２Ａ３シングル・ステレオメインアンプ　　　　　　　　　　　　　　Ver.1.0　'06/06/22
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ver.1.1　'06/07/02
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ver.1.2　'06/07/27
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ver.1.3　'06/09/12
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ver.1.4　'06/12/04
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ver.2.0　'08/03/28
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ver.2.1　'08/12/28
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　All rights reserved JA3OOK　中村　利和

　直熱管２Ａ３を使用したシングル・ステレオメインアンプを製作しました。
特徴は次の通りです。
　ａ　出力管は音質に定評のある直熱３極管「２Ａ３」を使用
　　　　・小さい出力で十分なのでシングルとする
　　　　・２Ａ３の動作条件は直線性を優先して設計
　ｂ　オーソドックスな回路構成とし基本的性能と製作の容易性を確保
　　　　・構成は電圧増幅２段＋電力増幅
　　　　・電圧増幅２段には双３極管である「６ＳＮ７ＧＴ」を使用
　　　　・オーバーオールＮＦをかけるため電圧増幅の２段は直結とする（Ｐ・Ｇ直接接続）
　　　　・２Ａ３も自己バイアスとし、バイアス電圧系トラブルからの事故防止
　ｃ　各真空管ともロードラインの設計から行い、電圧や電流、抵抗値などの計算はExcelで
　　　行って各真空管の最適動作や周波数特性を追求

　設計と製作において、木村　哲　氏による「情熱の真空管アンプ」（文献１）および同氏の
ホームページ（文献２）を大いに参考にしました。
　真空管の規格特性は、Frank Philipse氏のデータベース（文献３）などを主に利用しました。
両氏をはじめ、真空管アンプを開拓されてきました諸先輩に深く感謝しますとともに敬意を表
します。

１．出力段の設計
　　古くから定評のある直熱３極管を使用してオーディオパワーアンプの設計製作に挑戦した。
　この種の真空管の値段は近年上昇しており、何を選ぶかは思案のしどころであるが私にも手
　が届く２Ａ３とし、６畳間で聞くには最大で３Ｗ前後も出れば十分であるのでプッシュプル
　ではなくシングルとした。
　　シングルの長所である左右の音の分離の良さも期待できるが、反面、周波数特性の極低域
　への延びが損なわれる恐れがあるので出力トランスの選択には十分留意する必要がある。
ａ　出力段の論理設計
　　まず出力管２Ａ３のＥＰ・ＩＰ特性図をもとに望ましいロードラインを決定する。
　図１　２Ａ３のＥＰ・ＩＰ特性図　を見ていただきたい。
　　　　
　　　　　　　　　　図１　２Ａ３のＥＰ・ＩＰ特性図
　　この図は参考文献３のデータベースに所蔵されているＲＣＡ発表の図であり、細線が私の
　記入したロードラインとその基本的電圧と電流の値である。
　
　　ロードラインは3.5KΩとしたがその理由は次の通り。
　　　・一般にロードが高い（インピーダンスが大きい）ほど直線性が良い性能が得られる。
　　　　このことは図１でグリード電圧の各線が、-43.5V中心で2500Ωのライン上でのバラン
　　　　スと53V中心で3.5KΩのライン上でのバランスを比較すると、後者の方がバランスが
　　　　良いことが読み取れる。
　　　・一方、一般的にインピーダンスが低い出力トランスほど周波数帯域の幅が広く、
　　　　インピーダンスが高いほど周波数帯域の幅が狭くなる。
　　　・上記の特性を考慮して3.5KΩとした。
　　動作の中心をどこに置くかも悩ましい点だが、２Ａ３の規格での最大プレート損失は15W
　　であるが少し余裕を持たせた上で出力も稼ぎたいことから、図１の細線で記入した動作条
　　件とした。
　　　決定した動作条件をまとめると次の通り。
　　　・負荷　　　　　　　　　 3.5KΩ　＜根拠（以下同様）：前述＞
　　　・プレート電圧（P-H間）　280V（プレート電圧変化の中心点）＜図１＞
　　　・プレート電流　　　　　　50mA（プレート電流変化の中心点）＜図１＞
　　　・バイアス　　　　　　　 -53V　＜図１において280Vと50mAの交点のバイアス値＞
　　　・動的プレート電圧
　　　　　　　　　 max425V　min95V（プレート電圧変化のmaxとmin）
　　　　　　　　　　＜図１から読み取り。バイアス0Vと-106でのそれぞれのプレート電圧＞　
　　　・入力信号　　　　　　　106V/p-p　＜53V×2＞　37V/rms　＜√53V、rms：実効値＞
　　　・プレート損失　　　　　 14W　＜280V×50mA＞
　　　・出力（NFなしの場合）　3.9W
　　　　　　　　　　　　　＜(425V-95V)/2√2=116.7V   (116.7V×116.7V)/3500Ω=3.9W＞
　　なお、ロードラインを決定するに当たっては文献１の｢第２章増幅回路ベーシック｣を参考
　にした。
　　バイアス方式はカソードバイアスとした。これはバイアス電源やバイアス調整回路が不要
　で部品点数を減らせて製作しやすいこと、およびバイアス系回路が故障した場合に２Ａ３が
　暴走する恐れも無くせるメリットがある。反面、バイアス抵抗自体での熱発生が大きくなる
　ので（推定2.3W／２Ａ３ 1本当り）カソード抵抗に大きなワット数（最低10W規格＜2.3W×4
　倍＞、できればそれ以上）の抵抗が必要となるが目をつぶることにした。
　　出力段に必要なB電源として338V程度＜280V＋53V＋出力トランス電圧降下5V程度＞で100
　mA以上、リップル電圧0.01V以下が必要である。
ｂ　出力段の電気設計
　　実際の回路および電圧値、電流値、抵抗値はExcelで記述し、電圧、電流、抵抗などが相
　互に影響しあうので計算式を記述しておき、手入力した値から計算をさせている。
　　市販の抵抗やコンデンサーの値は一般に限られた（ＪＩＳで標準化された）数値の物しか
　入手が困難であり、値が一致しなくても一番近い標準値のものを使うか標準値の物を直列や
　並列に接続して実現することになる。必ずしも論理設計値とおりにならなくても近似値で実
　装しても差を聞き分けることは私にはできないと思われる。このことは前段や電源において
　も同様である。
　　２Ａ３は直熱管であり直流点火すべきかどうか迷ったが、まず交流点火で行ってみてハム
　音が大きすぎれば直流点火に変更することとした。
　　交流点火の場合に、普通はハムバランサーを使用するが、自己バイアス抵抗をヒーターの
　両極から配線することでハムバランサーと同等の効果を期待し実施した。

２．前段の設計
　　前章でのロードラインの設計結果から、２Ａ３への入力信号の最大値は前述の通り
　　　・入力信号　37V/rms　＜rms：実効値。以下断らない限り実効値＞
　が必要である。
　　一方、メインアンプへの入力信号レベルはmax0.5Vくらいとすると74倍＜37V/0.5V＞の
　電圧増幅を行う前段が必要である。
　　前段でこれだけの増幅を１段で行うにはμ（電圧増幅率）が74以上の管が必要であるが、
　μが高い管はrp（内部抵抗）も高く、μの高さとrpの高さにより高域を減衰させるので１段
　増幅では無理であると判断し、μもrpも低い管による２段増幅とした。
　　μもrpも低い電圧増幅管は入手の容易さや価格からＭＴ管なら12AU7がベストであるが、
　２Ａ３の外形にマッチするようＧＴ管にしたくて６ＳＮ７ＧＴ（μ＝約20、rp＝約10KΩ）
　を選択した。
　　負帰還は前段の初段に戻したいので全体で３段にまたがった負帰還となる。負帰還の信号
　ループ内にコンデンサー（実質的にはプレート・グリッド間コンデンサー、通称段間コンデ
　ンサー）が２個以上存在すると高域での発振など問題を起こしやすくなることは常識となっ
　ている。
　　（某メーカ製の昭和２０年代後半の某真空管アンプはコンデンサーが２個存在しており
　　　発振防止の付加部品がついていた。この付加部品を試験的に取り外すと確実に発振した
　　　経験がある。この時の発振は可聴周波数域より高い周波数なので耳で聞こえずオシロス
　　　コープでのみ観測できた。可聴周波数域外ではあるが耳の良い方なら音質の悪化として
　　　聞き分けられた可能性が高いと思う。）
　この問題を無くするために初段と次段の間は直結（プレート・グリッド直接接続）とする。
ａ　初段の論理設計
　　初段と次段の設計は文献２の｢私のアンプ設計マニュアル｣の中の２０．電圧増幅回路の
　設計と計算その２（2段直結増幅回路）に記載されている設計手順に従った。
　　初段の動作環境として仮に
　　　・初段プレート電源電圧　174V（バイアス電圧1.5Vを引くと実質電源電圧が172.5V）
　　　・プレート電流　　　　　　2mA
　　　・プレート負荷抵抗　　　 56KΩ
　　　・次段入力インピーダンスは直結のためなし＝∞
　　　・バイアス電圧　　　　 -1.5V
　とすると、
　　　・直流および交流負荷　　 56KΩ
　となる。図２にこの条件でロードラインを引いた。
　　　　
　　　　　　　　図２　初段６ＳＮ７ＧＴのロードライン図
　この図において直線性等問題なく、
　　　・プレート電圧（P-K間）60.5V　＜172.5V-2mA×56KΩ＞
　　　　　　プレートアース間　 62V
　　　・プレート損失　　　　　0.1W　＜2mA×60.5V=0.1W＞→3.5W以下であり問題なし
　となる。
　上記の動作条件を初段の設計結果とする。
ｂ　次段の論理設計
　　次に同様に次段の動作環境として仮に
　　　・次段プレート電源電圧　330V（62V+5V=67Vを引くと実質P-Kが263V）
　　　・プレート電流　　　　　3.5mA
　　　・プレート負荷抵抗　　　 33KΩ
　　　・次段入力抵抗　　　　　220KΩ
　　　・バイアス電圧　　　　 　-5V
　とすると、
　　　・直流負荷　　　　　　　 33KΩ
　　　・交流負荷　　　　　　　 29KΩ＜33KΩと220KΩとの並列合成抵抗値＞
　となる。図３にこの条件でのロードラインを引いた。
　　　　
　　　　　　　　　図３　次段６ＳＮ７ＧＴのロードライン図
　この図における傾きがゆるい直線が直流負荷でのロードラインであり、バイアスが-5Vとの
　交点がプレート電圧である。プレート電圧は計算でも　
　　　・プレート電圧（P-K間）147.5V　＜263V-3.5mA×33KΩ＞
　　　・プレート損失　　　　　0.6W　 ＜3.5mA×157.5V=0.6W＞→3.5W以下であり問題なし
　となる。
　　交流負荷のロードラインは電流3.5mAとバイアス-5Vの交点を通る傾き29KΩの直線を引き、
　これが交流負荷におけるロードラインである。
　　この交流負荷ロードラインに直線性等問題なく、上記の動作動作条件を次段の設計結果と
　する。
ｃ　前段の電気設計
　　実際の回路および電圧値、電流値、抵抗値はExcelで記述し、電圧、電流、抵抗などが相
　互に影響し合うので計算式を記述しておき、手入力した値から計算をさせている。
　さらに周波数低域の保証を行う目的で段間コンデンサーについて低域減衰開始周波数を計算
　し数Hz以下を目標とする。
　　前段に必要なB電源は上記の電圧と電流であり、リップル電圧の小ささは重要で0.001V以下
　とする。

３．電源の設計
　　これまで述べた設計結果により次の設計方針を立てた。
　　　・プレート・グリッド直接接続しているので電源スイッチＯＮ時のB電源の供給遅延を
　　　　実現する目的で傍熱整流管を使用する。
　　　・左右の信号の混じりを極力なくする目的で電源系統は平滑回路の直後から左右２系統
　　　　を明確に分ける。
　　　・リップル電圧は0.001V以下。
　　電源回路も同様の方法でExcelで記述した。電圧電流の計算の他にリップル電圧の計算も
　　行っている。
　　　実際に使用する電源トランスや出力トランスが決まらないので概略での設計を進めたが
　　詳細な設計はそれらが決まるまで保留とした。

４．電源トランスと出力トランスなど基幹部品の決定
　　予算の都合もありできるだけ安くしたいが、せっかく作るのだから電気的特性のほかに
　見栄えも含めて一般的水準以上のアンプを作りたい。
　　そんなことを考えながら選定に思案していたころ、某インターネットオークションに出品
　されているトランスなどを見つけた。トランス類、電源チョーク、シャーシ、管のソケット
　など思案中のもの、
　　　・出力トランス　　TANGO FC-30-3.5S
　　　・電源トランス　　TANGO MS-160
　　　・電源チョーク　　TANGO EC-10-180
　が全部ついており、頑丈な鉄のシャーシに乗せてあるものであった。
　真空管のソケットの穴の大きさや数などすべて条件に合っており、応札し落札できた。

５．詳細設計
　　電源トランス、出力トランス、電源チョークのメーカーと型番が決まったので、それらの
　仕様をExcelに入力した。論理設計で求めた目標電圧と電流を供給できるよう回路の抵抗値
　を決めていったが、入手可能な抵抗値に制限があり目標電圧にぴったし合わせられない部分
　が出てきたがいたしかたない。
　　設計結果はExcelを見て頂きたい。Ｅｘｃｅｌはここ。
　なお、最大出力の計算式の錯誤（回路図の訂正は必要なし）はRev2で訂正した。

６．製作
　　全体の配置はシャーシにすでに穴が開けられておりそれに従うが、良く考えられており
　不満に思うところはなかった。
　　製作上の要点は次の通り。
　　　ａ　アースラインを引く場所とシャーシへの接地場所を慎重に決める。
　　　ｂ　アースラインを流れる信号のループを常に念頭に部品配置と配線の引き回しに留意
　　　　　する。
　　　ｃ　電源以外でもサイズの大きいコンデンサが１０個、10W規格のセメント抵抗が２個
　　　　　あり、発熱も考慮して配置する。
　　　ｄ　６ＳＮ７のヒータのアースは、音が出る段階まで組み上げてから、ハム音の少ない
　　　　　方をアースした。
　　　ａ〜ｃは相互に関連しており、実体配線図風の略図を紙に手書きして確認しながら作業
　　　を進めた。

７．製作結果と調整
ａ　波形の観測
　　測定条件は次のとおり。
　　　　・オシレーターからの入力は-20dB（約0.5V）
　　　　・アウトプットトランス２次８Ω端子に8.2Ωのセメント抵抗を接続
　　　　・その端子で出力電圧が1Vになるよう入力のＶＲで調整
　　　　・AUDIO GENERATOR : LEADER LAG-120B(10-1MHz)
　　　　　OSCILLOSCOPE    : IWATSU SS-3510(DC-50MHz)
　　負帰還（NF）なしの10KHz波形が写真１である。
　　　　
　　　　　　　　　　写真１　負帰還（NF）なしの10KHz波形写真
　リンギングが発生している。この原因は前段での高い周波数の減衰防止に気を配った（低rp
　管の採用と回路設計）結果、超高域での副作用と推測できる。つまりスタガー設計（減衰特
　性を分散させる設計）などを行うべきことへの配慮不足と推測できる。
　　従ってこの解決策として試行錯誤の結果、初段のPと次段のGの間に抵抗を入れ、波形を見
　ながら値をカットアンドトライにより10KΩとした。
　10KΩを入れた波形は写真２のとおり。
　　　　
　　　　　　　　　　写真２　初段Pと次段Gの間に10KΩを入れた場合の波形写真
　10KΩを入れたままでさらにNFを少しかけた波形が写真３。
　　　　
　　　　　　　　　　写真３　さらに弱いNFでの波形写真
　これを見るとオーバーシュートとアンダーシュートになっている。NF抵抗と並列にコンデン
　サーを追加し値を変えたり、前述の10KΩの値を変えたりして試行錯誤したが高域減衰とのバ
　ランスで望ましい形を得られなかった。
　　10KΩを入れた状態で、150PFを抱かしたNFありとNFなしの場合の周波数特性の比較が写真
　４である。
　　　　
　　　　　　　　　　写真４　NFの有無での周波数特性の比較グラフ
　この周波数特性を比較検討すると、NFなしで低域は10Hzで-5dB、高域は75KHzで-6dBと良好で
　あり、｢10KΩありNFなし｣で使ってみることとした。
　　なお、リンギング、オーバシュート、アンダーシュートについては主に参考文献４が役立
　った。
　　12月４日追記　その後ダンピングファクターの改善に魅力を感じて「NFあり」に変更した。　

ｂ　ハム音
　　心配していたハム音はスピーカに耳を接近させないと聞き取れないレベルであり全く問題
　がない。

ｃ　ゲイン
　　適切なゲインであり不足は感じない。通常１０時くらいの位置かそれより下で使っている。

８．外観等
　外観は写真５．
　　
　　　　　　　　　　写真５　2A3シングルステレオアンプの外観写真
　内部の様子は写真６。
　　
　　　　　　　　　　写真６　2A3シングルステレオアンプの内部写真

９．終わりに
　　　一応完成した。
　　しかし特に気になることは、写真７に示した40Hzの波形である。
　　　　
　　　　　　　　　　写真７　40Hzの出力波形写真
　　時間の経過に合わせて出力の低下が著しい。
　　出力トランスのB端子の電圧の波形を測定して見ると写真８であり
　　　　
　　　　　　　　　　写真８　出力トランスの電源側電圧波形写真
　　激しく変動している。これが大きな原因と考えられ、電源系統のインピーダンスが高い
　　ことが推測できる。電源系をいずれ根本的に見直したい。
　　　前述のリンギングやオーバーシュートについても課題と考えている。さらに改善して
　　いきたい。

参考文献
１　木村　　哲
　　・「情熱の真空管アンプ　'04/5/20　第２刷」（株）日本実業出版社発行
２　木村　　哲
　　・ ｢情熱の真空管｣　http://www.op316.com/tubes/tubes.htm
　　　　の中の「プリアンプ＆ヘッドホンアンプを作ろう！
　　　　　　　　　PHONOイコライザー・アンプ<スタディー編>
　　　　　　　　　PHONOイコライザー・アンプ<試作・実験編>
３　Frank Philipse
　　・「Frank's Electron tube Pages 」http://www.tubedata.info/
４　グローバル電子��
　　・役に立つ設計ノート｢伝送線路の基礎｣｢伝送線路設計のポイント｣
　　　　　　　　　http://www.gec-tokyo.co.jp/