プリアンプの出力段

 プリアンプまたはコントロールアンプにはパワーアンプが接続される。
 パワーアンプは概ね1V前後の入力で最大出力が得られるので、プリアンプに要求される出力電圧もその程度である。
  プリアンプの入力側は、フォノイコライザーの出力が200mV程度、その他の外部入力も概ねそれくらいであるが、これは音楽などの平均レベルの値であって、ピーク値ではない。一方CDプレーヤーなどのデジタル機器の出力は2Vと表示されることが多いが、これは最大のビット数を使いきったときの値で、これ以上はあり得ないというピーク値であることに注意が必要だ。音楽の種類にもよるが、平均値は200mV〜500mVほどと、他の機器との大きな差はない。
 パワーアンプの入力1V前後というのは最大出力になるときの値であり、プリアンプの入力200mVは平均値なので、ほぼそのままでレベル的には合うことになるが余裕がない。
 通常は、平均値の200mVを最大値の1Vにまで14dBを増幅し、これを利得余裕、音量コントロールの絞り代と考えて設計する。
 パワーアンプが半導体の場合、その入力インピーダンスは真空管式のそれに比べて一桁以上低く、10kΩ程度が普通なので、その重い負荷に耐えて1V以上の出力が得られなければならない。

 以上からプリアンプの出力段は、利得14dB、10kΩ負荷に対して1V以上の出力が低歪で得られることが条件になる。入力側は音量コントロールを前置し、入力インピーダンスは、真空管式のイコライザーや外部機器を考慮すると100kΩ以上が欲しい。
 これらを考慮しながら、どのような回路がよいのかを比較してみた。

最大出力は目視でクリップが認められない値、 周波数特性は100kHzの1kHzに対する偏差

@SRPP Aカソードホロワー Bカソフォロ+K・NFB Cカソフォロ+電圧NFB D12DW7 E2段増幅 F2段増幅+K・NFB
電圧利得 14dB 19dB 14dB 14dB 16.5dB 17.2dB 14dB
NFB量 5dB 4dB 18dB 13dB 11dB
最大出力 30V 25V 25V 20V 25V 20V 25V
最大出力時歪率 5% 3.8% 2.8% 3.5% 0.09% 3% 3%
10V出力時歪率 1.5% 0.95% 0.48% 0.6% 0.015% 1% 0.8%
1V出力時歪率 0.14% 0.1% 0.05% 0.08% 0.002% 0.13% 0.07%
出力インピーダンス 5kΩ 550Ω 550Ω 5kΩ 5kΩ 1kΩ 1kΩ
周波数特性 -1.4dB -0.5dB -0.5dB -0.5dB -0.5dB -0.3dB -0.3dB

@SRPP回路

 比較的よく使われている回路である。12AU7を用いたときのデータは、表の@に示すように10kΩ負荷で、あつらえたように14dBの電圧利得となった。
 SRPPの特長として、リニアリティがよく30Vと大きな出力が得られるが、NFBが掛けられていないため歪率や出力インピーダンス、周波数特性では他方式に劣る。
 30V以上では波形の上下がクリップし第3調波が増えるが、これはプッシュプル動作をしている証しであろう。
 30Vもの出力電圧は必要がないので、特性上のメリットはないかもしれないが、抵抗、コンデンサー等の部品数が少なくてすむのは、音質上で有利に働く可能性はある。
 NFBを掛けるにはPG型、この場合には出力端子から入力端子へ戻せばよいが、入力インピーダンスの低下と、音量コントロールを前置したときに、コントロールによってNFB量が変わる問題に対処しなければならない。

A出力段カソードフォロワー

 カソードフォロワーから出力を取り出す2段増幅である。段間は直結にしてパーツの増加を防いでいる。
 表のAに示すように電圧利得は19dBになった。 さすがに出力インピーダンスは@よりも一桁低い。歪率も@より低くなったが、この歪を生じているのは、ほとんど無帰還動作の1段目である。
 その1段目の電流NFBを増加させたのがBである。

B1段目電流NFB追加型カソードフォロワー

 1段目カソードに4.7kΩを追加して電流NFBを掛け、電圧利得を14dBに合わせた。
 NFB量は5dBであるが歪率はかなり改善されている。
 @に比べてすべての特性面で勝り、推奨したい方式の一つ。
 個別のNFBだけで構成され、ループNFBは掛かっていないので、NFB嫌い?にも好適なのでは。

4.7k

C電圧NFBを加えたカソードフォロワー

 Bの方式でNFB用のカソード抵抗を高くしていくと、1段目P、K間の電圧利用率が低下する。
 対策として2段目プレートに1kΩの抵抗を入れて出力の一部を取り出し、これを1段目に返すループNFBを試みたもの。
 2段目の電圧利用率が下がったため、最大出力が少々低下した。
 最も目に付くのは出力インピーダンスが5kΩと高くなったことで、カソードフォロワーのNFB量が、プレート負荷との分割で減少したのが原因。また、負荷が低くなるほど出力インピーダンスは高くなるが、これも分割比に起因する。実用上はともかく、注意点である。

D12AU7を12DW7にしたCの回路

 NFB量を増やすとどうなるかの試みで、12AU7を12DW7に換装した。
 12DW7は一方のユニットが12AX7相当、他方が12AU7相当の複合管で、1段目の利得上昇が目的である。
 結果は18dBのNFBを掛けても電圧利得は16.5dBと少々オーバー。更にNFB量を増やすには2段目プレートの1kΩを大きくしなければならない。
 このままの状態での結果は、表に示すように歪率が劇的に低下した。
 ここまで必要かどうかは目的によろう。

Eストレート2段増幅

 単純な2段増幅で、専らループNFBに頼って出力段を構成しようとするもの。
 帰還抵抗10kΩのときのNFB量は13dBで、まだ総合利得は過剰であるが、帰還抵抗は出力段の負荷になり、この場合10kΩは負荷の10kΩと並列になるため最大出力は低下していて、これ以上帰還抵抗を小さくはできない。
 その他の特性では特に問題はない。

Fストレートの1段目に電流NFBを追加

 Eの問題点を解決するため、1段目のカソード抵抗を大きくして帰還用の抵抗値を高くしたもの。
 1段目の利得が下がった分、ループNFB量は減って11dBとなった。総合利得は14dBに収まった。
 最大出力も25Vを確保、総合的によい特性といえるが、周辺の抵抗、コンデンサーの数の多さが気になるかもしれない。

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