ＰＣＬ８４（１５ＤＱ８）ＵＬプッシュプルミニアンプ
昨年秋（２００６年１１月）より音響用トランスの設計および試作を見よう見まねで始め、幾つものトランスを 巻いているうちに、少しづつですがそれなりに特性のしっかりしたトランスを巻くことが出来るようになって きました。今回はミニギターアンプの自作用にと思って巻いたＥＩ−４１（積厚２０ｍｍ）の小さな出力トランスの 特性が非常に良いものでしたので、ステレオアンプ用に設計変更を加えて何かミニアンプを作ってみることに しました。
前作のＰＣＬ８４プッシュプル ミニアンプはコンパクトさと性能において、まずまず満足できた私のお気に入りでしたが、付き合いが長く なるうちに不満点が出てきました。そこで本機は前作の改良版として、更なる小型化、高性能化を追求しました。
ＰＣＬ８４（１５ＤＱ８）という球は、つくづくミニアンプに適した球だと私は思います。本機のような二段構成 ですと通常は利得が足らずに充分なＮＦＢが掛けられないことが多いのですが、この球はバイアス電圧が低い 出力用の５極部と、μが６０と適度に高い三極部が絶妙の組み合わせで、二段構成にも関わらず掛けようと思えば、 ２０ｄＢにもおよぶＮＦＢを掛けるだけの利得の余裕があります。このように２段構成で充分に利得が取れる 三極五極複合管には他に６ＧＮ８、６ＧＷ８などがありますが、出力用５極部の規模が少し大きくなります。
前作では出力トランスのＫＮＦ巻線が３２Ωと高めであったことと、ＫＮＦ巻線のＦ特が二次巻線と比較して 若干悪かったことから、バイアスが非常に浅いＰＣＬ８４の５極部との組み合わせではＫＮＦが約１１ｄＢと深く 掛かり過ぎて、ＫＮＦを掛けた時点で高域Ｆ特の乱れを生じてしまいました。そしてＫＮＦに利得を取られオーバ ーオールＮＦＢに廻す利得が充分に残らないということになってしまいました。これは、そもそもＥＬ９５、 ６ＡＱ５等のｇｍがさほど高くない小型多極管を想定した仕様を出力トランスに自分で与えておいて、はるかに ｇｍが高い球を起用した私の天邪鬼さ加減が招いた事態でした。
多極管を出力管に選択する場合、ギターアンプは別として、ダンピング不足を解消するためにＮＦＢをどのように 活用するのかということが常に問題となります。本機においても前作と同様に、全てオーバーオールＮＦＢに 頼るのではなく、極部帰還（カソード帰還）を併用して系の安定を図ることとし、加えてＵＬ接続（これも一種の 局部帰還と言えます）としました。二次巻線とは別にＫＮＦ巻線を設けると、二次巻線と同等の特性を得ることが 難しいため、ＫＮＦは二次巻線から掛けることにしインピーダンスも前回の半分の１６Ωとしました。これで、 ＫＮＦを掛けたときの特性は前回より良いものが得られ、オーバーオールＮＦＢに廻す利得が増えるという 目論見です。さて、上手く行くかな？
後ろから
回路図
前作ミニアンプの改良版ということで、基本構成、特に初段の回路は全く同じです。出力段は前述のように 自作の出力トランスを使用したＵＬ接続とし、ＫＮＦは二次巻線から掛けることにしました。二次巻線からＫＮＦを 掛けるため、前作のように自己バイアスにするとスピーカー端子に直流電位が発生するので、固定バイアスに 変更しました。（別に直流電位があっても大きな問題は無いんですけど、ちょっと気持ち悪いので。）そして ＵＬ接続による出力低下を補うためプレート電圧を若干高めに設定しました。
アイドリング電流については、ちょっとずぼらして電流検出用の抵抗を設けず、出力トランスの二次巻線の ＤＣＲ（０−４Ω間、４ー１６Ω間が約０．４Ω）を利用して調整しています。巻線抵抗を利用すると温度によって 抵抗値が変化する（温まると抵抗が高くなる）のですが、アイドリング電流、ＤＣバランスの調整において実用上 特に問題はありませんでした。
前作のミニアンプよりも更なるミニを目指すということから、電源トランスもネジ穴が開いているコアとしては 最小の部類であるＥＩ−６８という関東系のコアを使用して自分で巻きました。ＥＩ−６８は、ＪＩＳ規格に 準拠したＥＩ−６６（ＳＡ−４Ｆ）コアに似た寸法ですが、ロス有りの巻窓が大きいタイプです。積厚は 出力トランスケースの高さに合わせて４９ｍｍとのっぽ型（提灯型）にして容量を確保しました。Ｂ電源用巻線は 電線が細いと少々巻き難いので、倍電圧整流仕様としました。バイアス用の負電源はヒーター巻線を利用して、 巻線の数を最小限にしています。
本機は富士シャーシのＮｏ．３７（フタ無し、１６０ｍｍ×１００ｍｍ×Ｈ５０ｍｍ）という弁当箱シャーシを 使用しました。部品がギリギリ載るくらいの小さなものです。今回のお遊びとしてシャーシに紫色の アルマイト染色をしてみました。＠３８０円のシャーシの為に何とも馬鹿げている ような出費（加工傷を取ってもらってヘアーライン処理の上にアルマイト染色で、税抜き１万円也）ですが、 入魂の一作にはこれくらいのお化粧をしても良いのではないかと思います。（単に塗装が下手なだけなんです けどね．．．）
電源トランスは黒塗りの伏形の上下カバーを取り付け、コア側面はスプレー塗装でマルーン色に塗りました。 出力トランスにもお化粧をということで、関東変圧器材で販売しているカットコアー用角型ケースの一番小さいもの に入れました。この角型ケースはもともと半田封止用なので、側面からネジで止める加工をし、これも電源トランス と同じ色に塗りました。ケースの加工は自分で行いましたが、関東変圧器材さんに頼めば加工も引き受けてもらえる ようです。（個別に図面を書けば見積りをしてくれます。）
ＯＰＴケースを外したところ
本機で使用したトランスの詳細はこちらでご紹介しています。
塗装前のケースとＯＰＴ
以下に本機の部品表を挙げます。部品代がわからなくなってしまった部品もあるので参考程度とお考え下さい。 トランスは全て自作ですので、一個当りの大雑把な材料費を入れました。トランスの材料は少量の購買が難しいので トランス一台分だけを作ろうとしたらもっともっと高くついてしまいますが、一応の目安とお考え下さい。
はらわた
今回も部品実装は蛇の目基板を活用しています。本機では殆どの部品が基板に載っていますから、恐らく誰が 作っても再現性のあるアンプと言えるのではないかと思います。
続はらわた
測定データ
オーバーオールＮＦＢを掛ける前の測定データです。（ＫＮＦは掛かった状態です。）
| ダンピングファクタ | Ｌｃｈ | ２．３８（１Ｖ → １．４２１Ｖ） |
| （８Ω負荷、１ｋＨｚ、１Ｖ） | Ｒｃｈ | ２．２２（１Ｖ → １．４５１Ｖ） |
| 利得（at １ｋＨｚ） | Ｌｃｈ | ２７．６４ｄＢ（ＫＮＦ＝６．８ｄＢ） |
| Ｒｃｈ | ２７．３１ｄＢ（ＫＮＦ＝６．６ｄＢ） | |
| 残留ノイズ | Ｌｃｈ | ０．４４１Ｖ（１０〜３００ＫＨｚ） |
| （８Ω負荷、ＶＲ最小） | ６２．７７μＶ（ＩＥＣ−Ａ） | |
| Ｒｃｈ | ０．９６８Ｖ（１０〜３００ＫＨｚ） | |
| １９７．６μＶ（ＩＥＣ−Ａ) |
目論見通りＫＮＦは前作の約１１ｄＢから６ｄＢ後半になり、その分はオーバーオールＮＦＢに廻すことが できます。ＵＬ接続のおかげでカソード帰還量が減ったにも関わらず無帰還時のダンピングファクターは ほぼ変わらない結果となりました。ちなみにＫＮＦをかける前のダンピングファクターはＲｃｈが０．６３１、 Ｌｃｈが０．６４３でした。ＵＬ接続の効果がバッチリ表れていますね。
仕上がり状態の測定データです。
| 最大出力 | Ｌｃｈ（１００Ｈｚ） | ２．２Ｗ |
| （８Ω、１％ＴＨＤ） | （１ｋＨｚ） | ２．３Ｗ |
| （１０ｋＨｚ） | ２．２Ｗ | |
| Ｒｃｈ（１００Ｈｚ） | ２．３Ｗ | |
| （１ｋＨｚ） | ２．４Ｗ | |
| （１０ｋＨｚ） | ２．４Ｗ | |
| 周波数特性 | Ｌｃｈ（−３ｄＢ） | ６．１５Ｈｚ |
| （１Ｖ、８Ω負荷、１ｋＨｚ基準） | （−３ｄＢ） | ２６８．５ｋＨｚ |
| Ｒｃｈ（−３ｄＢ） | ６．３８Ｈｚ | |
| （−３ｄＢ） | ２５５．２ｋＨｚ | |
| 最低雑音歪率 | Ｌｃｈ（１００Ｈｚ） | ０．０５３６％（０．１Ｗ） |
| （８Ω負荷、１０−３００ｋＨｚ） | （１ｋＨｚ） | ０．０３１６％（０．２Ｗ） |
| （１０ｋＨｚ） | ０．０３９１％（０．１５Ｗ） | |
| Ｒｃｈ（１００Ｈｚ） | ０．０２８６％（０．２Ｗ） | |
| （１ｋＨｚ） | ０．０２８３％（０．３Ｗ） | |
| （１０ｋＨｚ） | ０．０５０６％（０．０７Ｗ） | |
| ダンピングファクタ | Ｌｃｈ |
１４．４９（１Ｖ → １．０６９Ｖ） |
| （８Ω負荷、１ｋＨｚ、１Ｖ） | Ｒｃｈ | １３．７０（１Ｖ → １．０７３Ｖ） |
| 仕上り利得 | Ｌｃｈ | １４．７０ｄＢ（ＮＦＢ＝１２．９３ｄＢ） |
| Ｒｃｈ | １４．４９ｄＢ（ＮＦＢ＝１２．８２ｄＢ） | |
| クロストーク | Ｌch → Ｒch | −７２．５８ｄＢ（２０kＨｚ） |
| （２０〜２０ｋＨｚ） | Ｒch → Ｌch | −７２．２６ｄＢ（６３Ｈｚ） |
| 残留ノイズ | Ｌｃｈ | １５９．９μＶ（１０〜３００ＫＨｚ） |
| （８Ω負荷、ＶＲ最小） | ２９．８０μＶ（ＩＥＣ−Ａ） | |
| Ｒｃｈ | ２１６．６μＶ（１０〜３００ＫＨｚ） | |
| ４５．２９μＶ（ＩＥＣ−Ａ） | ||
| 消費電力 | 無信号時 | ４４．０Ｗ（１００Ｖ、０．４９Ａ） |
仕上がり状態の測定結果をグラフにしたものを以下に列挙します。
７ｄＢ弱のＫＮＦが掛かった状態で全く暴れの無いＦ特が得られました。怖いほど目論見通りです。 さらに１３ｄＢ弱のオーバーオールＮＦＢが掛かるとさすがに若干のピークが現れましたが、これくらいで 済めば上出来でしょう。軽い微分補償を施して仕上げとしました。
超小型の出力トランスを使うということで、今回はあえて出力レベル別のＦ特を取ってみました。 巻線の素性は良い出力トランスだと思いますが、ＥＩ−４１の積厚２０ｍｍと非常にボリュームの小さいコアです から、低域においてはさすがに厳しい結果が出ています。２Ｗの出力だと４０Ｈｚくらいで飽和していますが、 ミニアンプにそもそも重低音は望めませんので、まあこんなものでしょう。ガンガン鳴らしてみても、歪みは しますが、コアの飽和による音質の変化は私の駄耳では判りませんし。
最大出力は２Ｗ強のミニアンプです。今回はオーバーオールＮＦＢが充分掛かっていますので低歪率と言える レベルまで歪率は改善しました。前回は出力トランスにアンバランス電流に強いハイライトコアを使用し ＤＣバランス調整回路を省いたのですが、そのため低域でのインピーダンスが小さくなり、１００Ｈｚでの歪率の 悪化を招きました。今回はコアボリュームが小さいためハイライトコアでは低域特性があまりにも貧相でしたので （最初に巻いたギターアンプ用ＯＰＴはハイライトコアで製作しました）、オリエントコアに変更しＤＣバランス 調整回路を設けました。その結果、１００Ｈｚでの歪率は１ｋＨｚと遜色なくなりました。
前作のミニアンプはシンメトリーな配置ではありませんでしたので、クロストークがＬｃｈ→Ｒｃｈのデータと Ｒｃｈ→Ｌｃｈでかなり違う結果となりましたが、今回はシンメトリーに配置できたので、チャンネル間の クロストークが同じような傾向となりました。絶対値も通常サイズのアンプにひけを取らない値が得られましたので 良しとするべきでしょう。６０Ｈｚ、１８０Ｈｚ辺りでピークがありますが、クロストークではなくハムノイズを 測定した結果です。クロストークは、少なくともハムノイズよりも小さいということです。この辺りの周波数では 恐らく−９０ｄＢ以上取れているのではないかと思います。
本機の出力インピーダンスを注入法にて測定しました。上表中のダンピングファクターはＯＮ／ＯＦＦ法で 測定したものですが、注入法ではダンピングファクターはＬｃｈが１５．１６、Ｒｃｈが１４．３８（＠１kＨz）と なります。何故か両者の結果が合わないですね？？？
総括
トータル１９ｄＢを超えるＮＦＢを駆使して、ＰＣＬ８４の潜在能力を前作よりも引き出すことが出来たのでは ないかと思います。シンプルな２段構成で、ダンピングファクターが１４以上も取れる球はなかなか無いと思います。 出力トランスの素直な特性との組み合わせで満足できる性能となりました。
アンプの大きさを決めるキーパーツであるトランスを全て自作したことで、これまでの市販のトランスを選んで 製作したアンプと比べて、大きさにおいて一線を画するものが出来ました。電源トランスは設計上少し無理を しましたので発熱が大きく、その点が反省材料です。もともと２Ｗの出力を狙っていたのですが、それ以上に出力が 出ていますので、Ｂ電圧を下げると良いと思います。が、何とか許容できる範囲かな、と思っています。 市販のトランスから特注トランスへ、そして本機ような自作トランスへと一歩づつ前進って感じです。でも、 さらなる小型化は性能、デザインを考えるとちょっと難しいですけどね。
終段が固定バイアスのアンプは、バイアス電圧の調整次第でトータルのゲインが変化します。そんなことは 考えてみれば当たり前の事なのですが、前作が自己バイアスだったので本機の制作中すっかり失念していました。 本機のようにバイアスが浅い場合は特にゲインの変化が大きいようで、調整次第で全く 別のアンプの様な測定データとなってしまいました。これにはちょっとびっくりしました。
教訓、アイドリング電流は高めに設定しましょう！