石田 隆
6BM８パラシングル（SATRIドライブ） 2008/1/24
石田 隆
初めに
管球アンプは昔作って以来、久しく遠ざかっていましたが荷物を片付けていると懐かしい球部品が色々と出てきました。そこでこれらの６BM８他の部品のストックを掘り出したことから最近の半導体アンプと比較する上でも久しぶりに球アンプ製作にトライしてみることにしました。
昔はやはり出力優先で回路もプッシュプルが主だったのですが、最近はシングルの方が音が良いという評判になっている？様です。そこで今回は出力段をシングル駆動としてみました。しかし、８ＢＭ８シングルでは流石に自宅の試聴環境ではパワーが少し足りないと思えるので、パラ接続として５W程度の出力を狙うことにします。
アンプの特徴
回路構成は古典回路の焼き直しでは面白くないので、今回はドライブ回路を工夫してみることがテーマです。
ドライブ段は６BM8だと動作例からみて１０V程度でよいはずですから今回は球では無く、半導体でやってみようと思います。半導体でも色々あるのですが、球アンプには最近使い慣れたSATRI-ICを使った例が見あたらないのでこれで試してみることにしました。
SATRI-ICバクーンプロダクツ㈱の作っているハイブリッドICで、低インピーダンス入力、高インピーダンス出力の素子です。電圧増幅としては入力抵抗と出力抵抗の比でゲインが決まります。ゲインを大きくするには入力抵抗を小さくする必要があるので通常のドライブでは入力バッファが必要となります。
今回は増幅をSATRI-ICに任せると６BM８の３極管部が余るのでこれを入力バッファとしてカソードフォロアにすれば丁度全体をうまく使えそうです。
SATRI-ICの電源は別電源で±１５Vを用意するとして、動作点は電圧利用率を上げるためにDCサーボで固定した方が良いと思います。出力をDCサーボで固定するなら折角ですから、出力段とは直結動作にします。
SATRI－ICは半導体回路では無帰還で使うことが多いのですが、球アンプは出力段の歪は比較的多いし、５極管の出力インピーダンスも高いので帰還を掛け性能アップを狙った方がよさそうです。しかし、トランスの２次側からNFを掛けるのはトランスの位相回転の問題が大きいので、優れたアウトプットトランスが必要になることから、1次側（出力管のプレート）から掛ける事にします。そうすれば高域位相回転はグリッドの容量とSATRI-ICの負荷抵抗との1次系になるので、高帰還量でも安定した動作になるのでゲインは大目にとった方が良くなりそうです。
回路説明
回路構成は入力レベル調整のVRを介して６BM8の３極管のカソードフォロア（パラ）に繋ぎます。カソードフォロアの出力インピーダンスは約５００ΩだったのでSATRI-ICの入力抵抗を１．５KΩとし、2本のパラ接続で実質１KΩの計算となります。
SATRI-ICによる出力段のドライブ電圧は１０V程度が必要なのでICには別電源を用意しました。電源はブリッジ整流の後に定電圧の３端子レギュレータをおいた簡単なものです。
SATRI回路の出力ゲインはなるべく高めの方が帰還量が増えて歪は少なくなるので仮に６０ｄBとすると、入力抵抗が１ｋΩですからその１，０００倍の１MΩとなります。丁度これをDCサーボの入力抵抗と兼用すれば素子も削減できて便利です。
この時高域のオープンループカットオフは６BM８の５極管部のグリッド入力容量１０pＦで約１．５ＫＨzになります。
ＤＣサーボのカットオフは１Ｈｚ以下として帰還容量は０．２２μＦにします。サーボ出力は１０ｋΩを介してSATRI-ICの入力に繋ぎます。またここに出力段のプレートからの帰還抵抗も接続されます。
帰還抵抗の値を計算する前に、まずアンプのクローズドループゲインを０．６Ｖでフルパワーが得られるように約２０ｄＢと決めました。アウトプットトランスのインピーダンスが５ｋΩとして、スピーカ端子の８Ωに対する巻き線比は２５：１になります。出力５Ｗ時のスピーカ端子電圧は６．３Ｖですから、出力段のプレートでは１５８Ｖの信号電圧が必要になります。帰還抵抗値は先の入力抵抗値と入力電圧から
1×１５７÷０．６≒２７０（ｋΩ）
とすればよいことになります。
バイアス電圧は２１Ｖぐらい必要ですが、SATRI-ICの基準電圧が－１５Ｖなので、この分が固定分となり、残りを自己バイアスとし、１本毎に２２０Ωをカソードにつけています。バイパスコンデンサは低域の安定度から少し大きいのですが１０００μＦにします。
Ｂ電源は通常のコンデンサーインプットの両波整流です。使用した写真のパワートランスは昔の物の流用なので、今回の用途としては少し小さめでした。追試なさる方は余裕のあるものを購入してください。電流はB電が１本当たり３０ｍＡですからトータル１２０ｍＡ、ヒータは３．１２Ａ必要になります。
特性・性能
動作時の各部電圧は
B電２５４V
プレート（５）２４３V
第２グリッド ２４２Ｖ
カソード（５） ６Ｖ
プレート（３）１８３Ｖ
カソード（３）－１４Ｖ
でした。プレート電流は３０ｍＡ弱ですからプレート損失は６．５Ｗ と定格に入っています。
入力感度は１ｋＨｚ０．７Ｖで５．３Ｗ（ＣＬ）となり、ゲインは１９．４ｄＢでした。ノイズは３．５ｍＶと大目ですが、これはプレートからの帰還を掛けているので電源のハムが乗ってしまったためで、電源のリップル対策をすれば１ｍＶ程度になります。
周波数特性はトランスが安価な割には素直で高域は１２０ｋＨｚ（－３ｄＢ）まで伸び暴れもまったくありません。非常に素直です。
低域は位相の回転が大きいために１２Ｈｚで３ｄＢほどピークが出ていますが不安定な状況ではありません。進み補正をすれば改善できると思いますが特に手は打っていません。
ちなみにプレートからの帰還抵抗を外しグリッドを１０ｋΩでアースに落とすと無帰還動作になり、６０～３０ｋＨｚ（－３ｄＢ）の普通の特性になります。
歪は高帰還の為にかなりよくなっていますが、初段及びトランスが小型のためそこそこです。最大出力までは１％を切っているので実用上は問題にならないでしょう。歪は２次が中心ですが、クリップ際では高次歪となります。
構成
初段は６ＢＭ８の３極管部カソードフォロアのパラ接続で、約５００Ωの低インピーダンス出力とし、各１．５ｋΩの入力抵抗でＳＡＴＲＩ－ＩＣに入力。ＳＡＴＲＩ－ＩＣは正相増幅としてＤＣサーボ入力抵抗を負荷とし、約６０ｄＢのゲインを稼ぐ。
出力段は６ＢＭ８の５極管部をパラ接続として、ＳＡＴＲＩ－ＩＣ部の固定バイアスとカソード抵抗による半自己バイアスとで動作する。アウトプットトランスはパラ接続なので５ｋΩとし、プレート（１次側）からＮＦＢをとる。
電源はＢ電はダイオード整流をパイ型で平滑し、出力。３極管部はＣＲでデカップリング。ＯＰＡＭＰ、ＳＡＴＲＩ－ＩＣ部は別電源で±１５Ｖを用意した。±１５Ｖはバイアス電圧、及び初段のカソード電位にも利用。
6BM８(T)パラ－SATRI-IC(4.3) －6BM8(P)パラ－トランス－８Ω負荷
SATRI-IC(5.1)任意
Opamp（DCサーボ）
仕様
出力 ５W(クリップ４W)
入力 ０．５Ｖ
ゲイン ２０ｄＢ
出力インピーダンス ８Ω
入力インピーダンス １０ｋΩ
入力調節 ボリューム
特性（Ｒｃｈ）
周波数特性 １５～１１０ｋＨｚ（－３ｄＢ）
２５～５０ｋＨｚ（－１ｄＢ）
雑音歪率 ０．１２％（１Ｗ）
０．５ ％（３Ｗ）
ノイズ ３．７ｍＶ
ＳＰ出力ＦＦＴ図（Ｒｃｈ）
０． １２５Ｗ（１Ｖｒｍｓ）１ｋＨｚ出力時