真空管オーディオアンプ

部品と材料

• 12AX7デュアルトライオード真空管1本
• 2つの電源トランス、120VACから12VACへの降圧（Radio Shackカタログ番号273-1365、273-1352、または273-1511）。
• ブリッジ整流器モジュール（Radio Shackカタログ番号276-1173）
• 電解コンデンサ、少なくとも47 µF、動作電圧が少なくとも200ボルトDC。
• 自動車用イグニッションコイル
• オーディオスピーカー、8Ωインピーダンス
• 2つの100kΩ抵抗器
• 0.1 µFコンデンサ1個、250 WVDC（Radio Shackカタログ番号272-1053）
• AC実験の章に示されている「低電圧AC電源」
• 1つのトグルスイッチ、SPST（「単極単投」）
• ラジオ、テーププレーヤー、音楽キーボード、またはその他のオーディオ電圧信号源

どこで12AX7真空管を入手できますか？これらのチューブは、多くのプロ用エレキギターアンプの「プリアンプ」ステージでの使用に非常に人気があります。

良い音楽店に行くと、手頃な価格（$ 12 US以下）で入手できます。 Sovtekという名前のロシアのメーカーがこれらのチューブを新しくしているので、古いアメリカのメーカーから残された「New-Old-Stock」（NOS）コンポーネントに頼る必要はありません。

このモデルのチューブは当時非常に人気があり、古い「チューブ付き」電子試験装置（オシロスコープ、発振器）にアクセスできる場合は、そのような装置で見つかる可能性があります。ただし、アンティークの機器から回収されたチューブでチャンスをつかむのではなく、新しいチューブを購入することを強くお勧めします。

このアンプの電源回路の出力（約170ボルト）に耐えるのに十分な動作電圧（WVDC）の電解コンデンサを選択することが重要です。予期しない電圧サージやコンデンサに負担をかける可能性のあるその他のイベントに対処するために、予想される動作電圧をはるかに超える定格電圧のコンデンサを選択することを強くお勧めします。

Radio Shack電解コンデンサの品揃え（カタログ番号272-802）を購入しましたが、たまたま47 µF、250WVDCのコンデンサが2つ含まれていました。幸運でない場合は、それぞれ定格50 WVDCの5つのコンデンサを使用してこの回路を構築し、1つの250WVDCユニットの代わりに使用できます。

この5コンデンサネットワークの合計容量は、各コンデンサの値の1/5、つまり20％になることに注意してください。また、ネットワーク内のコンデンサを均等に充電するには、すべてのコンデンサ値（µF）とすべての抵抗値が同じであることを確認してください。

自動車用イグニッションコイル は、スパークプラグを「点火」するために数万ボルトを生成するために自動車エンジンで使用される特殊用途の高電圧変圧器です。この実験では、真空管と8Ωオーディオスピーカーの間のインピーダンス整合トランスとして使用されます（非常に型破りですが、追加するかもしれません！）。

「コイル」の特定の選択は、それが良好な動作状態にある限り、重要ではありません。これが私がこの実験に使用したコイルの写真です：

オーディオスピーカーは贅沢である必要はありません。この実験では、小型の「ブックシェルフ」スピーカー、自動車用（6 "x9"）スピーカー、および大型（100ワット）の3ウェイステレオスピーカーを使用しましたが、これらはすべて正常に機能します。

ヘッドフォンを使用しないでください どのような状況でも、イグニッションコイルは「プレート」電源のDC 170ボルトとスピーカーの間に電気的絶縁を提供しないため、スピーカーの接続はアースに対してその電圧に上昇します。明らかに、アースへの高電圧で頭にワイヤーを配置することは非常に危険です 、ヘッドホンは使用しないでください！

このアンプ回路への入力信号として、可聴周波数ACのソースが必要になります。信号をアンプに伝えるために、適切なケーブルを「ヘッドフォン」または「オーディオ出力」ジャックに接続した、小型の電池式ラジオまたは音楽キーボードをお勧めします。

相互参照

電気回路の教訓 、第3巻、第13章：「電子管」

電気回路の教訓 、第3巻、第3章：「ダイオードと整流器」

電気回路の教訓 、第2巻、第9章：「トランスフォーマー」

学習目標

• オーディオアンプとして真空管（三極真空管）を使用する
• ステップダウン操作とステップアップ操作の両方でトランスを使用する
• 高電圧DC電源の構築方法
• 変圧器を使用してインピーダンスを一致させる

回路図

イラスト

手順

真空管エレクトロニクスの世界へようこそ！半導体技術（電源整流器を除く）の正確なアプリケーションではありませんが、この回路は真空管技術の紹介として使用され、インピーダンス整合トランスの興味深いアプリケーションです。 この回路の構築と操作には、致命的な電圧での作業が含まれることに注意してください！

170ボルトのDCは感電死する可能性があるため、この回路で作業するときは細心の注意を払う必要があります。このアンプを作成する場合は、初心者が資格のある支援（経験豊富な電気技師、電子技術者、またはエンジニア）を探すことをお勧めします。

警告：アンプ回路がオンになっている間は、ワイヤや端子に触れないでください！ 回路に接触する必要がある場合は、「プレート」電源スイッチをオフにし、フィルターコンデンサが30ボルト未満に放電するのを待ってから、回路のいずれかの部分に触れてください。電源を入れた状態で回路電圧をテストする場合は、腕から腕への感電の可能性を避けるために、可能であれば片手だけを使用してください。

高電圧電源の構築： 真空管は、効率的に機能するために、プレート端子とカソード端子の間にかなり高いDC電圧を印加する必要があります。この実験で説明したアンプ回路を最低24ボルトのDCで動作させることは可能ですが、出力はごくわずかで、音質は悪くなります。

12AX7トライオードの定格は、330ボルトの最大「プレート電圧」（プレート端子とカソード端子の間に印加される電圧）であるため、ここで指定されている170ボルトDCの電源はその最大制限内に十分収まっています。私はこのアンプを235ボルトのDCで操作しましたが、音質と強度の両方がわずかに改善されていることを発見しました。 、しかし私の推定では、実験者に追加の危険を保証するには十分ではありません。

電源には、実際には2つの異なる電源出力があります。プレート電源用の「B +」DC出力と、わずか12ボルトACの「フィラメント」電源です。チューブには、小さなフィラメント（ヒーターと呼ばれることもあります）に電力を供給する必要があります。 ）機能するためには、陰極は電子を熱的に放出するのに十分な高温でなければならず、それは室温では起こりません！

1つの電源変圧器を使用して家庭用120ボルトAC電力を12ボルトACに下げると、フィラメントに低電圧が供給され、別の変圧器をステップアップ方式で接続すると、電圧が120ボルトに戻ります。 「なぜ別の変圧器で電圧を120ボルトに戻すのか？壁のコンセントのプラグを軽くたたいて、120ボルトのAC電力を直接取得してみませんか。 、それを170ボルトDCに整流しますか？」

これに対する答えは2つあります ：まず、2つの変圧器に電力を流すと、アンプ回路のプレート側の偶発的な短絡に送られる可能性のある電流の量が本質的に制限されます。第二に、それはあなたの家の配線システムからプレート回路を電気的に隔離します。ダイオードブリッジを使用して壁のコンセントの電力を整流すると、家の電気システムの安全アース接続から両方のDC端子（+と-）の電圧が上昇し、衝撃の危険性が高まります。

「プレート供給スイッチ」というラベルの付いた、2つの変圧器の12ボルト巻線間に接続されたトグルスイッチに注意してください。このスイッチは昇圧トランスへの電力を制御し、それによって増幅器回路へのプレート電圧を制御します。 120ボルトのプラグに接続された主電源スイッチを使用しないのはなぜですか？ 1つのメインスイッチをシャットオフすると同じことが達成されるのに、なぜDC高電圧をシャットオフする2番目のスイッチがあるのですか？

答えは適切な真空管の操作にあります： 白熱電球のように、真空管はフィラメントの電源を入れたり切ったりするときに「摩耗」するため、回路にこの追加のスイッチを追加すると、（回路を変更または調整する際の安全のために）DC高電圧を遮断する必要がなくなります。フィラメントを遮断します。また、チューブが完全な動作温度に達するのを 前に待つのも良い習慣です。 プレート電圧を印加すると、この2番目のスイッチを使用して、チューブが動作温度に達するまでプレート電圧の印加を遅らせることができます。

動作中は、「 B + 」に電圧計を接続する必要があります 」電源の出力（ B + の間 端子とアース）、電源電圧の表示を継続的に提供します。このメーターは、アンプ回路を保守するために「プレート供給スイッチ」をオフにしたときに、フィルターコンデンサーがショックハザード制限（30ボルト）を下回ったときに表示されます。

電源回路のDC出力に表示される「アース」端子は、アースに接続する必要はありません。むしろ、それは単に増幅回路の対応する接地端子記号との共通接続を示す記号です。構築する回路には、これら2つの「接地」ポイントを接続するワイヤがあります。いつものように、共有記号による回路内の特定の共通点の指定は、電子回路図の標準的な方法です。

概略図は、フィルターコンデンサと並列の100kΩ抵抗を示していることに注意してください。この抵抗は、AC電源がオフになったときにコンデンサに放電経路を提供するため、非常に必要です。回路にこの「ブリーダー」抵抗がないと、コンデンサは「パワーダウン」後も長期間危険な電荷を保持する可能性があり、感電の危険があります。

私が構築した回路（47 µFのコンデンサと100kΩのブリーダ抵抗を使用）では、このRC回路の時定数はわずか4.7秒でした。フィルターコンデンサの値が大きい場合（スピーカーの不要な電源の「ハム」を最小限に抑えるのに適しています）、それに応じて小さい値のブリーダー抵抗を使用するか、毎回電圧がブリードオフするまで長く待つ必要があります。 「プレート供給」スイッチをオフにします。

アンプ回路に電力を供給する前に、電源が安全に構築され、確実に機能していることを確認してください。これは、一般的に回路構築の優れた方法です。最初に電源装置を構築してトラブルシューティングを行い、次に電源装置を使用して電力を供給する回路を構築します。電源が正常に機能しない場合は、設計や構築がどれほど優れていても、電源回路も機能しません。

アンプの構築： 21世紀に真空管回路を構築する際の問題の1つは、ソケットです。 これらのコンポーネントは見つけるのが難しい場合があります。ほとんどの「レシーバー」チューブの寿命は限られているため（数年）、ほとんどの「チューブ」電子機器は、チューブの取り付けにソケットを使用していたため、簡単に取り外して交換することができました。

チューブは（音楽用品店から）比較的簡単に入手できますが、プラグを差し込むソケットはかなり不足しています。地元のラジオシャックでは在庫がありません。では、チューブを差し込むためのソケットを入手できない可能性がある場合、どのようにしてチューブで回路を構築するのでしょうか？

小さなチューブの場合、この問題は、22ゲージの短い銅線をチューブのピンに直接はんだ付けすることで回避できるため、チューブをはんだのないブレッドボードに「差し込む」ことができます。これが私のチューブアンプの写真で、12AX7を逆さにした状態（ピンを上に向けた状態）で示しています。

写真の左側の10セグメントLED棒グラフと右側の8位置DIPスイッチアセンブリは無視してください。これらは、以前にブレッドボードに組み立てられたデジタル回路実験の残りのコンポーネントです。

チューブをこの位置に取り付けることの利点の1つは、チューブのほとんどの「ピン接続図」が底面図から表示されるため、ピンの識別が容易になることです。

アンプの回路図では、12AX7のガラスエンベロープ内の両方の三極真空管要素が並列に使用されていることがわかります。プレートはプレートに接続され、グリッドはグリッドに接続され、カソードはカソードに接続されています。これは、チューブからの出力を最大化するために行われますが、基本的な操作を示すために必要ではありません。必要に応じて、簡単にするために、三極真空管の1つだけを使用できます。

回路図に示されている0.1µFのコンデンサは、オーディオ信号ソース（ラジオ、音楽キーボードなど）をチューブのグリッドに「結合」し、ACを通過させますが、DCをブロックします。 100kΩの抵抗は、グリッドとカソード間の平均DC電圧がゼロであることを保証し、ある高レベルに「フロート」することはありません。通常、バイアス回路は、グリッドをアースに対してわずかに負に保つために使用されますが、この目的のために、バイアス回路はその価値よりも複雑になります。

アンプ回路をテストしたとき、オーディオ信号源としてラジオ受信機の出力を使用し、後でコンパクトディスク（CD）プレーヤーの出力を使用しました。レシーバー/ CDプレーヤーのヘッドホンジャックに接続された「モノラル」から「フォノ」へのコネクタ延長コードと、コードの「モノラル」チップをチューブアンプの入力端子に接続するアリゲータークリップジャンパーワイヤーを使用して、Iさまざまな振幅のアンプオーディオ信号を簡単に送信して、さまざまな条件でパフォーマンスをテストすることができました。

真空管とスピーカーのインピーダンスを「一致させる」には、アンプ回路の出力にトランスが不可欠です。真空管は高電圧、低電流のデバイスであり、ほとんどのスピーカーは低電圧、高電流のデバイスであるため、それらが直接接続されている場合、それらの不一致により非常にオーディオの低電力出力が発生します。

高電圧、低電流のソースを低電圧、高電流の負荷にうまく適合させるには、降圧トランスを使用する必要があります。真空管回路のテブナン抵抗は数万オームの範囲であり、スピーカーのインピーダンスは約8オームしかないため、インピーダンス比が約10,000：1の変圧器が必要になります。

変圧器のインピーダンス比は二乗なので 巻数比（または電圧比）の中で、巻数比が約100：1のトランスを探しています。一般的な自動車用イグニッションコイルの巻数比はほぼこのであり、高電圧巻線の非常に高い電圧にも対応しているため、このアプリケーションに最適です。

イグニッションコイルを使用することの唯一の悪い面は、デバイスが実際には単巻変圧器であり、各巻線が一端で共通の端子を共有しているため、一次巻線と二次巻線の間に電気的絶縁がないことです。これは、スピーカーのワイヤーが回路のアースに対して高いDC電圧になることを意味します。

私たちがこれを知っていて、操作中にそれらのワイヤーに触れない限り、問題はありません。ただし、理想的には、トランスは完全な絶縁とインピーダンス整合を提供し、スピーカーワイヤーは使用中に完全に安全に触れることができます。

電源をオフにして、回路内のすべての接続を行うことを忘れないでください！ 回路図のように回路が構築されていることを確認するために視覚的および抵抗計で接続を確認した後、チューブのフィラメントに電力を供給し、動作温度に達するまで約30秒待ちます。

両方のフィラメントは、チューブの上面図と下面図の両方から見える、柔らかなオレンジ色の輝きを放つはずです。ラジオ/ CDプレーヤー/音楽キーボードの信号源の音量調節を最小にしてから、プレート供給スイッチをオンにします。

電源装置のB +出力端子と「アース」の間に接続した電圧計は、全電圧（約170ボルト）を記録する必要があります。次に、信号源の音量コントロールを上げて、スピーカーの音を聞きます。すべてが順調であれば、スピーカーから正しい音がはっきりと聞こえるはずです。

この回路のトラブルシューティング： この実験ボリュームのDCおよびACの章で説明されている高感度オーディオ検出器を使用するのが最適です。

0.1 µFのコンデンサを各テストリードと直列に接続して検出器からのDCをブロックし、一方のテストリードをグランドに接続し、もう一方のテストリードを使用して回路のさまざまなポイントでオーディオ信号をチェックします。アンプ回路の入力に使用されているような高電圧定格のコンデンサを使用してください：

1つではなく2つのカップリングコンデンサを使用すると、安全性がさらに高まり、ユニットを任意の（高い）DC電圧から分離するのに役立ちます。ただし、追加のコンデンサがなくても、検出器の内部変圧器は、特に120ボルトの電源変圧器を使用して検出器を構築した場合、このような高電圧回路で信号をテストするために使用する際の安全のために十分な電気的絶縁を提供する必要があります（提案されているように、「オーディオ出力」トランスではなく）。

これを使用して、問題が見つかるまで、入力、次にチューブのグリッドピン、次にチューブのプレートなどで良好な信号をテストします。容量結合されているため、検出器は過剰な電源の「ハム」をテストすることもできます。無料のテストリードを電源のB +端子に接触させ、60Hzの大きなハミングノイズを聞きます。

ノイズは大きくなく、非常に小さくする必要があります。音量が大きい場合、電源は十分にフィルタリングされておらず、追加のフィルタ容量が必要になる場合があります。接地に対するDC電圧が大きい増幅器回路のポイントをテストした後、検出器の結合コンデンサがかなりの電圧を蓄積する可能性があります。

この電圧を放電するには、簡単に、空きテストリードを接地されたテストリードに接触させます。カップリングコンデンサが放電すると、ヘッドホンで「ポップ」な音が聞こえるはずです。

電圧計を使用してオーディオ信号の存在をテストする場合は、感度の高いAC電圧範囲に設定してテストすることができます。ただし、電圧計から得られる表示は、品質については何も教えてくれません。 信号の、単なる存在です。

ほとんどのAC電圧計は、最初にDC電圧源に接続されたときに過渡電圧を記録するため、接触が行われた瞬間に「スパイク」（強力な瞬間的な電圧表示）が表示されても驚かないでください。メーターの回路へのプローブは、真のAC信号値まで急速に減少します。特に出力が1ワット未満の低電力出力を考えると、この小さなアンプ回路の音質と音質に驚くかもしれません。

もちろん、回路は非常に粗く、単純さと部品の入手可能性のために品質を犠牲にしますが、それは真空管増幅の基本原理を実証するのに役立ちます。上級の愛好家や学生は、バイアスネットワーク、負帰還、さまざまな出力変圧器、さまざまな電源電圧、さらにはさまざまなチューブを試して、より多くの電力やより良い音質を得ることができます。

これは、テリーとシェリル・ゲッツの夫婦チームによって構築された非常によく似た増幅回路の写真であり、このようなプロジェクトにケアと職人技を適用したときに何ができるかを示しています。