インピーダンス測定 コンデンサの特性

回路が出来上がったので、手持ちのコンデンサを測定しました。

真空管アンプ電源 使用部品

下の写真は、±15V安定化電源に使用する部品です。

下の写真は、±78V安定化電源に使用する部品です。

下の写真は、+460V安定化電源に使用する部品です。

タカチからアルミインシュレーターフットAFS/AFMシリーズが発売されています。新し物好きの私は早速飛びつきました。ケースの色が黒なのでブラックタイプのAFS44−18Bを注文です。

径が55mmになると値段が倍近くに跳ね上がるので44mmを採用しました。ずしりと重いのですが、どのくらいのアイソレーション効果があるのかは不明です。

電源入門 電源回路に使う部品その２

(3)　線材

屋内で交流 300V 以下の小形電気器具に使用する電線にはVSF、HVSFがありJIS C 3306で規定されています。
市販されているVSFケーブルの導体サイズは0.5sqからがほとんどですが、探せば0.3sqもあるようです。
VSF電線の定格温度は60℃ですが、HVSFは105℃品となっています。

600V 以下の主に電気機器の配線に用いる電線にはKIV、HKIVがありJIS C 3316で規定されています。
メーカカタログの導体サイズは0.5sqからのようですが、販売店で見かけるのは太いものが多いです。

電線に関してはUL品に絶対の信頼を寄せている方も多いと思います。また、金や銀その他の音が良くなると言われる材質にこだわったり、音のよくなる方向があるという意見があったりと話題に事欠きません。

私はというと、入手性と色の多さから300VのVSF電線と600VのUL1015電線をを使っています。VSF電線はメッキなしでUL1015電線はメッキありです。メッキの有無を気にされる方もいらっしゃるようですが、私は気にしていません。それより配線がしやすい屈曲性だったり、高温がかかっても丈夫な被覆だったりの方が大切と思います。ただ、メッキ線の方が半田付けしにくいです。予備はんだをする際にちゃんとはんだが付いているか確認しづらいですし、芋半田になっていることも時々あります。メッキなしの電線より半田ごての温度を高めした方が良いようです。

ダイエイ電線のVSF電線

協和ハーモネットのUL1015電線

(4)　コネクタ

商用電源の引き込みにはIECインレットタイプのコネクタを使います。以前は雑誌記事の評論を見てフルテック製を使っていたのですが、半田付けの際に熱変形してケーブルの抜き差しが固くなるということがあり、現在はオヤイデ電気製の174−Rという熱変形しにくい製品を使っています。

オヤイデ電気製IECインレット　174−R

古い製作記事で、商用電源の引き込みにキャノンタイプのコネクタを使ったものを見たことがあります。キャノンタイプのコネクタの仕様は下記の通りで、定格電圧を見る限り使うことは可能なようです。

　2ピン　　   ：　定格電圧　200 VAC
　　　　　　       耐電圧　  1600 VAC
　3〜7ピン　：　定格電圧　133 VAC
　　　　 　　　    耐電圧　  1400 VAC

次にB電源を接続できるようなコネクタですが、入手性の良いヒロセのHR10シリーズを見てみます。シェルサイズ7の製品仕様は下記の通りです。定格電圧が低くて、使うのは難しいです。

　4ピン　　 ：　定格電圧　150 VAC　200 VDC
　　　　　　  　  耐電圧　   300 VAC

カタログを色々見ていったのですが、防水タイプのコネクタに定格電圧の高い製品があるのを見つけました。KT88ULアンプでは航空電子のN/MS−A/Bシリーズを使いました。シェルサイズ12Sの仕様は下記の通りです。

　2ピン　　 ：　定格電圧　500 VAC　700 VDC
　　　　　  　　  耐電圧   2000 VAC

防水タイプのコネクタはサイズが大きくて価格もそれなりなのですが、取り扱う電圧が高い場合には安心して使えます。
ちなみに、耐電圧は瞬間的（多くは1分間）に耐えられる電圧ということであって、連続的に印加してよい電圧ではありません。

航空電子のN/MS−A/Bシリーズ シェルサイズ12S

(5)　基準電圧

基準電圧としてはツェナーダイオード、電流源としては定電流ダイードが一般的です。

ツェナーダイオード1N4733（左）と定電流ダイオードE−102（右）

ツェナーダイオードを使う際に注意する点は、参考文献にあるように以下の３点です。

　・温度係数　
　・動作抵抗
　・雑音電圧

5〜6Vより下の電圧では負の温度係数を持つツェナー降伏が支配的で、上の電圧ではアバランシェ降伏が支配的です。従って、温度特性を第一に考えるならば5.1V品か5.6V品を使うのがよいと思います。

電圧の安定性に大切な動作抵抗は、流す電流によって変化するようですが、6〜7Vにおいて最小となります。動作抵抗を最小にしたいときは、6.2V品か6.8V品を使うのがよいと思います。

ノイズはアバランシェ降伏によって発生しますから、ノイズを最優先に考えるならばツェナー降伏が支配的な低い電圧値を選ぶべきです。ノイズを取るためにコンデンサをパラ接続することがよくあります。コンデンサパラ接続よりも、できればCRフィルタにしたいところです。

定電流回路はトランジスタやFETを使っても構成できますが、石塚電子の定電流ダイオードを使うと部品点数が削減できます。最高使用電圧が規定されていますからこれを超えないようにすることと、定格電力にマージンを持った使い方をすることに注意しましょう。

ツェナーダイオード以上の精度と安定性を求めるのであれば、基準電圧ICを使う方法があります。

AD587（左）とマイナス基準電圧の作り方（右）

上の写真は10Vの基準電圧IC、AD587です。レーザ・トリミングされていて非常に高精度で温度安定性の高い石となっています。これほどの性能が必要ない場合、数分の一の価格でピンコンパチ品が色々あります。
販売されている基準電圧用ICはほとんどがプラス電圧出力になっています。マイナスの基準電圧が欲しいときには上図右の方法を採用するとよいでしょう。

参考文献：
　　黒田徹、初めてのトランジスタ回路設計、CQ出版、1999、p.202−203
　　本多平八郎、作りながら学ぶエレクトロニクス測定器、CQ出版社、2001、p.69−70

電源入門 電源に使う部品

(1)　トランス

最近はもっぱらフェニックス製のRコアトランスを使用しています。巻線の仕様を指定して２週間程度の短納期で仕上がってきます。価格も手頃でアマチュアには心強い存在です。

しかし問題がないわけではありません。それは唸りと鳴きが大きいことです。個体間のばらつきもあるようで、KT88用に製作した２台のうち片方は「ブーン」という低い唸り音が聴こえ、もう一方は「ジー」という鳴きの音が聞こえてきます。メーカーホームページには”うなり振動が小さい”と書かれていますが、多くの方が困っているようです。超3極管接続で有名な上条信一氏の記事にも、Rコアトランスを使って苦労した様子が書かれています。

Treasure SIT becomes a power amp

上条信一氏の製作記事には具体的な対策が書かれているものがあります。下記の記事には、商用電源のDC分を無くすDCサプレッサが使われています。また、機器間のグランドループに起因する誘導ノイズの対策方法も紹介されています。使用しているトランスはRコアではなくトロイダル型です。

2SJ200 / 2SK15292 パワーアンプ

金田式アンプ用として売られているRコアトランンスはどのような対策が施されているのか知りたいところです。

頼んだことは無いのですが、春日無線が伏せ型電源トランスの特注に応じてくれるようです。気になる容量ですが、O-BS700は200VA、O-BS1000は300VA、O-BS1500は500VAと十分です。引き出せる端子数は、それぞれ14本、16本、18本となっています。価格はRコアと比べて3〜5割増しといったところでしょうか。

フェニックス製Rコアトランス（左）とタンゴ製伏せ型トランス（右）

タンゴ製ヒータトランス（左）とチョークコイル（右）

(2)　ヒューズ

ヒューズに求められる機能は、通常の動作では切れなくて異常時には速やかに切れることです。これをKT88アンプで使用したトランス(フェニックスRA400型)をシミュレーションして確認していきます。まずトランスの巻線仕様です。

　　　一次側直流抵抗　：　0.41Ω
　　　二次側直流抵抗　：　5.24Ω（外側）
　　　　　　　　　　　　　4.92Ω（内側）
　　　巻き数比　　　　：　1.94

◯定格負荷時

DC負荷500mA時の一次巻線電流は4Armsです。この値で切れないヒューズが必要です。

◯起動時

シミュレーションでは、トランスの一次側に半波76.6Ao−pの電流が流れるという結果が出ました。これは二次側のコンデンサに流れ込む充電電流が主な成分で、トランスのB−Hカーブに起因する分は含まれていません。よって、シミュレーション結果を突入電流の全てと考えてはいけません。

実際のトランスでは電源投入時に大きな磁束密度の変化が生じ最大磁束密度をオーバーして磁気飽和を起こすことがあります。この現象は二次側がオープンでも発生します。

トランスが完全に飽和すると 141V ÷ 0.41Ω = 345A のピーク電流が流れることになります。実際にはケーブルの抵抗やコンセントの接触抵抗があるので、ピーク電流の値はもっと少なくなると考えられます。ここでは、141V ÷ 1Ω = 141A を最大値とします。半波ピーク141Aで使用し続けても劣化もしないヒューズが必要です。

注記）
LTSpiceは線形シミュレータですが、トランスのB−Hカーブを入れることができます、Webで検索すると色々出てきますので試してみると面白いと思います。ただ、トランスの磁気パラメータをどうやって測定するのかという課題は残ります。

◯負荷ショート時

整流出力をショートすると200App（実効値で70A）の電流が流れます。しかし、トランスのB−Hカーブによる磁気飽和の影響があり、実際にはこれより小さな値になると予想されます。従って、起動時や定格動作時に切れないことを考慮した上で、短時間で溶断するヒューズ値が必要になります。

◯溶断特性からヒューズを選択する

トランスの一次側には大きな突入電流が流れますから、速断タイプではなくタイムラグタイプのヒューズを選択しなければいけません。そして、5Aとか10Aという定格溶断電流の値だけを見るのではなく、溶断特性カーブを見て値を選択すべきです。

下図は私がよく使用する日本製線製のFSL型ガラス管ヒューズの溶断特性カーブです。

定格負荷時の一次巻線電流は4Arms（緑色の線）ですから、この2倍以上のマージンが必要です。電流8Aで切れないということで選択すると、ヒューズ定格は4A以上必要であると読み取れます。

負荷ショート時に70Aで１秒以内に切れるという条件には全ての定格値が当てはまります（赤の線）。他の条件が許すならば、ヒューズ定格はできるだけ小さな値を選択すべきです。

起動時の突入電流については溶断特性カーブ（オレンジ色の線）から判断してはいけないということになっています。電流二乗時間積（I2t）の25%以内で使うこと、と日本製線のカタログに書いてあります。141A半波（60Hzで8.3ms）のI2tは、0.5X141X141X0.0083＝82.3です。しかし、日本製線のカタログに規格値は書いてなくて、”営業にお問い合わせください”になっています。仕方ないので、Digi-Keyで5X20mmの10Aガラス管タイムラグヒューズを５種類ほど調べたところ、その値は400から568でした。10Aのヒューズであれば、I2tの25%以内で使うことができそうな気がします。しかし、イレギュラー時に確実に切れることを考えると、8Aもしくは6.3Aを選択した方が良いかもしれません。

日本製線製のFSL型10Aガラス管ヒューズ

KT88pp Version2 考察

アンプ入力に入れてあるDCカットフィルタのコンデンサですが、銘柄を決めるために聞き比べを行いました。

比べたのは下の写真の７種類です。

上段左から、
　　アムトランス メタライズドフィルムコンデンサ AMCOシリーズ 630VDC 0.47μF
　　（購入先：アムトランス）
　　ASC メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ X363シリーズ 400VDC 0.33μF
　　（購入先：海神無線）
　　日​精​電​機 ポ​リ​プ​ロ​ピ​レ​ン​フ​ィ​ル​ム​コ​ン​デ​ン​サ APSシリーズ 100VDC 0.22μF
　　（購入先：若松通商）
　　PARCAudio メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ 400VDC 0.33μF
　　（購入先：千石電商）
下段左から
　　ルビコン メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ MPSシリーズ 250VDC 2.2μF
　　（購入先：秋月電子通商）
　　パナソニック メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ ECWFシリーズ 250VDC 2.2μF
　　（購入先：Digikey）
　　パナソニック メタライズドPETフィルムコンデンサ ECQEシリーズ 250VDC 2.2μF
　　（購入先：Digikey）

下の写真のように、電源を切らずクリップで切り替えるという乱暴なやり方です。

以下、ヒアリングの結果です。

1)ルビコン メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ MPSシリーズ 250VDC 2.2μF
　　歪みっぽくてこめかみが痛くなるような音。

2)パナソニック メタライズドPETフィルムコンデンサ ECQEシリーズ 250VDC 2.2μF
　　元気があり解像度の高い音。少し聴き疲れするがギリギリOK。

3)パナソニック メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ ECWFシリーズ 250VDC 2.2μF
　　ソフトな音質だが、解像度が落ちたと感じさせない。
　　録音の古いジャズはgoodである。

4)アムトランス メタライズドフィルムコンデンサ AMCOシリーズ 630VDC 0.47μF
　　若干中域寄りで、少しばかりクセを感じる。
　　気になるほどでないが、6)と比べると分解能は低い。

5)日​精​電​機 ポ​リ​プ​ロ​ピ​レ​ン​フ​ィ​ル​ム​コ​ン​デ​ン​サ APSシリーズ 100VDC 0.22μF
　　音のにじみが感じられ、分解能もそれほどでない。
　　EL84の時は最も良いと判断したのだが．．．。

6)PARCAudio メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ 400VDC 0.33μF
　　非常に分解能が高く音ににじみがない（透明感がある）。
　　特にピアノの音は綺麗で、他のコンデンサとは違うように聞こえる。
　　（どちらが正しいかはわからない）

7)ASC メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ X363シリーズ 400VDC 0.33μF
　　綺麗な音であり、無難な選択である。
　　それでも、6)と比べるとにじみ（雑味）を感じてしまう。

今回のKT88ULpp Version2に限っての結果ですが、
　　6)  >>  7) > 2) > 4) > 5) > 3)  >>  1)
となりました。

ということで、PARCAudioのメタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサを採用することにしました。
基板に取り付けたのは0.82μFです。

KT88pp Version2 組立と調整

（Ⅰ）使用部品

アンプ基板の部品です。

部品リストです。部品の数量は２台分になっています。

・抵抗
1/4Wはタクマン電子の金属皮膜抵抗REYシリーズ、3Wは酸化金属皮膜抵抗です。真空管周りの抵抗にはアムトランスの炭素被膜抵抗AMRGシリーズを使いました。可変抵抗は3回転タイプのコパルTM-7EPです。

・コンデンサ
電解はニチコンのUKZシリーズです。パスコン0.1μFはセラミック、LME49810周辺の10pFにはマイカを使いました。入力ハイパスフィルタは仮のものをつけています。ヒアリングで銘柄を決めるつもりです。出力のダンパー回路には日精電機のAPSシリーズを使っています。

電圧増幅段と電力増幅段間のカップリングコンデンサにはASCのX363シリーズを使っています。信頼性の高いポリプロピレンフィルムコンデンサで、濁りのないスッキリ系の音質だと思います。

Maida Regulator

トランジスタ技術の最新号でMaida Regulatorが使われている記事を発見しました。

　　　CQ出版「トランジスタ技術」2016年12月号
　　　　スイッチング用トランジスタでリニア・パワー・アンプ製作
　　　　　馬場清太郎

Maida Regulatorは三端子レギュレータをフローティングで使用する安定化電源回路です。上記記事では180Vを供給する電源回路に使われています。この回路は私が考案したものではありませんが、私と同じようにアンプ製作の中で使用されていて嬉しくなりました。

馬場氏は参考文献としてJim Williams氏の「Performance Enhancement Techniques for
Three-Terminal Regulators」をあげていますが、1980年にMichael Maida氏が発表した文献が最初ではないかと思います。

http://www.ti.com/lit/an/snoa648/snoa648.pdf

以前、このブログで回路の説明をしました。もう一度掲載します。

KT88プッシュプルアンプ 使用部品（２）

B電源整流基板に搭載する部品です。

オペアンプ電源整流基板に搭載する部品です。






（Ⅰ）整流用ダイオード
最近の技術トレンドに流された感が無きにしも非ずですが、B電源用にはロームのSiCダイオードSCS105KGCを、オペアンプ用には同じくSCS106AGCを使いました。この耐圧のショットキーバリアダイオードはSiCしかありません。確かに、50〜60Hzの周波数で1A以下を整流するのに必要なのか？？？ですが、新し物好きの私はこの素晴らしい特性に惹きつけられました。

（Ⅱ）コンデンサ
ニチコンのスナップインタイプで汎用品のLLSシリーズを使いました。B電源用は400V680uF、オペアンプ電源用は100V4700uFです。

+465V安定化基板に搭載する部品です。

±75V安定化基板に搭載する部品です。

±15V安定化基板に搭載する部品です。

電源ケースの実装部品です。

KT88プッシュプルアンプ 使用部品

KT88プッショプルアンプに戻ります。

アンプ基板に搭載する部品です。




（Ⅰ）抵抗
1/4Wと1/2Wはタクマン電子の金属皮膜抵抗REYシリーズを使いました。可変抵抗は3回転タイプのコパルTM-7EPです。

（Ⅱ）コンデンサ
電解にはニチコンのUKZシリーズを使いました。パスコン0.1μFはセラミックです。信号系にはポリプロピレンコンデンサを使っていますが、100pFより小さい容量はマイカにしています。ポリプロピレンは、日精電機のAPSシリーズとアムトランスのAMCHシリーズです。

電解コンデンサですが、私はカタログにオーディオ用と書いてあるとすぐに飛びつくタイプで、そのため高額の出費を強いられています．．．．。しかし、アキュフェーズの製品カタログを拡大してみると、出力段の整流回路を除きほとんどの基板で汎用品を使っているように見えます。メーカーはコストも考えなければいけないですから、良い物は何でも使えるという環境にはないのが実情です。とはいえ、ベテラン設計者が多く在籍し、長年続いている高級ブランドの部品選択は一考に値すると思います。

アンプケースの実装部品です。

KT88プッシュプルアンプ 構想と仕様（２）

設計の方向です。

(1)出力段
三極管接続で60Wの出力を得ることは無理なのでUL接続とします。ダンピングファクタの目標は15以上なので高NFアンプとなりますが、そのためには特性の良い出力トランスが必要です。今回は奮発して橋本電気のHW−60−5を採用しました。しかし、性能の良いトランスがNFBの足を引っ張ることになるとは気が付きませんでした...．．。

(2)電圧増幅段
KT88のバイアス電圧は−50V〜−60Vになると予想されます。ピークtoピーク120Vでドライブするのは真空管でも半導体でも容易ではありません。今回は、５年ほど前に半導体アンプを製作した際に目をつけていたTI社のLME49810を使用します。この石はバイポーラプッシュプルアンプのドライバーとして開発されたものです。ところが、データシートをよく見ると特性グラフにはパワーアンプ完成体としてのものではなく、LME49810単体を電圧増幅器として使用した時のものが掲載されています。さらに、単体でのゲイン/位相周波数特性まで示されているではありませんか。ということは、この石は高電圧オペアンプとして使用できる可能性がある、というか使用できるということです。電源電圧は最大で±100Vもあり、出力として190Vp−pを得ることができます。真空管アンプのドライブ用としてぴったりです。

(3)電源回路
ヒータ以外のオペアンプ用の電源とB電源を安定化します。トランスは株式会社フェニックスのRコアトランスを使うことにします。

(４)実装構造
トランスの重量が大きく持ち運びに難儀するのでアンプ部はモノラル構成です。電源部も別筐体にします。配線は、真空管の周りを除きプリント基板を使うことにします。