真空管の動作テスト 仕切り直し その２
（2014.8.14作成）
実験（１０ＣＷ５： 最大定格 Ep=250V、Esg=200V、Pp＝１４W、 中古品）
代表動作例の
Ｅｐ、Ｅｓｇ＝１７０Ｖ、Ｉｐ＝７０ｍＡ、ＲＬ＝２．４Ｋ、Ｐｏ＝５．６Ｗ
を前の試験環境で試した時に、最大出力になる前に片側波形が急にカットしてしまい、ＮＦＢをかけるとクリップレベルまで出力できました。これは使用したＯＰＴ（ＯＰＴ－２３Ｓ）の磁界限界を超えたのかなと思いました。製品上は１００ｍＡ重畳可となっていますが、これは１００ｍＡ±ＸＸｍＡという意味でなく、±に振れて合計で１００ｍＡそこそこが限界なのかなと思い、１回り大きいＯＰＴ－１１Ｓに替えて試しました。途中クリップは出ませんでしたが４Ｗはおろか、３．７Ｗ位しか得られませんでした。規格表に掲載されている特性曲線にロードラインを引いて計算してみましたが、やはり５．６Ｗは無理のようでした。
歪１０％の出力とクリップレベル出力の違いなのかもしれませんが、今回は方針に従って最大定格だけを考慮して
Ｅｐ＝２４５Ｖ、Ｅｓｇ＝２００Ｖ、Ｉｐ＝５０ｍＡ （Ｐｐ＝１２．５Ｗ、想定最大出力は １２．５Ｗ×３５％＝４．４Ｗ）
電圧は定格一杯で実験。最適負荷２４５／５０＝５ＫΩでオシロ・歪観測すると、丁度良さそうなのでＳＧ電圧を加減した具合を見て、Esg=１６０Ｖでデータ取りしてみました。もちろんＥｓｇ＝２００Ｖの方が歪率は若干向上します。
（１）裸特性 （ＣＬ＝４．３Ｗ）
基本性能としては、まずまずです。
歪率特性、通常は１００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１０ＫＨｚですが、オーディオ帯域しか測れていませんので、１０ＫＨｚでは３次高調波が入りません。それで７ＫＨｚで測っています。個人的には７ＫＨｚでも２次高調波が聞こえるか聞こえないギリギリのところなので、７ＫＨｚの歪を測る必要はないと思っていますが。
（２）Ｐ－ＳＧ帰還
ウルトラリニア（ＵＬ）の接続比を０％（５結）～１００％（３結）の範囲で変えて歪率特性・周波数特性を見ます。ＯＰＴからタップを任意に取り出せないので、回路で疑似的に実現します。接続回路の一般形は、Ｂ電源回路を少し変形した次のものです（注１）。
Ｅｓｇの変化範囲によっては、Ｄ７９９コレクタの給電をプレート側（３結の場合）だけ、またはＥｂ側だけで済ます事もできます。これで、ＶＲ２００Ｋの回転角度が見た目２７０度くらいなので、４５度、９０度、１８０度、２７０度（３結）で測定します（注２）。
０度（ＵＬ０）は（１）の裸特性になります。
<４５度> （ＣＬ＝４．３Ｗ）
<９０度> （ＣＬ＝４．０Ｗ）
<１８０度> （ＣＬ＝１．９Ｗ）
<２７０度> （ＣＬ＝１．１Ｗ）
入出力特性、周波数特性、DF特性を、０度（ＵＬ０＝無帰還）を含めてまとめて表示します。
ＵＬ２７０はＣＬ＝１．１Ｗなので、周波数特性は０．７Ｗくらいで測定しました。
面白い変化です。出力インピーダンスと３次歪が有意に変化してるように見えます。ゲインが落ちている（帰還がかかっている）のに、高域特性が全く変わらない（改善されない）のも意外です。整理すると、
・帰還率は、ＵＬ比とともに増加する。
・出力インピーダンス（低域特性）は、帰還率に応じて低下（向上）する。
・ＴＨＤ（主要な２次歪）については有意な変化は見られないが、３次歪はＵＬ比に応じて特徴的な変化を示す。
特性の変化から、Ｐ－ＳＧ帰還はいわゆる負帰還動作とは違うものと思われます。ＵＬ比増加に伴ってゲインの低下、内部抵抗の減少、肩特性の変化（３極管化）が起こった結果であると考えられます。
これらから、シングル動作においては、３結を含めたＵＬ接続の適用は余り意味がなく、ＮＦＢ利用の方が優ると判断できます（注３）。しかしＰＰ動作においては、３次歪の大小が重要であって、ＵＬの中間（ＵＬ４５～ＵＬ９０）比率の特性を上手く利用すれば、最大出力をあまり損ねずに軽ＮＦＢ・低歪アンプが出来そうです。特に出力が大きい部分で３次歪が低くなっているのが魅力的です。以前歪を考察した時の様に、２次関数特性を、球と負荷抵抗の組合せから探すという方法より簡単かもしれません。ただし、ここでのデータは６ＣＷ５の特定条件に置ける結果であって、球や動作点などを変えたときに、この傾向の強弱がどう変わるのかは分かりませんが、大いに興味深いところです。
（２）Ｐ－ＣＧ帰還
超３結と同じです。超３結では前段負荷抵抗と帰還抵抗を能動抵抗で兼用して、ついでに前段の出力インピーダンスを下げる一石三鳥的な回路ですが、ここでは単純な回路で測定します。
帰還率は前段の出力インピーダンスとＲの比で変わる訳ですが、Ｒは適当に選んで、ゲイン差で判断し、帰還量にたいする歪率特性・周波数特性の変化を見ることにします。
<Ｒ＝１０ＭΩ> （ＣＬ＝４．３Ｗ）
<Ｒ＝３．３ＭΩ> （ＣＬ＝４．３Ｗ）
初段のドライブ能力が非力なので３．３ＭΩ以上の帰還はできませんでしたが、結果（後にまとめた周波数特性も含めて）をみると、予想通りオーバーオールＮＦＢと同様の効果と言っていいでしょう。出力段の出力端子から入力端子への帰還（＝１段だけのオーバーオールＮＦＢ）なので当然とも言えます。逆にいえばＵＬの様な特徴は見られません。
従ってオーバーオールＮＦＢが適用できる場合は、特に考える必要はないでしょう。
（３）オーバーオールＮＦＢ
上記２種類の結果から、やはり本命はオーバーオールＮＦＢという事で、５結（ＵＬ０）にNFを付けて測定してみました。傾向は同じになるので帰還率は１つを選んで測定しました。
＜約１８ｄＢ＞ＲＮＦ＝４７ＫΩ、高域補正に１８０ｐを接続してあります。
入出力特性、周波数特性、DF特性を、無帰還（ＵＬ０）とＰ－ＣＧ帰還を含めてまとめて表示しました。
（４）蛇足
３結（ＵＬ２７０）で条件を変えて出力を見てみました。
Ｅｐ＝２４５Ｖ、Ｅｓｇ＝２００Ｖ、Ｉｐ＝５０ｍＡ、負荷抵抗２．５ＫΩ
で出力はＣＬ＝１．９Ｗでした。やはり３結では２Ｗくらいが限界のようです。
（５）結論
６ＣＷ５のシングルでは今回の動作点で（３）のように５結で２０ｄＢ以上のＮＦＢをかけるのが、目標にかなうという事が分かりました（注３）。
初段差動増幅は、利得が高すぎてバイアス点のドリフトが大きく、年間を通じて気にせずに置くという具合ではないので、本番機を作る際には、ＮＦＢ量を見積もってから過剰なゲイン（１５ｄＢくらい）を下げておくか、いっそのことＣＲ結合にしておく必要はあると思っています。プレート電流も低めなのでＯＰＴも１ランク下（ＯＰＴ－２３Ｓ、ＯＰＴ－５Ｓなど）で良いかもしれません。
（注１）Ep、Ebからの給電が共存する動作では、クロスオーバー歪が発生するので、実用機では使用できないことが、後日判明しました。ＵＬ４５～ＵＬ２７０で低出力の歪率が悪いのは、その為でした。
（注２）半固定ＶＲの抵抗値から、
４５度＝ＵＬ１５％
９０度＝ＵＬ３２％
１８０度＝ＵＬ６８％
２７０度＝ＵＬ１００％（３結）
に相当します。
（注３）２次歪打ち消し手法とＵＬを組み合わせることでＮＦ量を抑えて、５極管シングルアンプでも容易に好特性が得られることが、後日の検討で判明しました。
実験（１０ＣＷ５： 最大定格 Ep=250V、Esg=200V、Pp＝１４W、 中古品）
代表動作例の
Ｅｐ、Ｅｓｇ＝１７０Ｖ、Ｉｐ＝７０ｍＡ、ＲＬ＝２．４Ｋ、Ｐｏ＝５．６Ｗ
を前の試験環境で試した時に、最大出力になる前に片側波形が急にカットしてしまい、ＮＦＢをかけるとクリップレベルまで出力できました。これは使用したＯＰＴ（ＯＰＴ－２３Ｓ）の磁界限界を超えたのかなと思いました。製品上は１００ｍＡ重畳可となっていますが、これは１００ｍＡ±ＸＸｍＡという意味でなく、±に振れて合計で１００ｍＡそこそこが限界なのかなと思い、１回り大きいＯＰＴ－１１Ｓに替えて試しました。途中クリップは出ませんでしたが４Ｗはおろか、３．７Ｗ位しか得られませんでした。規格表に掲載されている特性曲線にロードラインを引いて計算してみましたが、やはり５．６Ｗは無理のようでした。
歪１０％の出力とクリップレベル出力の違いなのかもしれませんが、今回は方針に従って最大定格だけを考慮して
Ｅｐ＝２４５Ｖ、Ｅｓｇ＝２００Ｖ、Ｉｐ＝５０ｍＡ （Ｐｐ＝１２．５Ｗ、想定最大出力は １２．５Ｗ×３５％＝４．４Ｗ）
電圧は定格一杯で実験。最適負荷２４５／５０＝５ＫΩでオシロ・歪観測すると、丁度良さそうなのでＳＧ電圧を加減した具合を見て、Esg=１６０Ｖでデータ取りしてみました。もちろんＥｓｇ＝２００Ｖの方が歪率は若干向上します。
（１）裸特性 （ＣＬ＝４．３Ｗ）
基本性能としては、まずまずです。
歪率特性、通常は１００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１０ＫＨｚですが、オーディオ帯域しか測れていませんので、１０ＫＨｚでは３次高調波が入りません。それで７ＫＨｚで測っています。個人的には７ＫＨｚでも２次高調波が聞こえるか聞こえないギリギリのところなので、７ＫＨｚの歪を測る必要はないと思っていますが。
（２）Ｐ－ＳＧ帰還
ウルトラリニア（ＵＬ）の接続比を０％（５結）～１００％（３結）の範囲で変えて歪率特性・周波数特性を見ます。ＯＰＴからタップを任意に取り出せないので、回路で疑似的に実現します。接続回路の一般形は、Ｂ電源回路を少し変形した次のものです（注１）。
Ｅｓｇの変化範囲によっては、Ｄ７９９コレクタの給電をプレート側（３結の場合）だけ、またはＥｂ側だけで済ます事もできます。これで、ＶＲ２００Ｋの回転角度が見た目２７０度くらいなので、４５度、９０度、１８０度、２７０度（３結）で測定します（注２）。
０度（ＵＬ０）は（１）の裸特性になります。
<４５度> （ＣＬ＝４．３Ｗ）
<９０度> （ＣＬ＝４．０Ｗ）
<１８０度> （ＣＬ＝１．９Ｗ）
<２７０度> （ＣＬ＝１．１Ｗ）
入出力特性、周波数特性、DF特性を、０度（ＵＬ０＝無帰還）を含めてまとめて表示します。
ＵＬ２７０はＣＬ＝１．１Ｗなので、周波数特性は０．７Ｗくらいで測定しました。
面白い変化です。出力インピーダンスと３次歪が有意に変化してるように見えます。ゲインが落ちている（帰還がかかっている）のに、高域特性が全く変わらない（改善されない）のも意外です。整理すると、
・帰還率は、ＵＬ比とともに増加する。
・出力インピーダンス（低域特性）は、帰還率に応じて低下（向上）する。
・ＴＨＤ（主要な２次歪）については有意な変化は見られないが、３次歪はＵＬ比に応じて特徴的な変化を示す。
特性の変化から、Ｐ－ＳＧ帰還はいわゆる負帰還動作とは違うものと思われます。ＵＬ比増加に伴ってゲインの低下、内部抵抗の減少、肩特性の変化（３極管化）が起こった結果であると考えられます。
これらから、シングル動作においては、３結を含めたＵＬ接続の適用は余り意味がなく、ＮＦＢ利用の方が優ると判断できます（注３）。しかしＰＰ動作においては、３次歪の大小が重要であって、ＵＬの中間（ＵＬ４５～ＵＬ９０）比率の特性を上手く利用すれば、最大出力をあまり損ねずに軽ＮＦＢ・低歪アンプが出来そうです。特に出力が大きい部分で３次歪が低くなっているのが魅力的です。以前歪を考察した時の様に、２次関数特性を、球と負荷抵抗の組合せから探すという方法より簡単かもしれません。ただし、ここでのデータは６ＣＷ５の特定条件に置ける結果であって、球や動作点などを変えたときに、この傾向の強弱がどう変わるのかは分かりませんが、大いに興味深いところです。
（２）Ｐ－ＣＧ帰還
超３結と同じです。超３結では前段負荷抵抗と帰還抵抗を能動抵抗で兼用して、ついでに前段の出力インピーダンスを下げる一石三鳥的な回路ですが、ここでは単純な回路で測定します。
帰還率は前段の出力インピーダンスとＲの比で変わる訳ですが、Ｒは適当に選んで、ゲイン差で判断し、帰還量にたいする歪率特性・周波数特性の変化を見ることにします。
<Ｒ＝１０ＭΩ> （ＣＬ＝４．３Ｗ）
<Ｒ＝３．３ＭΩ> （ＣＬ＝４．３Ｗ）
初段のドライブ能力が非力なので３．３ＭΩ以上の帰還はできませんでしたが、結果（後にまとめた周波数特性も含めて）をみると、予想通りオーバーオールＮＦＢと同様の効果と言っていいでしょう。出力段の出力端子から入力端子への帰還（＝１段だけのオーバーオールＮＦＢ）なので当然とも言えます。逆にいえばＵＬの様な特徴は見られません。
従ってオーバーオールＮＦＢが適用できる場合は、特に考える必要はないでしょう。
（３）オーバーオールＮＦＢ
上記２種類の結果から、やはり本命はオーバーオールＮＦＢという事で、５結（ＵＬ０）にNFを付けて測定してみました。傾向は同じになるので帰還率は１つを選んで測定しました。
＜約１８ｄＢ＞ＲＮＦ＝４７ＫΩ、高域補正に１８０ｐを接続してあります。
入出力特性、周波数特性、DF特性を、無帰還（ＵＬ０）とＰ－ＣＧ帰還を含めてまとめて表示しました。
（４）蛇足
３結（ＵＬ２７０）で条件を変えて出力を見てみました。
Ｅｐ＝２４５Ｖ、Ｅｓｇ＝２００Ｖ、Ｉｐ＝５０ｍＡ、負荷抵抗２．５ＫΩ
で出力はＣＬ＝１．９Ｗでした。やはり３結では２Ｗくらいが限界のようです。
（５）結論
６ＣＷ５のシングルでは今回の動作点で（３）のように５結で２０ｄＢ以上のＮＦＢをかけるのが、目標にかなうという事が分かりました（注３）。
初段差動増幅は、利得が高すぎてバイアス点のドリフトが大きく、年間を通じて気にせずに置くという具合ではないので、本番機を作る際には、ＮＦＢ量を見積もってから過剰なゲイン（１５ｄＢくらい）を下げておくか、いっそのことＣＲ結合にしておく必要はあると思っています。プレート電流も低めなのでＯＰＴも１ランク下（ＯＰＴ－２３Ｓ、ＯＰＴ－５Ｓなど）で良いかもしれません。
（注１）Ep、Ebからの給電が共存する動作では、クロスオーバー歪が発生するので、実用機では使用できないことが、後日判明しました。ＵＬ４５～ＵＬ２７０で低出力の歪率が悪いのは、その為でした。
（注２）半固定ＶＲの抵抗値から、
４５度＝ＵＬ１５％
９０度＝ＵＬ３２％
１８０度＝ＵＬ６８％
２７０度＝ＵＬ１００％（３結）
に相当します。
（注３）２次歪打ち消し手法とＵＬを組み合わせることでＮＦ量を抑えて、５極管シングルアンプでも容易に好特性が得られることが、後日の検討で判明しました。