6N3PE-2A3シングルアンプの設計手順の紹介。2A3出力特性図(Ep-Ip図)6N3PEと12AX7のEp-Ip図があります。2025/02/16 18:06

本日のブログは、2A3シングルアンプの設計についてです。


前回のブログで、10Wタイプ出力トランスをオークションで落札してしまったので、以前の設計とは若干異なってしまった。と書きました。


出力トランス一次側直流抵抗DCRが、178Ω→322Ωとなった為、出力トランスでの電圧降下が大きいので、プレート電圧を下げる必要があります。


従って、動作点は、180V 42mA バイアス-30V プレート損失7.6W から、


170V 40mA バイアス-28V プレート損失6.8W となります。



【出力段】の設計


動作基準点を、プレート電圧170V、プレート電流40mA、バイアス-28V、負荷3.5KΩ、カソード抵抗700Ω

とします。


2A3 出力段 ロードライン検討
2A3 出力段 ロードライン検討 


さて、出力段の動作点が決定したら、後は【B電圧】を求めます。

プレート電圧170Vにバイアス電圧28Vを加えた、
対アース電圧のプレート電圧198Vに、
出力トランス直流抵抗(DCR)電圧降下分を、さらに加えたものが、
【B電圧】です。

オークションで落札した出力トランス一次側/直流抵抗(DCR)は、322Ωですので、電圧降下は、

(プレート電流)0.040A×(DCR)322Ω = 約12.9V

198V+12.9V= およそ211V

これが、いわゆる【B電圧】で、これを求めないと設計できないという、
回路のキモです。



【初段】の設計

 
B電圧が求まりましたので、次は初段の設計です。


初段は、12AX7(6N2P-EV)を予定していましたが、後述するように6N3P-Eにへ変更します。


まずは、12AX7から。。。


2A3シングル用 12AX7 初段ロードライン
2A3シングル用 12AX7 初段ロードライン


【B電圧】211Vから数ボルト引いた200V近辺から、負荷抵抗150Kのロードラインを引いてみます。
 

プレート電圧142.5V、プレート電流0.4mA、バイアス-1.5V、
カソード抵抗3.6KΩ、負荷抵抗150KΩ、デカップリング抵抗22KΩ


ところで、入力容量が大きい2A3を出力インピーダンスの高い12AX7でドライブすると、ハイ落ち(ミラー効果)します。


計算すると、高域側ポールは、40.5KHz(-3dB)となるようです。


私のアンプ設計マニュアル 低域の設計・高域の設計


初段を、A2134アンプでも採用した6N3PEに変更すると、高域側ポールは、244KHz(-3dB)となり、高域側が6倍以上拡大します。



2A3シングル用 6N3PE 初段ロードライン 
2A3シングル用 6N3PE 初段ロードライン 


プレート電圧126V、プレート電流2.5mA、バイアス-2.5V、
カソード抵抗1KΩ、負荷抵抗29KΩ、デカップリング抵抗3.9KΩ


ここで、負荷抵抗29KΩとなっていますが、これは誤植ではなく29KΩで間違いありません。


ていうか、この部分にはアーレンブラッドレー27KΩ2Wを採用する予定なのですが、このアーレンブラッドレー・カーボンコンポジション抵抗が経年変化で抵抗値が増加して29KΩ2Wとなっている為の実測値です。


オールド・ストック・ビンテージ抵抗あるあるです。。。(汗


なお、入力電圧を、1.75Vpeak(=1.24Vrms)に想定していますので、かなり強引な設計です。


CDプレーヤーの2Vrms出力想定の電圧なので、携帯プレーヤー等をソースに使用する場合は、ライン昇圧トランスが必須になるでしょう。



【電源平滑部】の設計


これまでの設計から、

出力段 40mA×2 = 80mA
初段 2.5mA×2 = 5mA
270KΩのブリーダーとすれば、0.8mA

とすると、回路に流れる総電流は、合計85.8mAです。


電源トランス180V×1.3倍 =234V


電源トランス出力電圧234Vから、【B電圧】211Vを引いて、
回路の総電流85.8mAで割れば電源平滑部の抵抗値が求まります。

(234V-2113V)/0.0858A = 273Ω

273Ω-97Ω =176Ω

 
よって、電源部の抵抗は、チョーク2H100mA(97Ω)と、180Ω~200Ω10W を一個使用します。




【回路のゲイン配分と最大出力】を最後に確認します。


これを実施しておかないとNFBを掛けたら出力段バイアスをフルスイングできなくなった!という事が起こりがちです。
私自身、何度も経験しました。。。(汗


さて、初段の動作条件は、


2A3シングル用 6N3PE 初段ロードライン 
2A3シングル用 6N3PE 初段ロードライン


プレート電圧126V、プレート電流2.5mA、バイアス-2.5V、
カソード抵抗1KΩ、負荷抵抗29KΩ、デカップリング抵抗3.9KΩ


初段を±1.75Vスイングさせると、基準のバイアス-2.5Vを中心にして、
ロードライン上の、バイアス-0.75Vから-4.25Vまでスイングします。


その時の、電圧の変化量は、

ゼロバイアス側 → 126V-82V=44V
カットオフ側   → 157V-126V=31V

特性曲線の右下のバイアスの間隔が詰まっているので、カットオフ側【31V側】は、どん詰まりになって、このように歪む訳です。(←二次歪みの発生)

シングル二段増幅は、初段と出力段の位相が逆になるので、
このどん詰まりの【31V側】は、出力段のゼロバイアス側をスイングする事になります。(←コレ重要)


出力段のバイアスは、-28Vですので、
28Vを31Vで、割ると、28÷31V=0.903

まあなんと言いますか、アタマの中で仮に、NFBが掛かって初段のゲインが、0.903倍になった。とでも考えて下さい。
初段のゲインは変化しないのですけど、便宜上そう考えて下さい。。。(汗


それで、初段のゼロバイアス側【44V側】は、
44V×0.903=39.7V

となり、

NFBがかかって、初段のゲインが、0.903倍されたと想像すると。。。

出力段のゼロバイアス側は、31V×0903=28V
出力段のカットオフ側は、 44V×0.903=39.7V

となって、初段をワザと歪ませると出力段のバイアスをカットオフ側に-39.7V。
つまり、11.7V分を余計に、オーバー・スイングしてくれる訳です。




2A3 出力段 ロードライン検討
2A3 出力段 ロードライン検討 



カットオフ側のバイアスは、28V+39.7V=67.7Vまで振り込むので、
およそバイアスを -67.7V までスイングさせたとすると。。。


ゼロバイアス側のプレート電圧変化量ΔEpは、

170V - 72V = 98V です。

それに対して、カットオフ側のプレート電圧変化量ΔEpは、

通常時 → 255V - 170V = 85V
オーバースイング時 → 280V - 170V = 110V




オーパースイング時の最大出力は、

280V-72V=208V
208V÷2√2=73.5V
73.5^2÷3500Ω=1.55W

と、なって、出力段の歪みと出力が改善されて、
最大出力は、1.55W となります。


なお、ゲインの0.903倍は、-0.9dBとなるので、


入力電圧1.75Vpeak(=1.24Vrms)時、NFB=-0.9dBでフルパワー1.55Wのアンプになります。



以上が2A3アンプの設計になります。


これまでの事をまとめて回路図にすると。。。


6N3PE-2A3シングルアンプ 回路図
6N3PE-2A3シングルアンプ 回路図


本日のブログは以上となります。


次回から、製作編になります。



令和の時代に貴重な2A3を最大出力3.5Wで使う豪気さは私にはないので最大プレート損失15Wの45%で使います2025/02/11 15:10

表題の通り、今となってはとても貴重になった直熱管を最大出力で使うのは、テツさん、もったいなくてできません。。。(汗


プレート損失を抑えれば、寿命は延びるので。。。


出力をワザと落として出力段バイアスを小さくし、双三極管一本でドライブすると同時に、トランス・センタータップ交流点火にしてヒーター配線を簡素化した、簡単&コンパクト版 1.5W出力 2A3シングルを製作する予定です。


設計については、
簡単&コンパクト版 1.5W出力 2A3シングルについて

をご参照ください。


あと、後述しますが、10Wタイプ出力トランスをオークションで落札してしまったので、上リンク先の設計とは若干異なってしまいました。(出力トランス一次側直流抵抗DCRが、178→322Ωとなった為、B電圧を変更)


動作点は、170V 40mA バイアス-28V プレート損失6.8W となります。



秋葉原の奥澤で特注した2mm厚、270mm幅の真空管アンプシャーシ
秋葉原の奥澤で特注した2mm厚、270mm幅の真空管アンプシャーシ


タカチUS-260(廃品種)に類似したシャーシを、秋葉原の奥澤にて制作して貰ったシャーシです。



春日無線 特注 H22-09033 センタータップ交流点火用2A3電源トランス
春日無線 特注 H22-09033 センタータップ交流点火用2A3電源トランス


直熱管の交流点火ですのでヘッドフォンは使用できなくてスピーカー専用ですけど、2A3アンプ用の電源トランスにしてはおそろしく小さいコンパクトな電源トランスです。


春日無線 特注電源/パワートランス O-BS100型
https://www.e-kasuga.net/goods.asp?id=301


なお、トランスの巻き線はターン数で決まるので、正確なセンター出し(センタータップ)ができます。



あと、ついオークションで出力トランスを落札してしまった。。。(汗


ヤフーオークション : 【外観訳あり・未使用】真空管用シングル出力トランス(3.5kΩ:4Ω/8Ω 10W Audio向け方向性珪素鋼板コア採用)2個1セット(2)
ヤフーオークション : 【外観訳あり・未使用】真空管用シングル出力トランス(3.5kΩ:4Ω/8Ω 10W Audio向け方向性珪素鋼板コア採用)2個1セット(2)



オリエントコアかよ。安いじゃん!と思いつい上記のトランスを落札してしまいました。
オリエントコアでペアで7000円スタートかよ。安いじゃん!と思いつい上記のトランスを落札してしまいました。



簡単&コンパクト版 1.5W出力 2A3シングル レイアウト検討中。。。
簡単&コンパクト版 1.5W出力 2A3シングル レイアウト検討中。。。



。。。。。


えーと。


シャーシと電源トランスと出力トランスの3種で、真空管アンプの規模というかスタイルは、ほぼ決まっちゃいますよね。。。(汗


本日のブログは、ここまで。


次回は、実際の2A3アンプ設計編の予定です。



簡易タイプ 2A3シングル真空管アンプにいて2012/12/29 18:35

現在、NEWシャーシを使用した真空管アンプのレイアウトを検討中。。。


真空管、トランス、アクリルステージのレイアウトを想定して、いろいろ検討しています。
真空管、トランス、アクリルステージのレイアウトを想定して、いろいろ検討しています。


現在検討中のレイアウト案を、おおまかに分類すると3種類かも。。。


(A案) シャーシ type Ⅰ 250×170×40 板厚1.5mm
     アクリルステージ寸法 100×100
     電源トランス 春日無線 O-BS100型


(B案) シャーシ type Ⅱ 260×180×45 板厚2mm
     アクリルステージ寸法 180×110
     電源トランス トロイダルトランス


(C案) アクリルステージがなく、フィギュアを載せない通常タイプ
     シャーシ type Ⅱ 260×180×45 を流用???
     トランス用四角穴を開けるので、板厚を考慮する



テツさんの真空管アンプにはフィギュアが載る(!)のですが、シャーシサイズが広くなって使用するトランス類の規模が大きくなると、アンプからの発熱量が多くなるので、フィギュアを載せられないアンプも出てきます。

想像してみると実感できるかもしれませんが、例えば、プッシュプル・アンプに大電流を流したアンプなどは発熱量が凄くて、『暖房器具かよっ!?』ってくらい、ムワァ~っとした熱い空気がアンプから立ち昇る(!)ので、そんな空気の中にお気に入りのフィギュアを飾ろうとは、さすがのテツさんも思いませんっ!


いちおう、『フィギュアに優しい真空管アンプ』=低発熱な真空管アンプを作りたいと思っているので、テツさん規格でフィギュアを飾る場合の出力管ヒーター電流は、6.3V 0.76A 以下と、とりあえず自分で決めています。

およそ、ヒーター損失 4.8VA(W)以下という所でしょうか。。。(汗


6BQ5 6.3V 0.76A
6P15P-EV 6.3V 0.76A
6CH6 6.3V 0.75A
PCL86(ECL86=6GW8) 6.3V 0.7A
A2134 6.3V 0.64A
6AU8A 6.3V 0.6A
6463 (PARA) 6.3V 0.6A
12A5 6.3V 0.6A
1626 12.6V 0.25A = 6.3V 0.5A
6V6G 6.3V 0.45A
41 6.3V 0.4A
89Y 6.3V 0.4A
E90CC(PARA) 6.3V 0.4A
38 6.3V 0.3A
12A6GT 12.6V 0.15A =6.3V 0.3A
EL32 6.3V 0.2A
33 2V 0.26A

上記のような球は、当ブログで見かけると思うのですけど、要するに、
『 フィギュアに優しい真空管アンプを作る為に、低ヒーター容量の球を選定していた 』だけ(!)だったりします。。。(汗


真空管のからの発熱は、ヒーター損失+プレート損失なので、プレート電流によって総発熱量は変化するのですけど、これまでアンプを製作してきた感触ですと、やっぱり、ヒーター電流 6.3V 0.9~1A 以上の球は、かな~り熱くなる傾向にあるようです。


そんな訳で、NEWシャーシの登場により、今後はテツさん規格フィギュアを飾れない(!)真空管も出現すると思うので、アクリルステージがなくフィギュアを載せない通常タイプの真空管アンプも検討している訳です。


以前ブログ記事に書いた『 2A3シングル 』ですけど、2A3のヒーター規格は、2.5V 2.5A なので、6.3V換算では、およそ1Aです。

テツさん規格で、アウトです(!)


簡単&コンパクト版 1W出力 2A3シングル
発熱が多い球は、残念ながらフィギュアを載せられません。。。(涙

311Aあたりも、フィギュアを載せられません。。。(大涙

実は、HY65もアウトなんですけど、実験用アンプでしたので、ちょろっとフィギュアとドールを載せてしまいました。。。      ( おい。。。(^_^; )

まあ、私自身が勝手に決めた規格ですので、その都度、臨機応変に判断してもオッケーなような気もしますが。。。。



さて、前フリが長くなりましたが。。。



来年、NEWシャーシを使用した真空管アンプを制作していく予定ですけど、もちろんフィギュアを飾る為のアクリルステージが付いた真空管アンプを優先して作る(!)つもりです。特に 谷川柑菜 とか!


ですから、『 2A3シングル 』は、来年の後半以降になるかと。。。(汗


テツさんフィギュアが絡まないと、とたんにモチベーションが急降下するので、ひょっとしたら作らなかったり。。。

2年以上放置していた実績は伊達じゃないかもしれません。


。。。。。(汗


そうはいっても、フィギュアに興味ないんだけど、2A3にはスゴク興味がある!という方もいらっしゃると思うので、先行で回路図をアップしておきます。



12AX7-2A3 Single Ended Amplifier circuit
12AX7-2A3 Single Ended Amplifier circuit


出力をワザと落として出力段バイアスを小さくし双三極管一本でドライブすると同時に、トランス・センタータップ交流点火にしてヒーター配線を簡素化した、簡単&コンパクト版 1.73W出力 2A3シングルです。


春日無線 特注 H22-09033 センタータップ交流点火用2A3電源トランス
春日無線 特注 H22-09033 センタータップ交流点火用2A3電源トランス


直熱管の交流点火ですのでヘッドフォンは使用できなくてスピーカー専用ですけど、2A3アンプ用の電源トランスにしては小さい電源トランスです。


いやホラ、2A3アンプ用の電源トランスって通常は大きいじゃないですか。直流点火にするとなおさら!


直流点火2A3用の電源トランスを春日無線に依頼したら、トランス・センタータップ交流点火のアドバイスを頂いたので、交流点火になりました。

要するに、春日無線の2A3アンプキットと同じヒーター点火方式です。

2A3 シングルアンプキット KA-27SE
http://www.e-kasuga.net/goods.asp?id=1124



それにしても、2年以上前に設計したので、アンプ回路の内容をすっかり失念していたようです。

初段が6DJ8だと思い込んでましたけど、回路図を見たら12AX7でした。

あと、出力は1Wだと思ってましたけど、正確には1.5W
初段との打ち消しで遊び電流を活用してバイアスを振り込ませれば、計算出力は、1.73Wのようです。

計算出力で1.73Wですし、まだ遊び電流が8mAくらい残っていますので、実測2W出るか???


出力段 2A3 特性図 ロードライン
出力段 2A3 特性図 ロードライン


初段 12AX7 (6AV6、6N2P-EV) 特性図 ロードライン
初段 12AX7 (6AV6、6N2P-EV) 特性図 ロードライン


ハイ落ちするのがイヤな人は、初段を6DJ8にすれば、11倍くらい(!)高域側が伸びます。


初段 6922 (6DJ8) 特性図 ロードライン
初段 6922 (6DJ8) 特性図 ロードライン


ただし、初段を6DJ8にすると、入力電圧を、2Vpeak=1.41Vrmsで設計してありますので、入力は据置型CDプレーヤー等の2Vrms出力必須となります。

12AX7の場合は入力感度は、1Vpeak=0.71Vrmsになりますので、NFB量を少量(あるいは掛けない)にすれば、携帯プレーヤー出力でもイケルかもしれません。


要するに、12AX7の場合は入力感度が2倍あります!


ざっくり説明すると、以上のような真空管アンプになるかと。。。(汗



ご参考になれば幸いです。(^O^)



YAMAHA S300 CDプレーヤー に引き続き、なぜだか2A3まで登場の件2012/12/24 13:59

15年間くらいヤマハのCDプレーヤーを使用していたのですけど、さすがに調子が悪くなりました。

故障したら買い換えよう!などと思っているうちに15年くらい経ってしまっている不思議。昔のCDプレーヤーは長持ちしますよねー。

ピックアップを交換しようと思って、KSS-210Aユニットをオークションで購入してあるんですけど交換するのも面倒くさいので、最近は、リージョンフリーDVDプレーヤーで音楽を聴いていました。  ( おい。。。(^_^; )

けれども、さすがに3,800円くらいで購入したリージョンフリーDVDプレーヤーは音質がイマイチ。。。(汗

だんだんストレスが溜まってきたので、一番近いヨドバシに駆け込んでCDプレーヤーを購入してしまいました。

テツさん個人的にYAMAHA製CDプレーヤーのピアノの音が好きなので、
今度もやっぱりヤマハです!

エントリーモデルのS300です。


YAMAHA S300 と ねんどろいど初音ミク
YAMAHA S300 と ねんどろいど初音ミク


現在、ヤマハはネットワーク・オーディオに力を入れているので、メイン機種はミドルクラスの新発売モデルN500なんですけどね。。。

YAMAHA ネットワークCDプレーヤー N500
http://jp.yamaha.com/products/audio-visual/hifi-components/cd-players/cd-n500__j/


私は、ネットワークオーディオやらないので、CDの円盤(!)USB音楽ファイルが聴ければいっかー。みたいな?

ついでに、アマゾンでUSBメモリーを千円くらいで購入。


YAMAHA S300とねんどろいど初音ミクとUSBメモリー
YAMAHA S300ねんどろいど初音ミクUSBメモリー


早速、音楽を聴いてみたんですけど、音が良くてホッと胸を撫で下ろしました。エントリーモデルとはいえ、いちおう192kHz/24bit対応のバーブラウンDACを搭載しているので。。。



それで、やっとまともに音楽が聴けるようになったので、引き続きNEWシャーシのレイアウトを検証しています。


CADで設計したレイアウトを紙にプリントアウトして、実際の現物の部品を配置して、全体のバランスを立体的に確認します。


実際に部品を配置して、全体のバランスを確認します。
実際に部品を配置して、全体のバランスを確認します。
真空管は、89Y。フィギュアは、ペンギンパレード ミサカ妹 です。


Now planning figure-tube Amplifier layout TUBE: 6DJ8-89Y Single Ended Amplifier (Tube Headphone Amplifier) FIGURE: PENGUIN PARADE 1/8 Scale Pre-painted PVC Figure Toaru Majutsu no Index II Mikoto Misaka & Sister
Now planning figure-tube Amplifier layout
TUBE: 6DJ8-89Y Single Ended Amplifier (Tube Headphone Amplifier)
FIGURE: PENGUIN PARADE 1/8 Scale Pre-painted PVC Figure Toaru Majutsu no Index II Mikoto Misaka & Sister



ちなみに、フィギュアに興味ないんだけど…。という人もいるかと思うのですが、今回のNEWシャーシは、フィギュアを載せない場合のレイアウト(!)も検討していたりします。。。(汗


下記の写真は、以前に計画した『簡易タイプ1W出力の2A3シングル』です。


簡単&コンパクト版 1W出力 2A3シングル
簡単&コンパクト版 1W出力 2A3シングル

簡単&コンパクト版 1W出力 2A3シングル
簡単&コンパクト版 1W出力 2A3シングル

春日無線 特注 H22-09033 センタータップ交流点火用2A3電源トランス
春日無線 特注 H22-09033 センタータップ交流点火用2A3電源トランス


出力をワザと落として出力段バイアスを小さくし、6DJ8一本でドライブすると同時に、トランス・センタータップ交流点火にしてヒーター配線を簡素化した、簡単&コンパクト版 1W出力 2A3シングルです。


トランスの注文番号を見れば明らかですけど、平成22年9月に制作した電源トランスですので、2年以上も放置していた(!)のですけど、NEWシャーシの登場により、この度、晴れてデビュー(?)するかもしれません。。。(大汗


( なんじゃそりゃ。。。(^_^; )