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気軽に使えて音のよい真空管アンプを目指して
 <6FQ7シングルプリメインアンプ>
                                   Ver.1.0 '06/07/27
                                   Ver.1.2 '06/07/28
                                   Ver.1.3 '06/08/07
                                   Ver.1.4 '06/08/09
                                   Ver.1.5 '06/08/13
                                   Ver.1.6 '06/08/17
                                   Ver.1.7 '06/08/28
                                   Ver.1.8 '06/09/07
                                   Ver.1.9 '06/09/08
                                   Ver.1.A '06/10/21
                                   Ver.1.B '06/10/22
                                   Ver.1.C '06/11/08
                                   Ver.1.D '06/11/17
                        最終回路図Excelの改訂 Ver.1.E '08/02/22
                        ExcelにDF計算式を追加 Ver.1.F '08/03/01
                        DF計算式・実測値を訂正 Ver.1.G '08/03/23
                        最大出力計算式を訂正  Ver.2.0 '08/03/28
                          All rights reserved 中村 利和 JA3OOK

 今は夏、毎日暑い日が続いています。真空管アンプが出す熱にうんざりしています。2A3シン
グルアンプも6CA7プッシュプルアンプも相当な熱源で、暑い日本の夏をさらに暑苦しくしてい
ます。
 夏でも涼しく気軽に使えるアンプが欲しいです。でも半導体ではなくやっぱり真空管でなくては
面白くありません。
 気合いを入れて鑑賞する場合は2A3などを稼働させれば良いのだからと割り切って、省エネと
コストカットも兼ねて次の様なアンプを目指して製作することにしました。

1.製作目標
 a 最大出力は1W程度とし静かに聴くアンプとする。
    ・Webで調べると沖縄の渡久地さんは12AU7A(最大プレート損失2.75W)で作られてい
     ます。 http://www2.tontonme.ne.jp/users/harry/
     極力発熱の少ない球を使い本数も少なくしたい。
    ・そのためにシングルとしたい。

 b 真空管によるフォノイコライザーを持っていないのでこれにも挑戦する。
    ・レコードを聴かない時は発熱を止めたい。
    ・その為にヒーター電源を切れるようにする。

 c トーンコントローラーも真空管で構成したい。

 d かける費用は極力少なくする。
    ・古いトランジスタ式のアンプを解体し、ケースやシャーシー、各種スイッチなど大いに
     活用する。
    ・部品もなるべく手持ちを使う。
    ・購入せざるを得ない部品も有る程度の性能があれば安価なものを買う。

2.古いトランジスタ式メーカー製アンプ KA-8300 の解体と部品の活用
   昨年入手したTRIO(現KENWOOD)のKA-8300↓があり
 トリオKA8300の写真
  これのケースやシャーシーなどを活用することとした。これは1978年頃のトランジスタ式プリ
  メインアンプで出力は60W+60W。現在もいい音で鳴るが残念ながらインプットセレクターに接
  触不良があり使いづらく、修理しても直らない。
   このアンプの主要回路は前面パネルに組み付けられた基盤1枚、後面パネルに組み付けられ
  た基盤2枚、パワ−アンプ基盤1枚で構成されており、ボリュームや各種スイッチの大部分は
  これらの基盤のプリントパターンにハンダ付けされ、各基盤は基盤に付けられたボリュームの
  軸ネジや各種スイッチのネジで各パネルに組み付けられていた。
   これらの基盤からボリュームとスイッチなどを取り外してシャーシーに取り付けたのが下の
  写真である。
 シャーシーにボリュームやスイッチだけを取り付けた写真
   問題のインプットセレクターは写真右上のシャフトに繋がっていた多段のスライドスイッチ
  であり、このスイッチの構造では修理不可能と今回も判断し、基盤から取り外すことも止めた。
  写真右下のテープデッキ切り替えスイッチもシャフトに繋がった多段スライドスイッチであり、
  これの活用もしない。
   左上に写っている基盤はスピーカABの切り替えスイッチとヘッドフォーン回路基板であり、
  これはこのまま使えると判断し元のまま活用する。
   後面パネルのRCAジャックモジュールは基盤から取り外して取り付けたもので、自作プリ
  アンプで一番工作に苦労するところであるが、今回このように流用できて大いに助かったとこ
  ろの一つである。
   メインボリュームやインプットセレクター、モードセレクターなどおよび、前面パネルは極
  力そのままの機能で使用する方向で製作を進める。

3.前面基盤の活用
   前面パネルに取り付けられていた基盤の回路をじっくり調べた結果、
    MODE(STEREO,MONO,REVERSE)、LOUDNESS、BALANCE、DC ON/OFF、HIGHFILTER ON/OFF、
    ATTENUATOR ON/OFF
  は増幅回路はなく抵抗、コンデンサー、ボリューム、スイッチで構成されていることが分かり、
  これは捨てずに活用すべきと考えた。
  メインボリュームの値は100KΩであり真空管回路でも使えるのでこれも活用することとした。
   前面基盤にはトーンコントロール回路も含まれているが、これは増幅回路で構成されており、
  真空管で構成する方針に反するので活用しないこととした。
   活用する部分と活用しない部分のプリント基板上のプリント配線を良く検討したうえで金ノ
  コギリでプリント基盤を切り分け、活用する部分のボリュームやスイッチを元通りに取り付け
  前面パネルへ組み付けた。

4.静的回路だけで構成された部分の配線と試聴
   別途入手してあった中古のロータリースイッチ(これは友人から購入した通信機の制御パネ
  ルの基盤に付いていたもので、大変高価そうなスイッチが付いていたが安く分けていただいた)
  をインプットセレクターシャフトの先にアルミ板を工作してとりつけた。2回路10接点であ
  り、6接点分は余るがそのまま遊ばすこととする。
   その他の元のボリュームやスイッチを取り付けたあと配線作業を行った。配線にシールド線
  は使用しないこととし、長い距離になる場合はアースとつながった銅の長い板に沿わせたりア
  ースと繋がった銅線で囲ったりしたが、アースに繋がった銅板や銅線と信号線でループを形成
  させないことが肝要である。なお、シールド線を使用しない理由は静電容量を極力少なくし高
  域特性を確保するためである。
   この作業が終了した段階でCDプレーヤと外部メインアンプを繋いで、電気を全く使用しな
  くても、メインボリュームはもちろん、LOUDNESSやBALANCEも快適に動作することを確認できた。
 前から写した写真
   下の写真に写っている緑色の基盤は金ノコギリで切断した後の活用する部分である。
 後ろ上から斜め下向きに写した写真

5.パワーアンプ部分の検討
   パワーアンプの真空管に何を使うか! 最大プレート損失が4W、低内部抵抗であることに留
  意の上で、手持ちの真空管から6FQ7に着目した。Ep-Ip特性を検討して見ると、次の図のロード
  ラインを設定することができ、
 6FQ7のロードライン図
     負荷抵抗        :7KΩ
     プレート電圧の最大振幅 :187Vから348V
     プレート−カソード間電圧:280V
     バイアス電圧      :8.1V
  の場合に、
     出力:約0.5W弱(NFなし)
  が期待できる。(Rev1.Aで上記の図および説明を改訂)
   6FQ7は電圧増幅率μが20程度あるのでドライバーは1段で済み、さらに双極管であるので
  左右合わせて2本でシンプルに構成できる。

6.電源の検討
   バイアス方式をカソードバイアスとして、5.項の検討結果からB電源電圧は300V弱の電源
  が必要である。
   手持ちの電源トランスに230V/150mAのトランスがありこれを使うこととした。
  幸運なことに、シャーシーの電源トランス取り付けボルト穴はユニバーサルに開けられており
  この手持ちトランスを何の板金工作も必要なく取り付けることができた。
   この手持ちトランスを取り付け、回路を暫定的に組んだのが次の写真であり、負荷抵抗30KΩ
  をつなぐと約310Vを示しており調整の範囲内と思われる。消費電流によって抵抗などを変更す
  る必要があるので写真の抵抗や配線は仮の状態である。(なので汚い)
 電源ユニットを上から写した写真
 電源ユニットを下から写した写真

7.シャーシー構造の工夫
   本シャーシの中は空洞なので真空管を実装するには工夫がいる。
 a メインアンプ
   次の写真のようにアルミL型アングル2本を梁として左右に渡し、その2本の梁の間にアル
   ミ板を載せ、このアルミ板に真空管回路を組む構造とする。
 アルミの梁を左右に渡した写真
 b フォノイコライザアンプ
   入力端子側にアルミ板を衝立のように立ててる構造とする。

8.メインアンプの工作
   メインアンプのシャーシー工作の前に使用する出力トランスを(有)春日無線変圧器のKA-
  5730に決め購入した。インピーダンスが7KΩで周波数特性も比較的フラットで広帯域であり、
  価格性能比が優れている点でこれを選んだ。
   シャーシーの工作に当たり出力トランスや真空管の配置が重要です。特に出力トランスの配
  置がまずいとハム音の原因になるので、出力トランスの場所や角度を実験で定める。
  実験は出力トランスの二次側にヘッドホーンを繋ぎ(一次側は解放のまま)電源トランスの電
  源SWを入れて、耳で聞きながら位置と角度を動かして問題がない箇所をさがし、なおかつ真空
  管などの位置も考慮して決める。
   手持ちのこの電源トランスは漏洩磁束対策が弱いようであり、出力トランスの配置を特に慎
  重に検討した。
   シャーシーにするアルミ板は1mm厚で、近くのホームセンタで買った。前項のL型アング
  ルも同様。
   実験で決めた配置でアルミ板にハンドドリルやリーマー、シャーシーパンチで穴を開ける。
  この板金作業が骨の折れる仕事だが、今回は真空管2本の構成なので楽であった。
  なお、板金作業が終わったら仮組し穴位置などを確認し、そのあと解体しアルミ板を洗剤で洗
  って水気を良く拭いてから乾燥させる。アルミ板についた指紋や手垢がなくなり気持ちが良い。
 穴が開けられたメインユニットのアルミ板の写真

9.メインアンプの設計と製作
   メインアンプの回路の設計はExcelで行った。
  これが設計結果である(Rev4)。(Excelの該当シート) なお、これは設計途中であり
  最終回路は16項に記述。
  フォノイコライザーやトーンコントロールを今後作成する予定であるので電源部分の確定がま
  だできないがメインアンプの消費電流が大きいので、まずメインアンプだけで動作させた。
   次の点に留意して組み上げた。
    ・アース系統が長くなる場合は細い線材ではなく銅板または太めの銅線を使う。
    ・アース系統でループを作らない。
     (ループを形成しているとハム音の原因になることがある)
    ・信号線が長くなる個所でもシールド線を使わない。アース系統の銅板または銅線に信号
     線を沿わせる。
     アース系統が来ていない個所は片方をアース系統に接続した銅板に沿わせる。
     (シールド線を使うと浮遊容量が多くなり高音域を減衰させるおそれがある)
   次の写真ができあがった状態である。
 メインアンプユニットの写真
    ・黄色、赤、茶色の平行線は出力トランスからスピーカー切り替えユニットへの配線であ
     り、元の線材をそのまま活用。
    ・出力トランスの配置角度が左右で少し違うが、ハム音が最小になる角度が異なったため。

10.メインアンプの評価
   動作確認時の実測電圧などをExcel中に吹き出しで記入してある。設計上の供給電圧と差が
  あるが暫定的な感想は次の通りである。
    ・ボリューム位置が11時〜12時で歪みを感じない音量であり6畳間で聴くには十分で
     ある。
    ・低域、高域とも過不足のない音質で素直で透明な音色である。
     春日無線変圧器の出力トランスKA-5730に敬意を表する。
    ・当方製作の2A3シングルアンプ6CA7全段差動PPパワーアンプ
     と聴き比べると、遜色のない音色である。
    ・心配していたハム音は問題ない。
   波形などの測定結果は電圧など調整が済んだ時点で改めて記載するつもりである。

11.フォノイコライザーアンプの製作と評価
   木村哲氏の製作記事(http://www2.famille.ne.jp/~teddy/pre/pre3b.htm)を元に製作した。
  12AX7による2段増幅NF型であり、高域の補正方法が特徴の回路構成である。
   ヒーターは直流点火とし、AC5Vを単波整流し10,000μFで平滑している。
  フォノイコライザーを使用しないときには省エネの目的でヒーター電源を外部スイッチでON/
  OFFできる。
   入力RCA端子から真空管までを出来るだけ短くすること、およびシャーシーのアルミ板での
  シールド効果をねらった結果、次の写真のように裏側パネルに近接し平行に立てた配置とした。
 イコライザーユニットの完成写真
   評価は次の通り。
    ・低域から高域までスムーズに伸びており、すっきりした音。
    ・ハム音は全く気にならないレベルであり、ヒーターの直流点火とシールド効果
     が出ている。

12.ウーハー用のフィルターの搭載
   ウーハー用にローパスフィルターも組み込んだ。フィルターは適当な手持ちのトランス(小
  出力トランジスタ用アウトプットトランス)とコンデンサーを組み合わせてある。
   フィルターからの出力は
    ・裏パネルのRCAジャックからの出力
    ・内蔵メインアンプへの出力
  の両方が可能である。
  内蔵メインアンプの入力は通常帯域からとローパスフィルターからとをスイッチで切り替える。

   ここまでの全体構成と各ユニットの回路図を更新した。<回路図(Rev4)>
  
   裏側の写真は次の通り。
 裏から写した写真
    ・細長い銅板はアース系統とシールド。
    ・右下のボリューム、コンデンサー、トランスがウーハー用ローパスフィルター。

13.トーンコントロールアンプの製作と評価
   前項までの製作をした後、暑い真夏と残暑の中を日常的に本アンプを使用してきたが、真空
  管アンプ特有の熱さを感じずに済み、音も良く、音量不足も全く無く、とても気に入った。
  早くも十月が終わろうとしており秋風に誘われてトーンコントロールアンプの検討を開始した。
   トーンコントロールアンプには周知の通りCR型とNF型がある。少しでも良い音にしたい
  気持ちがありNF型に興味が引かれる。NF型にもバリエーションがあるが、特殊な部品を必
  要とせず回路構成も簡単なLUX型に興味を感じる。と言うことでLUXのSQ38FDに準拠して製作す
  ることとした。
   38FDのトーンコントロール回路を検討し12AX7でのロードラインを引いてみると、高め(1V
  弱)のレベルの信号での直線性を確保するには高いプレート電圧が必要なことが分かってきた。
  本アンプでは低めのB電源を実装しており高い電圧を供給できない問題点が出てきた。
  そこで38Fで使用している12AU7でのロードラインを引いてみると本アンプのB電源でも十分に
  直線性の良い性能を出せることが確認でき、U7を使用することにした。
   38FDや38Fでは回路構成は2段増幅であるが、全体の増幅レベルに余裕があり、本アンプの
  設計方針(性能は極力維持したままで発熱が少なくシンプル)により、前段増幅は省略する。
  設計結果はExcelの該当シートを見て頂きたい。
   トーンコントロールアンプが増えたことで消費電流が増え電源電圧配分が変わったことによ
  り、電源ユニット、フォノユニットの電源系の抵抗も以前のRevから変更されていることに留
  意されたい。
   次の写真がトーンコントロールアンプ部分である。
 トーンコントロールアンプの写真
   球1本の構成であるのでアルミパネルは使用せず、9ピンソケット1個とラグ板2個で組み
 上げ、L型アルミアングルでシャーシーに取り付けた。

  試聴結果。トーンアンプの音質の劣化は全く感じず、素直で聞き易い。
 ただ、BASS、TREBLEともにカットとブーストの範囲に余裕がないように感じるがアクセサリ機能
 でありこんなもんか。

  昨日(11月7日)始めて木枯らしが吹き、今朝は4度で快晴。真夏に着手した本アンプが
 ここまで出来た。今後、こまかな部分について改善したり、特性を測定していきたい。

14.メインアンプへの負帰還の追加と電源回路の一部変更
   内蔵メインアンプ(6FQ7シングル)に負帰還回路を追加した。出力トランスの2次側からド
  ライバー段のカソードに戻す方式である。負帰還量は耳で聞きながら好みで決めた。
  負帰還をかけたことによりダンピング・ファクターがおよそ0.8から1.7に改善され、極低音が
  引き締まったことが聞き分けられる。
   このような測定や試聴の過程でL-CHとR-CHの分離(混合)を調べた。わずかに音漏れを感じ
  るが実用上問題はないと判断した。なお、トーンコントロールアンプで12AU7を左右合わせて
  1本で済ましているが、この部分で混っていることは全くないことを確認できた。
   電源ユニットに関し気がかりなことがあった。それはフォノイコライザやトーンコントロー
  ルアンプへの電源を出力トランスへの電源供給点から採っていることで、出力段による電圧変
  動をまともに受ける欠点である。電源電圧の変動による音質劣化と場合によるとモーターボー
  ティング問題を引き起こす可能性があり、この点も改善した。
  
15.終わり
   夏から始めた本アンプの構想が初冬になってやっとここまでたどり着けた。まだいろいろ試
  してみたい点があるが一応ここで一区切りとする。
  参考文献に記載した諸氏を始め、諸先輩の方々へお礼を申し上げます。

16.追記
   使ってみての感想だが、暑い夏場でもまったく気にせずに使える。半導体アンプより消費電
  力が少ないくらいであり気に入っている。
  もちろん音質に何の問題もなく高音から低音まで艶のある音色で鳴ってくれているし、音量は
  ボリュームの半分の位置で大きすぎるくらいでありまだまだ余裕がある。
   ただ、普段の使用ではまったく気付かないが、6EM7全段差動型アンプと聞き比べて初め
  て判ることは極低音のしまりの不足である。
  音楽を聞いていて気付くことはめったになく気にするほどではないが、オーディオ発振器から
  30Hz程度の周波数を入力するとそれより高い周波数が聞こえてくるので、初めて明確に識別
  できる。同じ条件や異なる周波数で実験しても6EM7全段差動型アンプや手持ちの半導体ア
  ンプではこのような現象は出ない。スピーカーはONKYO D-66RX。
   ダンピングファクター(DF)が小さい場合にしまりのない低音になることは広く知られ
  ており、今回もこれが原因と思われる。
   これまでの本アンプの設計ではDFの理論値を計算していないのでExcelシートに計算式を
  組み込んで理論値を求め、実測もやりなおして比較してみた。
   これがそのExcel(Rev20)である。
  その結果は理論値と実測値はほぼ一致おり、本アンプが1.8、6EM7全段差動型アンプが
  3.3であり、3以上くらいは必要なのであろう。
  なお、最大出力の計算式に錯誤があったがRev20で訂正した。
  (回路図に錯誤はなく修正の必要なし)

17.その後
   ダンピングファクターを根本的に改善するために本アンプを「超3極管接続」に変更した。
  超3極管接続6FQ7シングルを見て頂きたい。 
  
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 (有)春日無線変圧器
  ・http://www.e-kasuga.net/


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