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みさえむこやま
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1 4E27 のアンプの変更 ( スーパーカソードドリブンアンプ ) JA1VCW 1. アンプの変更以前 4E27 という五極管を使用してちいさいリニアアンプ (120WPEP) を作ってみました ( レポート有 ) 不都合というほどではないのですが運用していてもうちょっとと思えるところがありまして変更してみました結果は思惑通りには行きませんでしたうまくゆかないこともあります ( とっても多い ) ちょっと残念 2. 変更理由 2 つの理由があります一つ目はアンプのゲインが ( このシステムにとって ) 大きすぎる点です現在のエキサイタは SSB では 50WPEP(6146parallel) AM では 10W Carrier(807single) ですアンプの最大出力は 120WPEP 位でゲインが 6 倍位ですのでそのままではオーバードライブになります従ってアンプのゲインが 3 倍くらいであればちょうどいい具合になりますあくまでも現時点の私のシステムについての話です出力 100W 強でゲイン 6 倍のアンプを 50W でドライブするのでゲインを落としたいなどというのはシステム自体の設計が良くないのですがもともとアンプの製作動機が不純なためでこの点は問題にはしませんどうすればゲインが落とせるでしょうか二つ目は現回路での動作時の第一グリッド (G1) の電流が大きい事ですこの真空管の G1 の規格はバイアス +50V で 50mA 流れるというグラフがあるだけでどう考えていいのかわかりません現時点での G1 の電流はキャリアで 120W 出力すると約 50mA 程度です 50mA は大きい様な感じがします ( 根拠は薄弱ですが ) 少なくできるのであれば少なくしたい第二グリッド (G2) については損失が 30W! で 6146 や 807 のプレート損失よりも大きいので問題ないと考えます最終的にどうなればよいかというと次のようです 1) アンプのゲインを 3 倍位にする 2)IMD は現状維持または良くなる 3. ゲインの落とし方 1) アッテネータアンプ入力にアッテネータを入れて電力を 1/2 にしてやればトータルで 3 倍のアンプになりますでも単に抵抗で熱にするのはちょっと芸が無くて採用する気にはなりません 2)NFB NFB をかければゲインは減りますまた歪みも減少しますしかし G1 の電流につては同じようだと思います 3) スーパーカソードドリブン (S.C.D と略 ) 入力の電力を G1 だけでなく G2 にも分割して加える方法ですこの方法ですと G1 の電流が減少します資料によると歪みの減少も期待できるようですがその理屈は私にはわかりません 1

2 実際の回路回路のイメージです 1) アッテネータ入力に抵抗のアッテネータ現回路 (GG アンプすべてのグリッドを接地 ) アッテネータ 2) NFB プレートから G1 に信号を分割して帰還する NFB をかけたぶん歪みが減少する NFB 3) スーパーカソードドリブンフィラメントチョークに適当なタップを設け G1 に接続しますタップ!! 4. スーパーカソードドリブンかの有名な W6SAI が提唱? する方法であるから悪かろうはずが無かろうとちょっと狂信的な態度で実験してみました次のような効果があるそうですゲインが低下する従ってドライブ電力がより多く必要ドライブ電力の一部は出力に加算される G1 電流が減少して G2 電流が増す IMD が改善される 2

3 Edrive 1 Eg1 n Eg2 この回路で真空管の電極にかかる電圧はカソードが基準ですので Eg1 は G1 に印加される電圧 Eg2 は G2 に印加される電圧フィラメントチョークをオートトランスと見立てて巻数比を n とすれば 1)Eg2 = Edrive Eg1 = Edrive/(n+1) これらの電圧が各グリッドに印加されます 2) タップをフィラメント側に接続したときは Eg2 = Edrive Eg1 = 0 となって G1 がプレート電流を制御しない為ゲインは最低になります 3) タップをフィラメントと反対側に接続したときは Eg2 = Edrive Eg1 = Edrive となって現状と同じです最大ゲインですこんなデータがあります ( 資料 2 ) 4-400A を使用した例ですタップはフィラメント側から 1/5 の所です ( 上記で表せば Eg1:Eg2 = 1:5) 4-400A Item Unit Nomal S.C.D DC plate Voltage V Zero-Signal DC Plate Current ma Single-Tone DC Plate Current ma Single-Tone DC G2 Current ma Single-Tone DC G1 Current ma Single-Tone Driving Power W Driving Impedance Ω Load Impedance Ω Plate Input Power W Plate Output Power W tone 3 次歪み db tone 5 次歪み db - - ベース電流と G1 の電流がおよそ 1/2,1/3 に減少していますドライブパワーが約 3 倍必要で出力が 4% 程度増加している事がわかります歪みに関してはこの資料では記述がありません 3

右図はグリッド電流が測定しずらい点があります ( 回路を工夫すればできるがちょっと厄介 ) 巻数を次のように決めましたちょうどフィラメント電源から見てチョーク全体の 1/4,1/2,3/4 の所からタップを出したのと同じようです以後コイルの接続の呼称をタップというようにします G1 巻線の回数と接続

4 5. 実験 5.1 方法タップの位置 (n) をどのように決めるかということが問題ですどうしてよいか分かりませんのでカットアンドトライ ( 行きあたりばったり!) です構造上タップは出しずらいので第 3 の巻線を設けますフィラメントチョークはバイファイラ巻きで 30 回 *2 ですのでこれを分割します右図のように接続しても OK です巻数は左図とは変わります ( すなわち 1:n の 1 側の巻線とするか n 側の巻線にするかです ) 右図はグリッド電流が測定しずらい点があります ( 回路を工夫すればできるがちょっと厄介 ) 巻数を次のように決めましたちょうどフィラメント電源から見てチョーク全体の 1/4,1/2,3/4 の所からタップを出したのと同じようです以後コイルの接続の呼称をタップというようにします G1 巻線の回数と接続 G1 巻線の回数と接続巻線無し (G1 は直接 GND) 8.5 回巻 (1) 14.5 回巻接続 A 8.5 回巻 (2) 接続 B Edrive フィラメント電源 M G1 巻線の様子 8.5 回巻 (1) => 接続 A 1/4 タップと呼びます測定データは 5.5 3) 8.5 回巻 (2) => 接続 B 3/4 タップと呼びます測定データは 5.5 5) G1 巻線の様子 14.5 回巻 => 接続 A 2/4 タップと呼びます測定データは 5.5 4) 4

5 5.2 結果下表のようになりましたベース電流はすべて 8mA ですグリッド巻線項目 Unit 無し 1/4タップ 1/2タップ 3/4タップ 1-tone ドライブ W G1 電流 ma tone 出力 W tone プレート電圧 V tone プレート電流 ma tone 入力電力 W tone ドライブ W tone 出力 W tone ドライブ (peak) W tone 出力 (peak) W IMD-3rd db IMD-5th db データ写真 5.5 項 2) 3) 4) 5) 測定ブロックスペアナオシロエキサイタアンプパワー計ダミーロードドライブ電力はエキサイタの出力をそのまま切り替えてダミーロードに接続して測定 2-tone の peak 値はオシロスコープでモニタした p-p と同じ振幅のキャリアを発生させてその電力を読む 5.3 結果の考察 S.C.D によって次のように考察されます 1) パワーゲインは少なくなりますただし 1/4,1/2 タップでは有意な差は認められず 3/4 タップで約 6 倍 =>3 倍強になりのゲインの減少が見られました 2) ドライブ電力のフィードスルーによるプレート効率の上昇については良くわかりません 3)3/4 タップの 2-tone のゲインはちょっと変何か間違えたかな 4)G1 の電流はタップとともに減少しますがタップの位置との関係は何だかよくわかりません 5)IMD についてはタップを上げる ( フィラメント電源側からフィラメントに近づける ) と悪化しています資料 1 によると S.C.D はカソード接地の AB1 クラスの同じ送信管を使ったアンプと比較して 3rd -27dB => -46dB 5th -36dB => -49dB 劇的に改善されたと書いてありますこの点は全く資料と反対の結果ですなぜでしょう 6) タップの位置によってアンプ自体の入力インピーダンスは変化すると考えますが今回エキサイタから 1:4 のインピーダンス変換トランスを通してドライブしていますこれが IMD に影響するのでしょうかちなみに GG と S.C.D の 1/4 タップでは入力側の SWR の変化は 1.7 => 1.8 程度の変化しかありませんでした 5.4 今回の結論アンプゲインの減少は IMD の悪化を伴いましたグリッド電流の減少は実現できました少し減少させたいと思い 1/4 タップに固定してあります 5

6 ５５結果の写真１エキサイタ出力リニアアンプ入力条件によって振幅は変わりますが IMDはほとんど同じです 3rd IMD 5th IMD 以下は出力で振幅は1-toneで120Wを出力した時と同じにしてあります 6div ２リニアアンプ出力オリジナル G1巻線無し -36dB = 120W 3rd IMD 5th IMD ３リニアアンプ出力オリジナル G1巻線8.5回 -33dB -40dB => 1/4タップ 3rd IMD 5th IMD -29dB -33dB 現在はこの状態４リニアアンプ出力オリジナル G1巻線14.5回 => 1/2タップ 3rd IMD 5th IMD -25dB -35dB クロスオーバ歪みが発生 6

簡単に変化します例えばリニアエキサイタなどの同調バリコンに位置によって変わりますしドライブ電力や出力電力によっても変化します歪みが打ち消しあうのかバリコンの位置で 3 次歪みが -50dB 位になることもあります

7 5) リニアアンプ出力 ( オリジナル G1 巻線 8.5 回 => 3/4 タップ ) 3rd IMD : -20dB 5th IMD : -34dB クロスオーバ歪みが顕著ある時点のデータはこのように取れていますが歪みに影響を与えるパラメータが多くて 2dB~3dB 位は簡単に変化します例えばリニアエキサイタなどの同調バリコンに位置によって変わりますしドライブ電力や出力電力によっても変化します歪みが打ち消しあうのかバリコンの位置で 3 次歪みが -50dB 位になることもあります現実的にはいちいち歪みの良い点を見ながら同調バリコンを調整するわけにもゆかないのでこの程度の結果としますキャリアで 120W 出力付近で最大出力に調整した場合が最良でした 2-tone で最大に調整した時は若干に IMD の低下がありました ALC が無いために波形の頭がつぶれ電力指示が大きくなったためと推定されます ALC をかければ改善されると考えます真空管のアンプの良いところは高次歪みが少ないところです 7

6. その他の変更実験など 1) やっと端材で作った木枠ができましたのでセットしました少しまとまったので整理し易そうです端材なので角材にしても寸法が違っていたりしてつじつま合わせが多く見た目よりも時間がかかっています 2) 電源のフィルタコンデンサの容量によるとも思いますが AC の突入電流が大きく AC プラグの端が溶けたりしました ( 電源 SW を配線する前にプラグで on/off

8 6. その他の変更実験など 1) やっと端材で作った木枠ができましたのでセットしました少しまとまったので整理し易そうです端材なので角材にしても寸法が違っていたりしてつじつま合わせが多く見た目よりも時間がかかっています 2) 電源のフィルタコンデンサの容量によるとも思いますが AC の突入電流が大きく AC プラグの端が溶けたりしました ( 電源 SW を配線する前にプラグで on/off していました ) それを防止すべく AC ラインにサーミスタを入れてみましたどんな規格のものを使用すればいいのか皆目見当がつかないのでさしあたって初期抵抗 8Ω のものを使ってみました ( 石塚電子 8D-11) 8Ω なので初期電流は 100V では 12.5A 以上は流れない計算となります AC に直列に可動鉄片型の電流計を入れて長い時間間隔 (10 分以上 ) で電源を投入しますとその瞬間サーミスタが無い時は 30AF.S. のメータが振り切れますがサーミスタを入れると 15A 程度まで抑えられますメータでの測定は目安ですが効果はあります電圧変動はあります SSB 等でほとんど電力を使っていない時からフルパワーを出力しますと瞬間に 3V 程度 AC 電圧が下がりました数秒で戻りますピークでどの位の電圧降下があるかわかりません初期抵抗 5Ω のものでも良かったと思われますやはり本当はリレーなどでショートするのが良いようです性質上部品が熱くなります電流を流している時は触っていられない位に熱くなります発熱している為に抵抗が小さくなっている訳でこれをファンの風が当たるようなところに配置すると特性が変化してしまいます 3) ベース電流がちょっと少ないのでサプレッサグリッド (G3) に電圧をかけてみました電池で +25V かけました結果はベース電流 8mA=>10mA に増加パワーが 1% 程度増加 IMD は 1dB 位悪化もっともこれは動作点が変化したからかもしれませんそれ以上追及せずに結局元に戻しました 8

9 7. 感想その他 1) 以前 HamRaio の記事を見て面白そうだなと思って機会があったら実験したいなと思っていました日本では知る限りデータが無く海外の検索でも S.C.D の単語や動作要項はあるのですが実際に実験しての評価がほとんどみつかりませんでしたしかし今回の実験ではあまり良い結果は得られませんでした私の方法がどこか悪いところがあったのでしょうか 2)IMD の測定は結構面倒でしたちゃんとした測定器があればよいのですがこちらは古いジャン測基本的にはスペアナ, オシロ, パワー計および 2-tone 発生器です校正等は全くしていませんいちいち 1-tone ( キャリア ) で所定のパワーを出力しオシロで振幅を測定し 2-tone に切り替えて 1-tone と同じ振幅になるように 2-tone のゲインを調整しますその後スペアナで歪みを測定しますが古いアナログスペアナなので見ているそばから周波数がドリフトして画面の端に波形が移動してゆきます写真撮影はスペアナのストレージ機能を使用して波形を固定しますが輝度と残像の調整がむつかしくちょっと油断をするとハレーションを起こします測定中に設定を間違えたり同じデータを 2 度取ってしまったり回路を変えてまた戻して測定するとなぜかデータが違ったりします私の未熟のなせる所です前出の 10 枚の写真を撮るのに半日かかっています 3) 真空管のアンプでは一般的に出力同調回路があってその調整で IMD が変わったりしますただ実際の音声の運用ではおそらく IMD の数 db の変化はわからないのではないかとも思います 4) 出力の同調を正しい状態にするには位相と振幅を検出してその関係で同調位置を決める方法が良いのではないかと考えますすなわちオートチューン等で行っている方法です真空管のアンプでオートチューン +NFB という方式が今の所一番良い方法と思われます 5) 半導体で広帯域のアンプ等を使用し無調整化すれば比較的安定な IMD の状態を維持できると思われます 6) ちょっと話がずれますが最近半導体アンプでプリディストーションという方法ですごく良好な IMD を実現している技術もあります ( 資料 4) まだプロの領域でのようでアマでは特に自作ではもう少し先のような感じがしますが ( アマチュアに需要があれば ) そのうちどこかのメーカーで採用するのでは 7)JR1KQU 局が S.C.D を使用されています AM なので IMD はあまり重要ではないようですがベース電流が少ないのとドライブ電力が余っているためと聞いたような気がします ( 資料 3) 8)IMD にかかわると苦労します何かの条件で数 db 位は簡単に悪化しますが数 db 良くするのは大変です 9) 今回は実験しませんでしたが時間があれば NFB もかけてみたいと思います 10)IMD に関して球の G2 の特性も関係しているのかもしれません 11)G1 を直接フィラメントに接続した測定も行ったのですがゲインが 1 でいくらなんでも使えないと思って即やめてしまいました同じようにデータを取っておけばよかった以上資料 1) Semi- and Super-Cathode-Driven Amplifiers QST July ) Ham Radio Techniques Ham Radio November ) Homepage 4) Homepage 9

Microsoft PowerPoint - MOT.ppt

Microsoft PowerPoint - MOT.ppt 電子レンジ用電源トランスの再利用 2013.02.22 JA1VCW 1. ことのはじまり電子レンジがこわれたのでトランスを取り出しましたレンジは 1994 年製と書いてあります使えるものなら使いたいと考えていたずらしました出力 500W の電子レンジですパワーは十分あるような感じです外観は次のように観察されます 1)100V の 1 次コイルの巻線がとても太い巻数も比較的少ない気がします