングの大きさもほとんど変わらない。
どのように調整しようか悩むところだがで50kHz以上をバッサリ切れないか色々試してみた。
まず、2A3のPG間に小容量のCを接続してPG帰還を掛けて高域を落としてみた。数10pFから効いて来るがキレイに落とすことはできない。
次にトランスのPB間にCあるいはC+Rを接続して高域を落としてみた。これも効くが同じようにキレイにカットできない。

最終的にはデップはそのままにしてNF抵抗に並列にCを入れる微分補正を採用した。220pFにすると10kHzの方形波の形が若干よくなるが、20kHz くらいから高域が落ちてくる。この状態で音を聞くとLM3886アンプと同じ様な音質になり高域の輝きがなくなる。
100pFでは1kHzのリンキングが多少小さくなるが音質の変化もほとんどないため、最終的に100pFにした。



  

負帰還を4dB程度掛けて調整しているが難攻している。
前回測定した周波数特性は出力レベルが高すぎの測定ミスが判明。
調整に手間取っているのでとりあえず、完成した外観をアップする。
レトロな中にもモダンな感じもあり、なかなか格好良い。
さすがに2A3は美しい。







  

エレハモ製の2A3を差して無帰還の状態で音出しをしてみた。
スケール感、透明感、音の柔らかな感じ等文句なしで、このまま完成でも良い位の音である。

この状態で特性を測定すると

・最大出力（1kHz、8Ω負荷）
目視で波形が崩れる時の出力電圧が5.5Vなので約3.7Wとなる。

・ゲイン
23.3dB（14.7倍）

・ダンピングファクター（ON/OFF法）
約1.6で100Hz、1kHz、10kHzでほぼ同じになる。

・残留雑音（入力ショート、フィルターなし）
右が1mV、左が1.1mVで目標の1mVをほぼクリアーできた。
雑音の大きさは2A3の個体によって異なり、秘蔵のウエスティングハウス製の2A3（2枚プレート）の場合0.6mVと0.8mVになる。

・周波数特性（2V出力時）
20Hzから20kHz（-1dB）、25kHz(-3dB)
アナログディスカバリで測定した周波数特性は以下の通り。
トランス単体での測定ではとんでもないピークディップがあったのだが実際はちょっと良くなっている。
しかしながら狭帯域で80kHz付近にピークがあるので40kHz以下はバッサリ切りたく負帰還を掛けて調整しようと思う。予定の6dBの負帰還だと30kHzまでフラットにするのは難しいかもしれない。
ちなみに、この特性だと10kHzの方形波はまともに通らずグニャグニャになる。



  

配線がほぼ終了したので電源を入れてみた。
いきなり100V直結は少し怖いのでスライドトランスを使い50V程からそろそろと電圧を上げて行った。
とりあえず煙は出ない。手早くテスターで電圧を測り、ほぼ計算通りになっていることを確認したところで異常を発見。電源トランスがブーンと唸っている。
負荷は軽いのだがどうしてだろう。家庭の電気にDC分があるのか、エアコンを切ったりTVを切ったりしたが変わりがない。トランスのネジを締め付けても変わらない。
次にダイオードの一本が飛んでいるのではないかと疑い、電源を切ってテスターを当ててみた。
デジタルテスターはダイオードの測定レンジがありVfが分かるのだが、1本は0.49Vもう一本は0.68Vである。
ダイオードはファーストリカバリ型のUF4007（1000V1A）でアノード側にアモビーズを入れている。
もしかしてと思い、はんだ付けをやり直すと両方とも0.49Vになった。天ぷら半田だったようだ。
ここで電源を入れ直すと笑うくらい全くうなりがなくなった。


ここから先は寄せになるので、週末にゆっくりと調整したい。
  

配線が少し進んだところ。60%位できた。
あとはドライバーの配線で紙に書いて検討を始める予定。
結局、FETリップルフィルターはツェナーダイオードを使った簡易型の定電圧電源にした。


  

穴開けが終了したので部品を取付けた。
2A3の自己バイアス抵抗に並列に入るバイパス用電解コンデンサは端子盤に取付けて取替ができるようにした。これ以外はフィルムコンデンサを使うためシャーシー裏が窮屈になっている。
リップルフィルターのFETはシャーシー直付、ハムバランサーはシャーシーの上面から調整ができる様にしている。
AC電源は3Pのインレットを使うので配線はNをトランスの0V、Lを100Vに接続する。
週末にすこしづつ配線を始める予定。



  

シャーシー加工はほぼ終了。連休の2日を費やした。
注文しているACインレットがまだ届いていないためこの部分の穴開けは未終了。大きさが不明なため現物合わせで開ける予定。
穴開けの手順は
①２DCADソフトで図面を作製する。（ソフトはSkuraCadを使用）
②プリントした図面をシャーシーにのりで貼り付ける。
③穴の位置にバイスやセンターポンチで印をつける。
④ドリルで穴を開ける。
10mmまでの穴はドリルで開け、これ以上の大穴はホールソーで開けた。
トランスの四角の穴はドリルで穴を多数開けた後に糸鋸で穴を繋ぎヤスリで加工する。
ドリルビットは良く切れるものを使うのがポイントで月光ドリルを使っている。
ボール盤を使っているが、アルミの厚さが3mmのため根性も必要。




  

電源はダイオード整流でチョークコイルは使わない。チョークコイルは重くて場所を取りコストパフォーマンスも悪いのでここ三十数年使ったことがない。代わりにFETによるリップルフィルターを採用する。リップルフィルターはツェナーダイオードを使って簡易型の定電圧電源にするか、抵抗１本で済ますか悩んでいるところだ。
平滑コンデンサーはフィルムコンデンサーとして2A3のカソードバイパスコンデンサー以外は全てフィルムコンデンサーにする。

アンプの外観も悩むところだが、今回はアンティックなイメージになるよう木枠シャーシを使うことにした。これも若干安かったので中国製を購入した。
連休中に穴開けが出来るればいいかな。


  

増幅部全体の回路図は図の様になる。
ハムバランサーの部分は面倒でも本回路の様にした方が調整がしやすい。100Ωのみを使っている例があるが100Ωだと回転角あたりの変化幅が大き過ぎるので調整用のドライバーが軸に触れただけでも雑音電圧が跳ね上がって調整は難しくなる。50Ωのみでも同様に細かい調整が困難になる。
2A3はフィラメント電圧が2.5Vなので合計で50Ωで良い。ここを大きくすると電流帰還も大きく掛かるのでなるべく小さくしたい。


  

カップリングコンデンサーはEL34やKT88のシングルアンプならドカーンと0.47μFとか0.68μFを使うところだが2A3等の直熱管では少々事情が異なる。

直熱3極管はドライブ電圧が大きくなるとグリッドに電流が流れ始めるためカップリングコンデンサーに充放電電流が流れるブロッキング現象が発生する。このため最大出力付近で歪が急激に増えて具合が悪く、カップリングコンデンサーはあまり大きくしないというのが（昔は）定石になっていた。
ネットで作成例を調べると0.1μFが最も多いが、中には1μなんてのもある。大丈夫だろうか。低域を伸ばしたい気持ちはわかるが若干疑問が残る。
それではスバリ何μFが良いのだろうか。

書籍を調べると「魅惑の真空管アンプその歴史・設計・製作」（無線と実験編・浅野勇監修）に2A3シングルMLF式3.5Wアンプの作例があるがここでは0.05μF+270kΩとなっている。
さらに、「ステレオアンプ製作集」（初歩のラジオ別冊）にある2A3シングル・ステレオ・パワー・アンプの製作（藤本伸一）では0.047μF+470kΩとなっている。記事中に
「グリッドの抵抗は470kΩとして、ドライバー段とは0.047μFで結合されます。このコンデンサーはあまり小さいと低域が出なくなりますし、かといって大きすぎるとブロッキング現象を生じてくるようになりますので、せいぜい0.033μFから0.047μFが適しており、これより大きくしますと影響がみられるようになります。」
とあります。
当時、この製作例と全く同じ回路で三栄無線からパーツキットが発売されていました。

本アンプでは諸先輩方の言いつけ通りに0.047μF+270kΩにしようと思っています。


  

12DW7は12AX7の半分と12AU7の半分を一つにした球でヨーロパ名はECC832である。ECC83とECC82の半分づつなのでECC832で、ピンアサインを反対にしたECC823というバージョンも有るようだ。
とりあえず現行管でJJ製とエレハモ製が入手できる。その他はストック品が入手可能。価格は12AX7、12AU7と比べると若干高いが、アメリカのVIVATUBEから通販でJJ製を購入した。ギターアンプに使われているようだがオーディオ用ではほとんど見かけない。双三極管を左右分けて使うのが嫌だったので採用を決めた。
ところで、2A3を自己バイアスで使う場合に入力のカップリングコンデンサーの値はどのくらいが適当だろうか。色々過去の作例を調べてみることにした。
  

前段は図の回路でほぼ決定。
1段目は12AX7で2段目は12AU7に直結したカソードフォロアである。2段目から1段目に正帰還をかけて1段目のカソードパイパスコンデンサを省き、かつゲインを稼いでいる。出力の負荷に2A3のグリッド抵抗240kΩと入力容量相当100PFを並列に入れている。
回路設計に真空管の特性図に負荷線を引いて、、、というような事はしていない。思いついた回路をシミュレーションソフトで描き、E24系列の抵抗値を適当に入れてバランス良いいところを探し出す力技で値を決めている。ただし、特性曲線上のどの辺りに動作点があるかは確認している。
この回路をシミュレーションするとゲインは83倍、最大出力はP-P値で170V、高域のカットオフは約320kHzになる。

  

2段増幅で6dBの負帰還を掛けるとすると1段目のゲインは100倍はほしいところだ。最悪65倍位だろう。6AU6や6SJ7などの5極管で問題はないがオール3極管としたいので5極管はパスとする。
今回はB電源に300V近く用意できるので12AX7でも60倍から70倍は稼げるため3極管でもなんとかなりそうだ。作例で多いのは12AX71本によるSRPP回路でスマートで良さそうだ。SRPPは通常のCR増幅回路より出力インピーダンスが低く高域特性が良い。とはいえ2A3をドライブする場合は100kHz程度が限界でもう少し伸びてほしいところだ。色々検討した結果12AX7→12AU7カソードフォロアにしようと思っている。

6AU6（6SJ7）　→　2A3　＝　高域特性☓、ゲイン◎
6GH8　→　6GH8（CF）　＝　高域特性◎、ゲイン◎
12AX7　→　2A3　＝　高域特性☓、ゲイン△
12AX7（SRPP）　→　2A3　＝　高域特性◯、ゲイン△
12AX7　→　12AX7（CF）　→　2A3　＝　高域特性◯、ゲイン△　　
12AX7　→　12AU7（CF）　→　2A3　＝　高域特性◎、ゲイン△

もう一つドライバーを選ぶポイントは現行管であることで、入手が難しい球を使った場合は不安を抱えながら使うことになり安心して音楽を楽しむことができないかもしれない。
  

2A3シングルアンプの出力段はCR結合の自己バイアスに決めている。負荷インピーダンス2.5ｋΩでB電圧300V、バイアス抵抗750Ωの標準動作にする。理由は調整しなくても色々なブランドの2A3を差し替えて遊べるためで、出力トランスも2段増幅用2.5ｋΩの物を入手している。
電圧を若干高くして電流絞りトランスのインピーダンスを3.5kΩにするのもありだが、バイアスが深くなり前段に悩みが尽きずバランスを考えて標準の動作例にした。
ネットで作例を調べるとほとんどが無帰還で負帰還付きはほとんどない。2A3無帰還シングルアンプはダンピングファクターが1.5程度なので現用のスピーカーを鳴らすには少々足りないため負帰還を6ｄB程度掛けることにする。トランスが挟帯域で広域に暴れがあるので補正に苦労しそうだが根性でカバーすることにする。
  

出力トランスの周波数特性をアナログディスカバリーで測定した。
ソフトはwavefomeとFRAplusを使用した。
結果、「クセがスゴい」ことがわかりました。
低域は10Hzで-2dbの低下で流石に大型トランスで良い特性です。
高域は20kHz～100kHzの間に-9db程のディップがあり150kHzにピークありでかなり暴れています。
広帯域アンプを作るのはほぼ不可能なので少なくても30kHz位まではフラットになるように調整したい。
2段増幅用トランスなのでドライバーをどうするか検討しています。負帰還を3～6ｄｂ掛ける予定です。

  

秋葉原の東栄変成器から通販でP-210という電源トランスを購入しました。
ハムプルーフベルト、ショートリング付きで重さは3.2kg。
ゼネラルトランスにも同じようなトランスがあるがサイズが若干大きい。
一回り小さいP-150でもよかったが贅沢しました。
このトランスのもう一つの採用理由はダイオード整流にちょうどよい260V出力があるためで省エネのため整流に真空管は使わない予定です。