【電子管】Using the Pentode as the Audio Amp. (1)

【AFアンプで五極管を】

introduction
The pentode tube is a vacuum tube created from the improvement of the triode. The pentode is improved high-frequency amplification characteristics and power supply voltage utilization ratio of the triode. In addition, the pentode has a large transconductance, which allows for a large amplification gain.　Therefore, for the same supply voltage, a much higher gain and output voltage can be obtained than with a triode tube.
Triodes are popular in home-built audio amplifiers.　I am also actively using pentodes in my own amplifiers. Of course, I also use triodes! (2024.05.08 de JA9TTT/1 Takahiro Kato)　

【五極管:6AU6】（通測用）
　6AU6（欧州名：EF94）はオーディオ・アンプでは定番の５極管です。プリ・アンプの初段からパワー・アンプのドライバ段まで幅広い用途があります。

　そのままの・・・５極管のまま使えば1段で約200倍（≒46dB）のゲインがあります。　ハイゲインで小信号を一気に増幅できますし、2段も増幅すれば十分なオープン・ループ・ゲインが得られます。従ってNFBアンプを構成すれば深いNFが掛けられ低歪なアンプになります。
　さらにスクリーン・グリッド(g2)とサプレッサ・グリッド(g3)をプレート(p)に結べば増幅率：μ=36の中μ三極管としても便利なものです。

　6AU6はかなり万能に使えるのでオーディオではごく当たり前の五極管になりました。　もともと汎用品なので入手容易で安価なのがメリットでしたが良いものは既に品薄です。

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　真空管に詳しければ6AU6は純然たるオーディオ管でない事はご存知のはず。　もともとFMラジオやTV受像機のI-Fアンプ用（映像中間周波増幅用）でした。　シャープ・カットオフ特性でgmが大きい割に帰還容量Cpgがたいへん小さくて使いやすいため汎用品になったのでしょう。　同じような球にはST管の６C６、メタル/GT管なら6SJ7があってオーディオ・アンプに使われています。しかしmt管の6AU6はスマートなのが大きなメリットです。

　6AU6は7pinのmt管で管内シールドが付いています。写真で見える灰色の円筒は管内シールドなのです。　プレートはその中にあって外からは見えません。従ってシールド付ソケットは必要としませんが振動防止或いは抜け止めにシールド付ソケットを使うメリットは大です。

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　HAMの自作では発振管やミキサ管として愛用されました。VFO発振やそのバッファ・アンプにも最適です。　変調回路のマイク・アンプにも1段で十分なゲインがあるので便利な球です。　帰還容量：Cpgが小さいためRFやI-Fアンプにも使えますがシャープ・カットオフ特性なのでAGCを掛ける用途には向きません。そちらには6BA6や6BD6を使います。この先はオーデイオの話なので「無線」はこれくらいでやめておきます。

【五極管:6267】
　数字管：6267はオーデイオ用に作られた球です。　オーディオ用というよりも微小信号のローノイズ増幅用と言うべきかもしれませんが。欧州名はEF86と言ってヨーロッパ生まれの球です。

　レコード・プレーヤ用プリ・アンプの初段や高級マイク・アンプに使って効果を発揮します。　振動によるマイクロフォニック・ノイズやヒータからの誘導ハムが極力少なくなるよう設計されたスペシャルな球です。　米国系が主流の我国では普及が遅れた経緯があるそうです。

　その後は知れ渡ったためオーディオでは真っ先に目をつけられてしまい、品薄かつ有ればプレミアム付きで取引されるありさまです。　写真に見える￥690-はナショナルがごく普通に供給していた往時の定価であって今どきこんなお値段ではとてもとても。w

　電気的な特性は特別なものではありません。6AU6と似たり寄ったりです。　gmがやや低いためゲインは6AU6の方が得られるようです。三結でも使えますがせっかくの性能が勿体ないかもしれません。　五極管として使い小さな信号をローノイズに一気に増幅すると言った使い方をしたい球です。

　オーディオに好適なので積極的に使いたい球ですが、価格高騰かつ東欧モノを銘柄物にリマークしたニセ・ブランド品が横行してます。目利きのつもりでいても注意が必要になっています。w

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　さて、真空管（五極管）の写真を展示するのがこのBlogの目的ではありません。　少し前に手持ち真空管を調べました。良いものはほんの僅か、だいたいはロクでもない球でした。（笑）　その結果を踏まえて新たに買い求めることなしに手持ちの駄球を工夫しつつ消費して手作りを楽しもうと思っているのです。

　手持ちは写真に登場したオーディオに向いた球ばかりではありません。　もともとHAMが趣味でしたからRF回路（高周波回路）に向いた球が殆どです。　オーディオの用例や使用実績のない球のほうが多いのです。　それらを工夫して使い方を考えながら製作を楽しもうという作戦です。

　そのためには自ら用法を検討しつつ用途開発も必要になるでしょう。　いずれパワーアンプまでと思っていますが、このさき暫くは小信号用の五極管を手始めに様々な球を試してみたいと思います。　自身の実験記録が目的であり、いわゆる銘管や著名球、定番アンプの製作記事は登場する予定がありません。　まずは真空管をテストすることが目的で、おそらくそんな話は興味の対象外でしょう。　決まった形式の球アンプを作りたいのでしたらBlogを眺めてもあまり意味はありません。　例によって早々のお帰りが吉かと思われます。　今日という貴重な1日を大切にされますように。

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【WE-91B Power Amp.】
　趣味のオーディオアンプ製作では五極管はどうも敬遠されているように感じます。　五極管は三結で使われるケースも多いようでちょっと勿体無いと感じています。（笑）

　パワー・アンプの出力管については三極管あるいは五極管やビーム管の三結が良いと思います。しかしドライバ段までなら五極管が十分活用できます。

　回路は五極管をドライバ管に使ったウェスタン・エレクトリック社のパワーアンプWE91Bです。劇場のトーキー再生用パワー・アンプと言われています。　出力管は純三極管のWE300Aまたは300Bですが、そのドライバ管はWE310Aという五極管を使っています。WE310Aは特別設計された長寿命な通信用の球ですが冷静になって見れば6C6のような五極管です。（6C6より管内シールド付きのRCA-77の方が近いかも）　少ない段数で十分なゲインを得てなおかつ低μな出力管：300A/Bを十分ドライブする目的で使われているのです。

　三極管はシンプルさからアマチュアのアンプビルダーにウケるのでしょう。しかし電源電圧利用率が悪くて大振幅を振る必要のあるドライバ・アンプには幾分不利です。回路例が示すようにむしろ五極管が有利なのです。

　手持ちの活用でも三極管ばかり優先せず五極管の良さを活かせるよう考えたいと思っています。　そのためには特性検討とか回路での扱いなど自身にとって未知なる分野では実験が必要だと感じます。　知識に乏しければ実際に使ってみることが理解の助けになるはずです。

【R-C結合増幅器・定数表：6AU6】
　6AU6のような定番の真空管なら各メーカーから具体的な使用法が提供されています。左図は米シルバニア社のデータ・ブックから引用した用例です。

　表の見方は難しくはありません。　左の回路例のように使う場合の部品定数が一覧に纏めてあります。　表は電源電圧：Ebbによる違いで2つに分かれています。Ebb=100VとEbb=250Vです。　電源電圧：Ebbが例示と異なる場合も、どちらか近い方を使えば概ねそのままの定数で使えます。　もし幾らか変更するとしても定数例を基に加減すればうまく行きます。

　該当の真空管は用例のように使えば概ね最適な使い方ができる訳なので定数表はなかなか重宝します。　しかしすべての真空管にこうした便利な一覧表が用意されているわけではありません。

　むかし真空管が全盛だった時代なら、具体的な応用例があるような「オーディオに向いた球」を買い求めそれを使って製作すれば事足りました。　変わった球をあえて無理してまで使う必要もなかったのです。　しかし既にそうした時代ではなく、手持ちにあるものを何とか工夫して有効活用する必要がでてきました。　もちろん似た球を活用するならこうした表は参考にはなりますが、手持ちの別型番の球にはそのままでは使えないのは当たり前でしょう。その球に向いたようにアレンジしなくてはなりません。

参考：左表において：Rb、Rc2、Rcfの単位はMΩです。Rkの単位はΩです。Ib、Ic2の単位はmAです。Ec1、Ec2、Ebは直流の電圧で単位はVです。Esig、Eoutは420HzのAC電圧で単位はVrmsです。Gainは無単位で倍数（V/V)です。Dist.は歪み率をあらわし単位は%です。

【A級アンプ：6AU6】
　真空管の規格表には代表的な動作例が載っています。　ではこうした動作例は役立つのでしょうか？

　答えはYesとも言えますし、No!とも言えるのです。　ただ、R-C結合のアンプに限ればほとんど役立たないと思って間違いありません。

　検証してみましょう。
　左の例からプレート電圧が250Vの例でやってみます。　まず、プレート側からやると：プレート電圧は250Vでこのときプレート電流は7.6mAです。　いま、プレートの負荷抵抗をC-R結合アンプでは常識的な250kΩとします。　するとこの250kΩにおける電圧降下は250kΩx7.6mAとなり、1900Vになります。　従って電源電圧はプレート電圧の250Vに加えて1900Vの合計2150V必要です。　なお、250kΩは14.4W消費しますので安全を見て30W型の抵抗器を選びます。
　もうこの先をやる必要もないと思いますが、スクリーン電圧もこの電源からもらうとすればスクリーンのドロッパ抵抗は(2150-125)/3.0=675kΩとなります。そして675kΩの消費電力は約6Wなので15W型が適当でしょう。

　たかが小信号増幅器の動作に2kV以上の電源電圧が必要で、さらに数10Wが消費可能な大きな抵抗器が必要とあってはまったく非現実的です。このように規格表に出てくるこうした代表動作例はR-C結合のアンプ設計には役立たないのです。　もし代表動作例が役立つとすればトランス結合とかチョーク結合のアンプくらいでしょう。

【Ep-Ip特性：6AU6】
　それでは動作特性曲線のグラフは役に立つのでしょうか？　これで正しく設計ができるなら用例のない未知の真空管も活かせます。

　これも答えはYesともNo!とも言えます。
　試しに電源電圧250Vのとき負荷抵抗が270kΩだとしましょう。　これは常識的な電源電圧と負荷抵抗と言えます。　図にロードライン（負荷線）を引くと赤の線のようになります。　ここから適当と思える動作点を決めて、その点におけるグリッド・バイアス電圧を読取って得れば設計完了のハズなのですが・・・。　それにしてもずいぶんグラフの下の方に張り付いてしまいますね。　細かく読むのは難しいです。

　ところで、対象は五極管なのでスクリーン・グリッド（c2）の動作が問題になります。　このグラフはc2が150Vだとして得た特性図です。　実際にはEc2=150Vと言えば、いま使おうとしているプレート電圧：Epをはるかに超える電圧になってうまくありません。プレート電圧は負荷抵抗によってドロップしているので下がった分だけもっと低いスクリーン電圧で使う必要があります。 五極管の使い方の基本はEp≧Ec2なわけです。EpよりもにEc2の方が大幅に高いのはうまくありません。　Ec2をもっと低くする必要があって、そうなるとこのグラフ自体の前提条件：Ec2=150Vが崩れてしまい図に引かれているすべてのカーブが変わってしまうでしょう。　グラフが違ってしまうのですから先ほど引いたロードラインから動作点は決められません。

　結局のところ、こうしたプレート特性のグラフはあってもR-C結合アンプの設計はできないことになってしまいます。

【Ep-Ip特性：6BX6】
　これは6BX6という五極管の動作特性を実測したものです。
　R-C結合の小信号用アンプに適するようスクリーン・グリッド電圧を35Vとしています。またプレート電流もずっと小さな範囲がわかりやすいように測定しています。　こうした特性図があれば設計も可能になります。

　おいおい使うつもりの球を実測してみたいと思っていますが、ある程度やってみると実はそれほど難しく考えなくても何とかなることがわかってきました。　結局のところプレート負荷抵抗や電源電圧が決まってしまえば、適当とされるスクリーン・グリッド電圧も決まってきます。

　適当とされるプレート電圧も決まるのでバイアス電圧も求まります。　制約条件があるとすればあまり浅いバイアスはうまくないことくらいです。　だいたいEg1≦-1.0Vが必要です。これよりバイアスが浅いと（0Vに近いと）初速電子流によるグリッド電流が流れ始めて入力インピーダンス低下とそれに起因するひずみの発生が起こります。

　手持ちがあって活かしたい小信号用の五極管（電圧増幅用の五極管）について、メーカーが用意してくれていたような「R-C結合アンプ部品表」が作れたらFBです。　実験を通じ実用的な情報に纏めたいと思います。　まあ、私の手持ちを積極的に活用するのが目的なので情報に一般性はないかもしれませんけど。w

【ブレッド・ボードで】
　いつものようにブレッドボードを使って実験します。　真空管回路は電源電圧が高いので注意は必要ですが、それを除けば実験に十分使えます。

　写真は6BL8相当のトランスレス管：9A8です。　こうしたTV用の球も使い方しだいで十分活きてきます。　用例がないから使わないのでは勿体ないです。　まずは実験して工夫しながらアンプの手作りを楽しみたいと思っています。　そうした準備の目的にはブレッドボードは最適です。

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　6AU6や6267のようにオーディオ用として認知されている球ばかり使えるなら有難いのですが手持ちはそんなに都合良くありません。　むしろそうしたオーデイオ向きの手持ちは限られているのが現実です。　冷静に見たら手持ちなんて駄球ばかりですけれどせっかく集めた球ですから捨ててしまったら可哀想です。　何とか活かす道を考えてみましょう。　もちろん五極管だけでなく三極管だって使いますよ。あるものは何でも試しましょう。
　製作物は何でも構わないので、これからぼちぼち手持ち真空管で遊ぶBlogが登場します。　球式のラジオ作りは予定にありませんが途中で何か閃いたら気にせず寄り道します。各駅停車で楽しみましょう。　ではまた。　de JA9TTT/1 T.Kato

（つづく）←リンクfm