| 古典管リニアアンプ 【20211.16】 |
＜８１１Aパラレル２００Wpepリニアアンプ＞ 【2021.1.26】
最近、なんだか古い真空管での遊び熱が再燃してしまって困っています（笑）。
もとはといえば、３７０MTGで戴いた古い真空管が放置されているのを、年末の大掃除で見つけて、なんとか活用できないかと思ったのが発端でした。しかし、それらとじゃれあってるうちに、そういや、昔、若いころに真空管リニアを作ろうと思って、ほっちゃった真空管があったなとフラッシュバックしてきたのです。というのも、同じく部品倉庫に６．３V（CT付）１０Aのヒータトランスが転がっていたのをみて、そういや、これを使って８１１A×２でGGアンプを作ろうと思っていたよな・・・・３KV耐圧のでかい２００PFのバリコンをファインアンテナ研究所で購入したよな・・・・と思い出しました。
その後、何故かその熱は冷めてしまい、高圧VCと８１１Aはオクの藻屑と消えたのでしたが、このヒータトランスだけが忘れられたかのように手元に残っていたというわけです。
６．３V１０Aのヒータトランス
それと、実はいろいろな真空管達で遊んだ実験台（笑）が残っていたので、こいつらを活用して、８１１Aを調達すれば、昔のプランを実行できるじゃないかと思った瞬間に、オクで得体のしれない支那モノの８１１Aを落札していました。なんと、この８１１AはCH-811Aなんて刻印が入っていて、どえらいパチモノ感が満載の代物です。
CH-８１１A外観
昔の支那モノ真空管の常識だと、高圧をかけたら間髪入れずにスパークてなもんでしたから、ま、そうなったらそうなったで仕方がないと思ってあえて安い値段（なんとペアで３ｋ円でした：笑）で購入してみたのです。ただし、このところ、支那１５３０とか支那４７３２とか、パチモノを仕入れていますが、いずれも動作している僥倖にあっているので、もしかしたら、こいつも動くかもしれません（大笑）そういう期待を込めて、落札しました。
ちなみに、手持ちのRCAのTransmitting Tube ManualからEp-IP特性を抜粋しておきます。Vg＝０V以下では如何にしてもIpが流れない純粋のBクラス管です。こいつはGKでやるなら、Bクラスプッシュプルになってしまい、出力整合/中和回路が面倒で、必然的にそれらが簡単なZ級というかGGでの利用が一番合理的です。
８１１AのEp-Ip特性曲線
で、８１１Aが来たので早速いじり始めました。マウントするのはそんなにむつかしくなく、シールドなんてまったく考えずに真空管は横置き配置です。以下のような写真で考えていました。この時はGKも視野に入れていたので、余計な部品（入力同調回路用のVCやバイアス用VRとか）が置いてありますが、その後、GGに変更した（というか本来の使い方に戻した）ので、これらは使っていません。
配置図
GKでの動作に関しては、また、別途、稿を起こすとして、まずはGGの動作を見ていきましょう。８１１Aは直熱管ですから、ヒータチョークが必要になって、これがちょっと面倒です。まずは、回路図ですが、これは一般的なGG回路そのままです。入力にLPFを置いて整合を取った典型的なGGアンプです。SSBハンドブックに８１１Aパラレルリニアの記事を書いた田村さんによると、B級PPの出力インピーダンスは９ｋΩくらいなので、B級パラレルなら、その１/４の２２００Ωくらいというので、πネットワークの定数を計算してあります。
回路図
定数は７MHｚ用
回路図はなんの変哲もないもので、だれが書いてもこうなるはずです。ここでは、VCの耐圧がちょっと気になります。以前のものはTS520からサルベージされた？と思しき２００PF程度のVCでたぶん１ｋV耐圧のものでしたが、８１１Aではちょっとアノード電圧を高くしたいので、少しエアギャップの広い（といってもせいぜい耐圧１．５KVが限度でしょう）ものに変えています。それ以外は、JH8SSTさんご推薦のフロービスの丸メータを使っています。２００ｍAまでしかないので、もしかすると電流レンジが足らないかもしれませんが、フロービスのメータにはこれが上限なので、なんとか騙しだまし使ってみることとします。
フロービスの丸メータ
↓は、GGとして配線し終わって、フィラメント点灯した様子を写してみました。トリウムタングステンフィラメントはオレンジ色に煌々と輝いて綺麗なのですが、写真だと「見た目」より少し高温寄りに写りますね。でも、いい感じの発光で気に入ってしまいました。フィラメントチョークは、そこらに転がっていた中波用バーアンテナに１ｍｍφのエナメル線を２５回×２で巻いてあり、実測すると３５μH程度でした。７MHｚで２５０Ωくらいのインダクタンスですが、インピーダンスの低いフィラメントをRF的に分離するには十分となります。ただ、たまたま手持ちのECU線は１ｍｍφしかなくて、８１１A×２の８Aも流すにはちょっと心もとないです。２ｍｍφがあればもっと長いバーアンテナで巻く方が理想的ですが、現状、フィラメント電圧低下も０．３Vくらいなので、ギリセーフかと思っています。
最終配置図と点灯状況
なお、以前にも書きましたが、この「実験台」の寸法は２００×３００ｍｍで、４面の側板も定寸法の切り出し材をLアングルとともに設置できるようになっています。実験後に気に入ったら、周りをケースのごとく覆ってしまうことが可能です。上面はパンチングメタル材にして、フィラメント光のを拝めるようにするか、あるいは前面パネルに「明かり取り窓」を設けるか、いろいろ楽しい妄想にふけることができます（笑）。
最初は、このようなバラック造りでおまけにシールドも無しでは、動作が安定しない可能性も高いなと思っていたのですが、ここで１２DQ6Bを使って実験したときも、ゲインの高いビーム管のGK回路で大丈夫だったのだから、低利得のGGならまったく問題なかろうと高をくくったのですが、思惑通り問題はありませんでした。
さて、いつものごとくIMD３と波形について書いておきます。
いきなり動作電圧は現状のマックスまであげてしまいます。動作パラメータは
周波数： ７MHｚ １４MHｚ
Va：１０００V（９００V）
Ia：無信号時４０ｍA（二本） ２００WPEP時１８０ｍA
効率：６２％
利得 １０．５ｄB
以下、７MHｚと１４MHｚの時間波形とIMD３です。いずれもPEP200W時の値です。
７ＭＨｚ ２-トーン波形
７Ｍｈｚ スペクトラム
14ＭＨｚ ２-トーン波形
１４Ｍｈｚ スペクトラム
これを見ると、７MHｚではIMD3は３７ｄB、１４MHｚでは３３ｄBとなりかなりいい結果を得ています。効率を考えると、上出来でしょう。むかしから８１１Aはリニアリティがいいと言われていましたが、本当にそのようですね。GGの定番になったのもうなずけます。回路が簡単で特性がよければ言うことなしでしょう。
実は、８１１A×２としては、このあたりは序の口の特性であって、この感じだとPEP250～３００Wくらいまでは余裕で行けると思っています。真空管のプレート損失と効率を考えれば、まったくもって大丈夫でしょう。なので、思わずプレート電圧をもう少し（２００～３００V）上げて、さらにリニアな特性を期待したいのですが、そうなると、いままでぎりぎりだったプレート側のVCの耐圧が危ないでしょう、なので後ろ髪は引かれるのですが、目標を（楽々）クリアしたこともありで、このままの電圧で行くことにします。
CH-811Aなる支那モノ真空管でしたが、供給元によると特性選別をしていて、「昔のパチモンと違って意外と丈夫だ」とのことでしたが、もしかするとその言を信じていいのかもしれません。３K円/ペアがたいへんお買い得だったということですかね。実はスペアでもう一組落札しましたが、今度は４Ｋ円でした（特性は揃っているそうです：笑）。
＜３Ｃ２４でリニアアンプにトライ＞ 【2021.1.31】
先の８１１Aのアンプに没入する前に弄っていたのが、この３C24という通称「吊るし柿」と呼ばれる面白い形状の真空管です。これは、数年前の５０．３７０懇親会で頂いたもので、ずっと死蔵されていました。なんとか、使ってあげたいと思ってはみるものの、「どういう風に生かすのか？」という点が定まらずで二の足を踏んでいました。当時は７MHｚのＡＭ送信機あたりかなぁ？でしたが、人のやってないことが好きなＰＷＺなので、こいつでリニアアンプってできないの？ひねくれたことにチャレンジすることにしました。
３C24の外観図
なんとも変な形だが妙にわいらしい
形状的にには、極めて「かわいらしい」ので、なんとか実機に仕上げたいと思うのはやまやまですが、どうも、この真空管のRFでの応用事例がネット上には見当たらなくて、「どうすりゃ動くのだろう状態」から脱しないといけません。ネットでは殆どがオーディオアンプへの応用で、その出力は３～７Wがせいぜいで、ほぼ例外無くグリッドをプラスに振った、A2級アンプがデファクトのようです。RFでA2というのはどのようにやればいいのか、あまり想像が付かなかったので、まずは、規格表を見ることから始めます。
３Ｃ２４のＶｐ－Ｉｐ特性曲線
上図は３C24のVp-Ip特性です。これを見ると、確かにグリッドをプラスに振り込まないと、まともに動かない様子が解ります。但し、グリッドマイナス領域（AB1級）でもプレート電圧を上げれば、なんとか動く領域もあるかもしれませんが、極めて限られた狭い領域です。
オーディオでは、Vｐを３００～４００Ｖ、Ｖｇを１５～２０Ｖでグリッドをプラス領域で動かしているようです。６０～７０ｍＡくらいＩｐを流して負荷インピーダンスは３．５ｋΩ内外というところですね。最初は、オーディオのＡ２級動作をＲＦに対応させていいのか、ピンと来なかったので、まずは狭い領域でもいいからAB1級で動かすことを企みます。下図はVg-Ip特性を取得している状況です。左下のDVMはVg、右下のDVMはVp、その横のちらりと見えるテスタでＩｐを測ります。
Ｖｇ-Ｉｐ特性測定の様子
最初は、おそるおそる電圧を掛けて行ったのですが、この球はプレート電圧の最大値は１５００Ｖとか掛けられますので、いまの実験室にある電源でＶｐ＝５００Ｖ近辺と１０００Ｖ近辺でＶｇ－Ｉｐ特性を取ってみます。
Ｖｇ－Ｉｐ特性
これをみると、Vp＝565VではVgの範囲が狭くVg＝-10Vくらいで±10Vくらいの振幅の入力信号であればAB1クラスになります。Vp＝1000VだとVgは-2５V±１５VくらいがAB1領域でしょうか？いずれにしてもかなり使える電圧範囲は限られます。このあたりになると、さぁ、どんな回路で作ろうかと考え出すのですが、まずは、パラレルで中和付きのGKタイプでやってみます。GGにすると、こいつのｇｍは２５００µ℧しかないので、パラ接続ではとってもゲインが取れません。ゲインが欲しいので、ＡＢ１なら必然的にＧＫになります。ということで、下記のような回路図を考えてみます。
π-Ｌ回路のプレート側ＶＣの容量は１００ＰＦの間違いです。
回路図
この回路は、当初、ＡＢ１動作時の負荷インピーダンスがパラレルでも８～１０ｋΩになりそうだったので、出力整合はπ-Ｌ型にしています。周波数はとりあえず７ＭＨｚです。入力側はトロイダルコアにバイファイラに巻いたトランスで、Ｃｐｇによるグリッドに発生するフィードバック電圧を打ち消すために、プレートから中和コンデンサ（ここでは２０ｐＦ）で出力信号をフィードし、グリッドに逆相に咥えることで、先のCpgによるフィードバック電圧を打ち消す動作をします。これが三極管をＲＦに用いるための基本的なテクである「中和」の動作になります。この中和回路はうまく動作するのはいいのですが、コイルで共振したドライブ電圧の半分しか、グリッドに供給されません。この－６ｄＢの利得減少はけっこう「イタイ」のですが、ま、今回は実験ですから、ドライブが足りなければ、前段のパワーを増せばいいや・・・で片づけてしまいます（笑）。
バイアス回路はＡＢ１クラスの単なるマイナスの電圧生成回路と、後にＲＦでもＡ２級で動かす場合のプラス電圧の供給回路を切り替えて使っています。まずはＡＢ１の方を使います。
実は、特性図に見るように２本の球にばらつきがあったので、最初はバイアス用のＶＲは２個で独立してそれぞれの球にグリッド抵抗２０ｋΩを介して供給し、グリッドには、バイフィラートランスからＣ結合で信号供給をしていました。その後、Ａ２級ではそんな形ではプラス領域までバイアス電圧を維持できず（なにせ、バイアス「電流」を流さないといけない）に、トランスの中点から電流をグリッドに「流し込む」ようにした名残りで、ＡＢ１級でさえも球毎のバイアス調整はしないことにしました。この程度のばらつきなら、問題ないと判断したのです。
数年前のハムフェアで釣り上げたＶＣ
ギャップは１ｍｍ以上はありそう
さて、では実際に組んでいくことにしましょう。プレート側ＶＣはジャンク箱の隅に眠っていたもので、ギャップ間隔１．２ｍｍくらいのものです。１ｋＶ以上の耐圧がありそうです。次に下の写真のように並べてみます。
配置してみる
まさにＪＨ８ＳＳＴさんのいうところのマンハッタン工法で作ってみます。基台はあまり大きくないので、１．６ｍｍ厚の両面ガラエポ基板にＬアングルで強度補強をしています。これでも、十分な剛性が得られており、実験には差支えがないと思います。回路図ではメータが書いてありますが、ここではアナログテスターの２５０ｍAレンジで代用しています。また、この時点では、バイアス調整用VRは２個独立に実装していました。
下の写真が配線を終えてヒータ点灯したところです。
配線後のヒータ点灯風景
トリエーテット タングステン フィラメントはオレンジ色に輝きますが、この写真の見た目ほど華やかではありません。写真だと高温寄りに写っていますね。
コイルはエアダックスコイルとT-80＃６なんていう大きなトロイダルコアを使っていますが、トロイダルコアはこれほどの容量は要りません。T-50＃6で十分です。プレートチョークコイルは日米電子に２５０円/個で放出されていたＨＦ用新品を使ってみました。インダクタンスは約５００µＨでした。一応、共振周波数を見てみると、しっかり２８MHｚに共振点がありました。これが原因ではじかれていたロットが安く放出されたのでしょう。最初に見たときは５０本くらいあったのですが、いつの間にか無くなっているところを見ると、私のような好事家が買い込んだのでしょう。くれぐれも２８ＭＨｚで使わないでください。パワーを入れると焼き芋になるかもしれません（大笑）。
３Ｃ２４のプレートキャップはＦＡＫＥです。銅板をプレートの芯が固定できるように加工して、それを隠すために、オクで仕入れたＴＳ５２０用のプレートチョークについていたキャップとパラスティックサプレッサ（１００Ωソリッド抵抗と４ターンコイル）をちゃっかり流用しました。入力側のトランスはバイフィラーに巻いた同調回路（中和用タップあり）にリンクコイルを４ターン巻いて５０Ωに整合させています。
ＡＢ１級動作
上図はこうしたセットアップの仲でのＡＢ１級でのＩＭＤ３が－３０ｄＢにおける最大出力振幅（５０Ω）です。なな・・・なんと５２．５Ｖｐ－ｐ＠５０Ωです。１０００Ｖ近いのプレート電圧を供給して、たったの６，９Ｗｐｅｐです。実効出力なら３．５Ｗそこそこです。これは２本の値です。念のため、測定値を書いておくと、Ｖｇ＝－２２Ｖ、Ｖｐ＝９４５Ｖ、Ｉｐ＝５０ｍＡ（２５ｍＡ×２）、効率＝７％、電圧利得＝８．５ｄＢといったところでした。これではまったく使い物になる値ではありませんね。しかし、もともと、ＡＢ１級動作は、この球の尤も不得意とする動作（８１１Ａほどでは無いにせよ）なので、Ｖｐ－Ｉｐカーブを見れば、あらかじめ予想されていた動作ではあります。もちろん、Ｖｐが３００～４００Ｖとかいう領域では、ＡＢ１級ではまったく出力が出てきません。
ということで、ＡＢ１級の動作はあきらめてＢ級に近い動作でグリッドをプラス領域まで振り込んでやります。回路図で、バイアス回路をＡ２級の方につなぎ直します。なお、この場合の電源は、出力電圧を連続可変できる電源としました。これで、バイアスを１．５Ｖまで振り込んでやります。そうすると、ＩＭＤ３は２７．５ｄＢと良好ではないですが、５０Ω端で１０６．５Ｖｐ－ｐが得られました。
Ｂクラス動作
何気に電圧レンジが大きすぎて、波形が小さい（笑）
上記の歪の様子
Ｂクラスらしくクロスオーバ歪が多く、波形的にはまったくＮｏ Ｔｈａｎｋ Ｙｏｕ ですが、電圧振幅は先のＡＢ１級に比べて２倍程度になり、一気に２８Ｗｐｅｐということになります。動作条件はＶｇ＝１．５Ｖ、Ｖｐ＝４８２Ｖ、Ｉｐ＝１１０ｍＡ、効率＝２７％、電圧利得＝１０，１ｄＢという結果になりました。電流を流すので、プレート電圧は大幅に下げてあります。しかし、これでも、まともに使える状況ではありませんね。
ということで、いよいよグリッドを深くプラス領域に振り込んで、Ａクラスに移行します。通常はグリッド電流を流さないで定プレート電流な動作をＡ級と呼びますが（オーディオでは殆どこの動作）、３Ｃ２４や、８０５みたいなグリッドをプラス領域で（すなわちグリッド電流がたっぷり流れる）のＡクラス動作はＡ２級と呼ぶようです。無線と実験誌では、８１１Ａを始めとした古い送信管をＡ２級動作でドライブするのが流行ったことがあります。８１１Ａなんかトッププレートを排してオーディオ用にµも落とした「なんじゃらほい８１１」が支那製でありますね。なんでもアリです。
おっと脱線です。ＲＦでの３Ｃ２４の動作の本命のＡ２級に設定してみましょう。
Ａ２クラス動作
何気に電圧レンジが大きすぎて、波形が小さい（笑）
上図は、Ａ２級で最適点を探った結果です。１１６．５Ｖｐ－ｐで３４Ｗｐｅｐが、下記に示すようにＩＭＤ３＝－３３ｄＢで得られました。このあたりになると、なんとか使える下限かもしれませんね。動作条件はＶｇ＝１４．３Ｖ、Ｖｐ＝４８０Ｖ、Ｉｐ＝１２０ｍＡ、効率＝２９％、電圧利得＝９．５ｄＢというところです。まだ、プレート損失の最大定格の２本で５０Ｗには余裕がある（二本で４０Ｗ）ので、もう少し無理をさせてもいいかもしれませんが、いかんせん利得が低いので、あまり積極的にこれを使おうという気になれません。
上記の歪の様子
これは、中和の逆位相電圧生成用する必要があるので、グリッド同調回路の信号電圧の１/２しか使っていなくて、みすみす６ｄＢのロスが発生するからです。このあたりは、JR3XUH 吉田ＯＭが書いており、なかなかうまい解決法だと大変感心しました。しかし、今回、３Ｃ２４をとことんチューンして使うことを考えてないので、また、もし機会があったら、ＯＭと同等のトライをしてみるかもしれません。今回はこんなところで矛を収めるつもりです。なお、負荷インピーダンスはスペアナとＲＬＢで測ったら、２．５ｋΩ近辺でした。これだと設計時よりかなり下がっていましたが、このあたりの評価も機会があったらということにします。
無念のプッシュプル回路
時間があったらリベンジするか？
最後に、途中でプッシュプルができないかと足掻いた時の写真を載せておきます。プレートバリコンが２連ではないので、パワーをいれた時に差動動作をするのか、不安でしたが、ま、ミクサーとかでは、いままで何度もプッシュプルの出力回路に単連のキャパシタを使っていい結果を得てきたので、えいやとやってみました。また、あまり電磁エネルギーが入力側に漏れ出して発振しないように、タンクのＬはトロイダルコアに巻いています。
しかしながら、結果は惨敗でした。ラグ版のあたりに中和用のフィードバックコンデンサがあって、片側のプレートから他方の管のグリッドに「たすき掛け」にフィードバックして中和動作を行わせること（昔の文献に８１１ＡのＢ級プッシュプルの例から採用）を期待しましたが、どうにも出力に現れる通り抜けが抑圧できず、盛大に発振して駄目でした。マンハッタン工法では、このような微妙な動作は予期せぬ回り込みで、安定動作を期待できないのかもしれません。なので、早々にあきらめて、中和が簡単に取れるパラレル動作に戻ってしまいました。
ということで、この辺りで３Ｃ２４と遊んだ顛末を終了したいと思います。