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LUXKIT A3600復活への道~その2・電源編~ [オーディオ]

2016年11月19日の日記

前回から1年も経ってしまいました。せっかく,貴重なアンプをいただいたのに申し訳ないことです。

実は少し悩んでおりました。

というのは,電源をどうしようか,と言うことなんです。 

LUXKITのA3600は出力管が8045Gで,最大出力50W×2という強力なアンプです。

ただ,そのためプレートには490Vもかけてあります。8045Gの最大定格は550Vなので,まあ,ぎりぎりというわけではないんですが,この球は寿命が短いことで知られていて,少し電圧を下げてやりたいと思っています。

ラックスの真空管アンプはどれも,設計上の問題としてB電圧が高すぎる,と思っています。少しでも出力を大きくしよう,と考えられたのでしょう。当時は真空管は消耗品で,寿命が来たら取り替えればいい,という時代でしたし,世の中何でも大きいことはいいことだ,と言うことからアンプも大出力のものが人気がありましたからしかたないですが,今だともっと寿命を考えた設計にしたいところです。実際,前回,修理した50C-A10PPのKMQ60は最大定格いっぱいの450Vをプレートにかけています。 これはギリギリ。NECの規格表を見てもEp=450Vの動作例は載っていないくらいです。iruchanも完成して電源を入れたとたん,内部で火花が飛んであわててスイッチを切った記憶があります。その50C-A10は新品でしたけど,新品でもこうなるんじゃ危ないと考え,結局,B電圧を50Vほど下げて使っています。詳しくはKMQ60の記事をご覧ください。

今回のA3600も電圧が高すぎ,次回ご報告しますが,"無線と実験" '83.2号に森川忠勇氏の記事があり,最大出力は公称50W×2ですが,実測66Wも出るようです。両ch.動作時でも62W×2のようです。こんなに大出力はいらない,と言う気もしますので,B電圧は50V程度,下げたいと思います。 

方法としてはいくつか考えられます。

① チョークインプット整流にする

② 抵抗またはコンデンサで電圧を下げる

③ トランスのタップ(1次 or 2次)を切り替える

④ Trによるリップルフィルタを使う 

⑤ 自己バイアスにする 

もちろん,もし,2次側のB巻線に低い電圧のタップが出ていればそれに切り替えればOKです。前回,修理したLUXKITの50C-A10PPのKMQ60はトランスの1次側に117Vの端子があったので,それを使ってB電圧を50Vほど下げています。

ところが,メーカ製真空管パワーアンプはこのようなタップがないことが多いのです。市販もされているトランスを使っているものはいいのですが,メーカ製のアンプの場合は最初から特注のトランスになっているので,あまりタップがありません。実際,KMQ60は後期型は1次側の117V端子がなくなっていて,この方法が使えません。A3600もタップは1次側も2次側も別のタップはなく,この方法が使えません。

②は普通にオームの法則で抵抗で電圧を下げればよいのですが,単純に抵抗でやるとかなりワット数の大きな抵抗となります。実際,A3600だとB電流は320mAなので,抵抗は160Ωほどですが,50V下げるとなると16Wもの熱を発生します。

これを避けるにはコンデンサを使う方法が有効で,下記のように使用するとコンデンサを抵抗の代用に使えます。ご存じの通り,コンデンサだと電流と電圧の位相が90゜ずれますので,理論上,発熱は0です。  

ACコンデンサ挿入1.jpg コンデンサによる電圧降下

もっとも,コンデンサも実際にはESRと呼ばれるわずかな抵抗分があり,電流を流して使用すると発熱するので,実際に電流を流して使用する場合には,最初から電流を流すことを想定して製造されている,AC用コンデンサを使用する必要があります。誘導電動機などの始動用に使われているものです。そのため,スターター用なんて書いてあることが多いです。また, 一般に,電子部品のお店で売られているコンデンサはDC用なので使えません。ご注意ください。

コンデンサによる電圧降下はi/2πfCで表されますが,残念ながら交流に対するもので,直流出力に対しては90゜位相がずれていますので,たとえば,50V低下させるからと言って,この式で50Vになればよいわけではありません。

なお,最近,これらのAC用のコンデンサを真空管アンプのフィルタ用として販売している店があるようです。フィルムコンなので,電解コンデンサより音がよい,と思われるからでしょう。

残念ながら,これらのAC用コンデンサを直流回路で使うことはできません。そもそも,AC用は交流回路専用で,直流に対しての耐圧が規定されていないためです。実際,AC用コンデンサには "AC 450V" とは書いてあっても, "DC ***V" という具合にDC電圧に対する耐圧は記載されていません。だから,そもそも直流回路での耐圧がわかりませんし,また,仮に直流回路で使用しても,メーカは責任を負いません,ということですので,実際にDC回路で使用する場合は自己責任,と言うことになります。もっとも,”AC***V DC○○○V" と言う具合に両論併記で書いてあればもちろんOKです。

なお,コンデンサの電圧の位相が-90゜であることを考慮して計算すれば必要な容量がわかりますが,実際にはSpiceでシミュレーションして決めました。シミュレーション上は15~25μFくらいであればよいとわかります。

ただ,AC用コンデンサは一般に経年変化と容量誤差を考慮してフィルムコンが使われるのですが,AC400V耐圧くらいで25μFものフィルムコンデンサは大きくなります。 前々回,KMQ60を修理したとき,15μFのコンデンサを使うと50V下げられるとわかったのですが,KMQ60はシャシー内のスペースが小さく,これですら収まらない状況でした。幸い,A3600は割にシャシー内にスペースがあるので何とかなりそうです。

⑤の自己バイアスはg1をグリッド抵抗を介して接地し,8045Gのカソード~GND間に620Ωの抵抗を挿入します。ただ,これも損失が15Wにもなります。余裕を見て20Wくらいの抵抗が必要で,やはり大きくなりますし,放熱のことも考えると結構面倒です。やはり,8045Gは固定バイアスで使うことが前提で設計されているようです。

①のチョークインプット整流は一番簡単で,発熱もないし,いい方法です。

チョークインプットはレギュレーションがいいことでも知られていますので,最大出力時の電圧降下を小さくできるのがメリットです。 

しかし,A3600をチョークインプット整流にするとハムが出る,と言う話を聞きました。実際,Spiceでシミュレーションしてみますと,ドライバ段のリップル電圧が300mVP-Pを超えます。B電圧も390Vと,少し下がりすぎ,という気がします。改造が少しで済むのでいい方法だと思うのですけどね.....。もっとも,球の寿命という観点からはこれくらい電圧を下げた方がよいと思いますけど。

ただ,チョークインプットはいい方法なんですが電圧が自由に決められないのがネックです。また,A3600は0.35Hという小さなインダクタンスのチョークコイルが使われていて,B電圧の降下は100Vほどで済むので電圧調整にはいいくらいですが,普通のアンプのように5Hくらいのインダクタンスを持っているものだと電圧降下が大きすぎ,B電圧は250Vくらいになってしまいます。

A3600はプッシュプルのアンプで,出力部に行くB電流はリップルがあっても出力トランスで打ち消されるので問題ありませんが,ドライバ段以前は抵抗結合のアンプなのでリップルの影響を受けますから,この電圧だとハムが出ると思います。

と言う次第で,もし,A3600でチョークインプット整流にする場合はドライバ部の電源フィルタを増強しないといけません。 ついでに,Spiceでシミュレーションしましたが,150μFくらいにするとオリジナルと同じリップル電圧となりました。

最後に,今回は使用しませんでしたが,6G-A4シングルアンプなどで使ったTrを使った④のリップルフィルタはベースに接続した抵抗の値による自由にB電圧を変化させることができますのでよい方法です。ただ,大出力パワーアンプだと制御Trの損失が大きくなりますので,やはり放熱には気をつかう必要があります。実際,今回は16Wもの熱を放熱する必要があるので見送りました。レギュレーションという観点では抵抗と違って非常に優れているのですが,熱については同じです。

以上を勘案し,結局,iruchanはコンデンサを使って電圧を下げる方法を採ることにしました。これならコンデンサの容量で自由にB電圧を設定できますし,リップルの点からも有利です。

さっそく,Spiceでシミュレーションしてみます。まずはオリジナルの状態から。

A3600 original電源回路.jpgオリジナルの電源部

A3600 original.jpg Spiceシミュレーション結果

回路図どおりの電圧となることがわかります。B電源のリップルは4VP-Pくらいで,ドライバ段は119mVP-Pでした。これを目標にします。なお,出力段はプッシュプルなので,シングルアンプならアウトですけど,これくらいのリップルは平気です。ちなみに米国製のアンプなんか,電源部のフィルタにチョークコイルを使っていないものがありますけど,それは出力段がプッシュプルだからです。

挿入するコンデンサは20μFとします。この場合,電圧は431Vで,ドライバ段のリップル電圧は111mVP-Pとなりました。B電圧を60Vほど下げられます。

A3600 20μF.jpg 挿入コンデンサ20μFのとき

ついでに,15μFとすると,もう少し電圧を下げられます。コンデンサのサイズも小さくて済みますので,15μFでもよいと思います。

A3600 15μF.jpg 15μFのとき

ついでにチョークインプットの場合も一応,検討してみます。

A3600 original電源回路(L input改造)1.jpg チョークインプット改造

B電圧は100V程度下げられますが,少し下げすぎ,という感じがします。出力は50W以下に低下するはずです。また,ドライバ段の出力電圧も小さくなっちゃいますので,アンプ部の変更も必要になります。

なお,ドライバ段のフィルタコンデンサを▲のように150μF以上にしないと,オリジナルのリップル電圧と同じになりません。フィルタコンデンサはオリジナルは47μFでしたから,チューブラの電解コンデンサを100~200μFくらい追加してください。

一応,iruchanはAC用コンデンサを挿入する方法としました。 これだと自由に電圧を決められますし,リップル電圧も問題ないようです。

さて,お次はこのコンデンサをどうやって入手するかなんですが.....。

普通に秋葉原を探してもAC用のコンデンサは入手しにくいと思います。また,RSコンポーネンツを探してみたのですが,どれも高いです。

結局,Amazonで買いました。なんでAmazonがこんなの売っとるんや~~!?

UXCELという会社が販売している,AC450V,20μFのポリプロピレンフィルムコンデンサにしました。値段は800円ほどでした。サイズは50×31×44mmです。A3600のシャシー高さは35mmでしたから,中に入ることがわかります。

20μFAC用フィルムコン.jpg SENJUって!?

どうにも日本製みたいなブランド名をつけた,あやしげなブランドの中国製コンデンサですが,作りはとてもしっかりしていて,エポキシ樹脂で固められていて信頼性は高そうです。 

ちなみにフィルムコンデンサは何種類もありますが,普通に入手できるものは大体2種類です。ポリプロピレンフィルムを使ったもの高級品です。そのほか,よくマイラーコンデンサと言われるのはPET樹脂を使っていて,安価なコンデンサです。高信頼のフィルムコンはポリプロピレンを使っています。 

本来は進相コンデンサと呼ばれるもので,誘導モータの始動用です。誘導モータは3相交流のものは自動的に回転磁界ができるので不要ですが,単相の誘導モータの場合はこのコンデンサを使って90゜位相の進んだ電流を作って別の巻線で磁界を生じさせて回転磁界を作ります。起動時のみ必要なので,始動用コンデンサとも言いますが,一般的に始動後も切り離さず,つけっぱなしにしています。数年前,古い扇風機が発火する事故が相次ぎましたが,このコンデンサの劣化が原因です。長年の使用で液漏れしてESRが増大し,発熱したんです。もし,ご使用の扇風機が回らないとか,回転数が低くなった,と言う場合は使用を中止してください。

もともとモータの始動用なので電流を流して使用するのが前提のコンデンサなので,問題ないと思います。Amazonのは洗濯機用と書いてありました。もう,国産の洗濯機はインバータ式なので進相コンデンサは使用してないと思いますけどね。

さて,以上で電源部の設計ができましたので,実際に配線していきます。まずは古い部品の交換から。

電源部 前.jpg B電源の整流Di。オリジン製RA-1

なぜか前回修理した,同じラックスキットのKMQ60でもそうでしたが,古いシリコンDiのリード線は真っ黒になってしまいますね。表面の銀メッキが空気中の硫黄分と反応して硫化銀になるからですが,特に整流用のダイオードはひどいです。 通常は問題にならないと考えていたのですが,三菱のオーディオ用で有名なデュアルの2SA798や,BCLラジオなどに多用されている2SC710などはノイズの原因になるようです。どうも硫化銀がチップ表面まで侵食するようです。

こういう問題があるので表面の銀メッキというのは廃れてしまい,今ではあまりやっていないと思うのですが,どうも整流用ダイオードだけはやっているようですね。もっとも,Trや抵抗などに使われているスズメッキというのも要注意で,これはウィスカとよばれる樹脂状の再結晶が成長して隣の電極とショートしたりする故障が出ますので,問題になっています。昔は少し鉛を加えるとウィスカを抑えられたのでよかったらしいのですが,最近のRoHS指令などで鉛が使えなくなってまたウィスカの問題が出てきています。 

A3600 電源部改良後.jpg 電源部改良後

ブリッジになっているDiをトランスのピンひとつずらして取り付け,部にコンデンサを挿入しました。

使ったのはGeneral Semiconductor(今はVishayのようです)のUF5408です。1kV,3Aで,trr=75nsという優れものです。 やはりファーストリカバリはノイズも少なく,オーディオ用には最適だと思います。なお,ファーストリカバリDiは通常のシリコンDiと違って,若干,順方向電圧が大きめで,発熱が大きくなりますので注意してください。今回のアンプだと負荷電流は0.3Aくらいですが,規格表を見ると,このとき,順方向電圧は0.9Vくらいになりますので,放熱には留意することが必要です。リードを長めに切り,トランスからは浮かせて配置するようにしてください。

また,バイアス設定用およびバランス調整用の半固定抵抗は普通の小型のボリウムが使われていましたので,どちらもコパルのRJ13Bに交換しました。500円もする高価なものですけど,アンプの安全を考えたら安いものです。

RJ13半固定.jpg 半固定抵抗(左:RJ13B,右:オリジナル) 

さて,次はB電圧降下用のコンデンサを追加します。非常にサイズが大きいので苦労しますが,なんとかOPTの隣にスペースがあるのでそこに設置しました。

コンデンサ設置位置.jpg OPTの横に置きました。 

端子部,入力VR.jpg 入力端子は錆びちゃってます

ついでに,入力のRCA端子と音量設定のボリウムを交換しました。

入力端子はKMQ60などだと秋葉でも売られている2Pの端子ですが,A3600はちょっと特殊な端子なので,アルミ板で自作しました。ついでに,黒く塗りました。ボリウムは信頼性の高いJIS規格のRV24YNを使います。 

RCAジャック.jpg アルミ板で固定します。

端子部,入力VR(改良後).jpg 取替後です。

次はアンプ部を修復したいと思います。 B電圧が60Vほど下がりますので,8045Gの出力がどれくらいになるか,事前に検討しておきましょう。また,電圧増幅段も再度,定数の変更を含めて検討が必要です。また,オリジナルの6240Gの代わりに6FQ7を使用したドライバ段の修正についても検討したいと思います。 


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