2024-05-17

ローノイズ真空管アンプ（製作編25）

製作編25

初段真空管ヒーター回路用電源の見直しを行います。

初段真空管ヒーター用電源設計変更

前回の確認で、初段真空管ヒーターの点火は確認できたものの、レギュレーター入力電圧に全く余裕がない事が確認されました。余裕確保の為の設計変更を行います。改めて電源回路図を掲載します。

回路図中の上から２段目が初段真空管ヒーター用電源回路です。対策としては、全波整流回路の電解コンデンサーの容量アップや、電源トランスの出力電圧アップが考えられます。電解コンデンサーの容量アップは、大きな効果は期待できない反面、三端子レギュレーターの消費電力アップを抑える事ができます。一番の問題は、基板の実装スペースおよび実装高さの余裕が無いため、簡単に容量アップする事はできないという点です。

一旦本体策は保留として、次は電源トランスの出力アップを検討します。現状のトランスの二次巻線電圧は0-12-24Vを全波整流回路で使っています。

二次巻線電圧を少し上げた仕様の物を探すために東栄変成器の販売ページを確認してみました。ラインナップを確認したところ、一つ高い電圧仕様のタイプは0-15-30Vまたは0-15Vの２巻線タイプでした。２つの電源トランスの仕様を掲載します。

２つを比較したところ、単巻線タイプの方が安いのでJ-3005が候補とします。このトランスを使用した場合の１番の懸念点は、三端子レギュレーターの発熱です。AC15Vを全波整流した場合の電圧は約21Vで、三端子レギュレーターの出力が12.4Vなので、印加電圧は8.6Vとなります。負荷電流は0.3Aの為、消費電力は約2.6Wとなります。現状のヒートシンクでは能力があきらかに足りません。対策は別途考えるとして、取り付けスペースを確認してみます。久し振りに電源トランスユニットのトップカバーを外してみました。あっ！

なんと一次巻線に90Vタップがあるではないですか！このタップを使用する事で、二次出力電圧を約10%アップさせる事ができます。出力は理論上AC13.3Vとなり、全波整流後の電圧は約18.7Vになると考えられます。この場合の三端子レギュレーターの消費電力は約1.9Wとなります。採用ヒートシンクの熱抵抗は20.0℃/Wなので、消費電力が1.9W時の温度上昇は38℃になります。室温35℃時のヒートシンク温度は73℃となりかなり厳しい状況です。実際には全波整流後の電圧は理想値よりも下がるのでこれで一旦進める事にします。まずは回路図を修正します。

早速電源トランスの一次側配線を変更しました。

この状態で三端子レギュレーターの入出力電圧波形を改めてオシロスコープで観測してみました。

この結果を見ると、三端子レギュレーターに最低でも2.7Vの電圧が印加されている事が確認できました。（改造前は1.68Vでした）改造前と同様にオシロスコープの入力をACモードに変更して感度を上げて波形を観測しました。

黄色の波形が出力ですが、素直な波形となっていて、リップル電圧は3mVに抑えられました。本件は追加の出費なしで、使用タップの変更だけで解決できてラッキーでした。次回は終段のヒーター回路配線を行います。

つづく（製作編26）

2024-05-14

ローノイズ真空管アンプ（製作編24）

製作編24

電源基板実装の残りの２系統の電源の通電確認を行います。

-5V電源通電確認

この電源は、アンプユニットの電源ランプとC電源（バイアス用）に使用します。入力は主電源トランスのヒーター巻線用AC6.2Vです。XLRパネルコネクタ4,5ピンから供給します。まずは電源ランプを接続して通電確認を行いました。

結果は以下のとおりです。

緑の電源ランプが点灯しました。念のため各部電圧を確認します。

C電源系統が未負荷ですが、消費電流が小さいので問題ないとおもいます。

初段ヒーター用電源確認

どの程度効果があるかわかりませんが、今回のアンプはローノイズ化の為に初段真空管のヒーターをDC点火します。この為にわざわざ専用トランスをトランスユニットに搭載しています。回路図を念のため再掲載します。

安定化電源の発熱等考慮してヒーター用トランスを選定しましたが、ギリギリの設計となってしまった為、事前確認が必要と考えていました。まずは、５極のXLRパネルコネクタ1,2,3ピンと電源基板を接続しました。

一旦この状態で通電して、出力電圧を確認しました。出力電圧は基板実装時に調整していたので、問題ありませんでした。次はヒーター配線ですが、その前に各系統のGNDをシャーシGNDに接続します。ヒーター用電源のGNDはシャーシGNDに落とさなくとも点火する事はできますが、真空管内の他電極との電位が不定となり、最悪の場合異常動作を起こす恐れがあるので、接続しておきます。まずはB電源系をシャーシGNDに接続しました。

残りのC電源系と初段ヒーター用電源のGNDもシャーシGNDに同様に接続します。

次は初段真空管のヒーター配線をします。参考として初段真空管12AX7の端子配列図を掲載します。

上記の図のとおり、12AX7は双三極管なので、ヒーター回路も２つあります。今回は安定化電源の発熱の観点から電流値を下げる為に２つのヒーターを直列接続で使用します。よって9ピンはNCとなります。配線はこんな感じです。

初段真空管を挿して通電確認を行います。ヒーターは無事点火しました。

回路はギリギリの設計となっている為、オシロスコープを使って各部の波形確認を行います。まずは点火時の全波整流回路電圧と出力電圧をモニターしました。

波形を見ると、三端子レギュレーターの最低印加電圧が1.68Vとかなり小さいです。試しに、電源オン直後の両電圧波形をモニタしてみました。

所定の電圧に達するまで出力も全波整流電圧波形となっていますが、問題はその電圧差1.64Vです。定常時の電位差と大差なく、三端子レギュレーターの入力電圧に全く余裕がないと考えられます。念のため、オシロスコープの入力モードをACに変えて感度を上げてモニターしてみました。結果は以下のとおりです。

案の定、全波整流電圧が落ち込んだタイミングで出力波形にわずかなディップが発生していました。この結果から、三端子レギュレーターの入力電圧の余裕を確保する為の設計変更が必要な事がわかりました。方法はいくつかありますが、それぞれメリットとデメリットがあるので、検討してみます。次回は、検討結果を反映してヒーター点火の確認を改めて行います。

つづく（製作編25）

2024-05-10

ローノイズ真空管アンプ（製作編23）

製作編23

電源基板のB電源回路の通電確認を行います。

B電源通電確認

いきなり電源トランスの２次出力をB電源回路に入力するのはリスキーなので、まずは航空コネクタAC出力の電圧確認します。

ショート防止の為にダンボールに３つの線を貼り付けて確認を行いました。無負荷状態なので、トランスの定格出力電圧よりは高いですが、問題なく出力されている事が確認できました。電源を一旦オフして、電線を適切な長さにカットして電源基板の端子台に接続しました。

端子台接続時の作業性を考慮して、電線は輪を描く状態で接続しています。久しぶりに電源トランスユニットを引っ張り出して接続しました。航空コネクタの接続作業性は良くありませんが、接続後にネジ締めするので、接続の信頼性だけは良いとおもいます。通電確認は、初段用プレート電源出力に100KΩの抵抗を接続しました。通常使用時と比べるとほぼ無負荷状態ですが、通電確認用の処置です。これで通電確認の準備完了です。改めて電源回路図を掲載します。

電源トランスユニットに電源を供給すると、電源トランスユニットの赤の電源ランプが点灯します。次は電源基板の発煙の有無を監視しつつ、アンプユニットの電源スイッチをオンしました。あっ！うっすらと煙が立ち上りました。すぐさま、アンプユニットの電源をオフしました。あらかじめ低電圧を入力して通電確認を行ってきたのに・・・。やれやれ！

B電源回路再チェック

一旦電源基板を取り外して確認を行います。

煙が立ち上った部分は、全波整流用のダイオードとフィルムコンデンサの付近です。そのあたりのハンダ面、部品面を詳細に確認しましたが、怪しい部分は見つかりませんでした。仕方がなので、改めてB電源回路をマルチテスターを使って基板単体でチェックします。

問題点は見つかりませんでした。基板をシャーシに実装した事でどこかがシャーシGNDに落ちた疑いもあるので、電源基板をシャーシに取り付けて再度確認してみます。結果は、シャーシ取り付け状態でも問題点は見つけられませんでした。仕方がなので、基板実装状態で改めて、低電圧印加による通電確認を行います。ユニバーサル電源を引っ張り出して電源基板と接続し、出力を+/-18Vにセットして電源オンしてみました。

結果は、以前に基板単体で行った時と同じで問題点は発見できませんでした。再確認すべき点は全て確認したので、改めて電源トランス２次出力を電源基板に入力してみる事にしました。緊張しつつ、改めて電源オンしました。結果は前回と同様に同じ位置付近からうっすら煙が立ち上りました。すぐさま電源オフしました。とは言え、もう確認すべき点はありません。最後の手段です。発煙部分を焼損させて故障個所を特定したいとおもいます。意を決して、再度アンプユニットの電源をオンしましたが、今回は発煙しませんでした。各部電圧もほぼ無負荷状態なので定格状態より高いですが、問題なさそうです。

通電１回目と２回目にうっすらと立ち上った煙は何だったのでしょうか？部品の製造工程で使用された揮発性の物質だったのでしょうか？ネットで事例検索をしてみましたが、関係ありそうな事象は見つかりませんでした。その後様子を見ていましたが、煙の立ち上りは一切確認できていません。B電源回路の通電確認は一旦終了とします。次回は残る２系統の電源回路の通電確認を行います。

つづく（製作編24）

2024-05-07

ローノイズ真空管アンプ（製作編22）

製作編22

電源基板を取り付けて、電源の通電確認の準備を行います。

配線作業準備

出力トランスを取り付けた為、安定してシャーシ内配線を行う為にはボンネットの取り付けが必要です。ボンネットを下にして置くので、保護用にボンネットトップにダンボールを貼り付けます。トップの外形寸法に合わせてダンボールを切り取ります。

それをセロハンテープでボンネットに貼り付けます。

更にそれをシャーシに取り付ければ、シャーシ内配線の準備は完了です。

電源基板取り付け

電源基板に取り付けた電解コンデンサとボトムカバーのクリアランスを確保する為に、電源基板取り付け用の六角スペーサーを7mm長のものにしています。仮取り付けしてみたところ、シャーシに取り付けた電解コンデンサーの取り付けネジと、電源基板ハンダ面の配線間のクリアランスがあまり無い事がわかりました。M3の固定ネジは高さ約3mmでM4の固定ネジは約5mmの高さがあります。六角スペーサーの長さを変えるわけにもいかず、苦し紛れですが、平ワッシャーとスプリングワッシャーを六角スペーサーに挟んでクリアランス確保する事にします。

写真とは異なりますが、最終的に平ワッシャー２枚とスプリングワッシャー１枚を挟みました。この結果最低限のクリアランスの確保ができました。

写真はM4の固定ネジ部分ですが、基板のハンダ面まで約4mmのクリアランスの確保ができました。基板固定用のナットの状態は、ネジがツライチから少しマイナス状態ですが、問題ないとおもいます。基板を取り付けるとこんな感じです。

航空コネクタ配線

改めて電源回路図を掲載します。

通電確認をする為には、航空コネクタに接続された電源スイッチをオンする必要があります。という事で、まずは航空コネクタの配線を行います。初めに航空コネクタ１ピンと２ピンへ電源スイッチを配線します。このラインは、電源制御用のリレーの制御コイル電流しか流れないので、極細の平行ケーブルを使用しました。残りの３つのピンは、B電源用なので0.75sq電線を接続しておきます。

高圧がかかるB電源用配線接続部は、ショート保護用に熱収縮チューブを被せました。

この状態で、航空コネクタをシャーシに取り付けます。

あらかじめ、フロントパネルには取っ手と電源スイッチを取り付けておきます。電源スイッチはスナップインタイプなので取り付けは簡単です。そこへ平行電線を配線しました。

平行電線は、シャーシを端に敷線していますが、固定はセロハンテープで仮止め状態です。

電源ランプ取り付け

電源ランプはLEDなので電流値は大きくありません。ここも極細の平行ケーブルで配線します。ブラケットLEDの端子は本体から柔らかいリード直か出しなので、ハンダ付け後に熱収縮チューブを被せて保護しました。見栄えを良くする為に、その上からさらに熱収縮チューブを被せています。

それをフロントパネルに取り付けました。

電源ランプ配線も、シャーシを隅を這わせて電源基板へ接続しました。

電解コンデンサ配線

あらかじめシャーシに取り付けておいた電解コンデンサの配線をします。電線を必要な長さでカットして電源基板に接続しました。

リップルフィルタ用トランジスタ取り付け

基板通電準備の最後は、リップルフィルタ用トランジスタを取り付けます。事前に配線まで考慮して取り付け穴を開けたので、簡単に取り付けができました。

これで通電準備は完了です。次回は電源基板の通電確認を行います。

つづく（製作編23）

2024-05-03

ローノイズ真空管アンプ（製作編21）

製作編21

残りの部品の仮実装確認を進めます。

バイアス基板改造

バイアス基板は初号期の基板を改造して使い回します。オリジナルの基板は以下のとおりです。

オーディオ製作趣味復帰後、まもなくの製作だったため、配線が汚いです。電線の接続は、基板ポストに半田付け仕様となっていますので、再利用前に端子台に置き換えます。２ピンの基板ポストは、両ピンをコテで暖めると容易に外す事ができました。

取り外した部分に２極の端子台を実装します。端子位置は内側を合わせると外側が１ピンずれます。

まずは２個交換しました。

基板がフラックスで汚れていますが、性能には問題ありません。150Ωの大型抵抗が端子台と干渉しましたが、１穴内側にずらして実装しなおして干渉を回避しました。２枚ともに各３個の基板ポストを端子台に交換しました。

L字ラグ実装

最初はGND配電用のL字ラグを改造します。改造前はこんな感じでした。

この状態では配電用の配線がやりにくい上に、L字ラグでシャーシGNDに落とせません。ポリウレタン被覆電線を各端子のハトメ部分に移します。ハンダにパワーが必要なので、40Wのコテに変更しました。改造はわりと容易にできました。

次は電源配電用L字ラグ板を同様に改造しました。

片側をB電源、反対側をC電源の配電用に使います。改造後のL字ラグ板を仮取り付けしたところ、R-ch取り付けで、GND配電用のL字ラグと干渉する事が発覚しました。L-ch側はツライチで実装可能でした。穴位置をずらす事も考えましたが、シャーシに不要な穴が残ってしまうので、小型のL字ラグを代替使用する事にしました。各ラグ端子とシャーシ間距離が近いので、ナットでかさ上げして固定しています。

干渉問題が解決したので、小型L字ラグ板を改造します。

改造したL字ラグ板３枚と、使い回しのカップリングコンデンサ用L字ラグ板を取り付けてみました。

クリアランスに余裕はありませんが、問題なく取り付けができました。

出力トランス取り付け

初めにキズ防止用に天板にダンポールを貼り付けます。

もう１台も同様に貼り付け、シャーシに取り付けてみました。

ネジ位置に問題なく、簡単に取り付ける事ができました。

電解コンデンサ取り付け

残りは３個の電解コンデンサ取り付けです。取り付け前に、端子のショート保護用に熱収縮チューブを被せます。

熱収縮チューブは以前に、アマゾンでいろんなサイズのセットを購入したので、このような際に便利です。小型の電解コンデンサーは１サイズ小さい熱収縮チューブを使用しました。

上記の状態で、電解コンデンサー３個をシャーシに取り付けました。

シャーシの内側はこんな状況です。

ひととおり部品を組み付けたので、せっかくなので真空管を装着してみました。

内部配線を一切行っていないので、ヒーターすら点火しません。実はその後、終段管の取り外しに苦労したので、不要な装着は控えるべきと思い知らされました。次回は電源基板を取り付けて、電源通電を開始します。

つづく（製作編22）

2024-04-30

ローノイズ真空管アンプ（製作編20）

製作編20

引き続きシャーシへ部品取り付けの為のシャーシ加工を行い、加工が一通り終わったら、部品を取り付けて干渉等の確認を行います。

L字ラグ取り付け

L字ラグは、電源やGNDを配電する為に取り付けます。今回使用するL字ラグはすべて再利用品です。最初にGND配電用のL字ラグの取り付け加工を行います。取り付け位置は左右チャンネルに均等に配線できるように電源基板と真空管の間の左右センター位置とします。取り付けはM3ネジナットを使用するので、φ3.2の穴を開けました。

写真では、各端子を接続するポリウレタン電線が端子の上部に半田付けされていますが、本取り付け前に基板のハトメ部分に変更して、L字ラグでシャーシGNDが落ちるように変更する予定です。次は電源配電用のL字ラグと、初段と終段間のフィルムコンデンサを実装するL字ラグの取り付け加工をします。シャーシにスペースの余裕がないので取り付け位置はほぼ一択状態です。

反対のチャンネルも同様に加工しました。

B電源用チップジャック

終段のバイアス電流を調整する為に、B電源の電圧をモニタする必要があるのでB電源用のチップジャックを取り付けます。せっかくなのでGND用のチップジャックも取り付けます。取り付け位置は、いろいろと考えてましたが、電源基板とバイアス調整基板の間としました。取り付け穴はφ6の円の両側を5mmにカットした形状です。加工後、早速取り付けてみました。

シャーシ上面はこんな感じです。

部品取り付け確認

シャーシの加工がひととおり終わったので、出力トランスと電解コンデンサ以外の部品を取り付けてみます。

見た感じはいいです。スピーカーターミナルですが、回り止め加工を行ったものの取り付けが安定しません。ナットの締め付けを上げてもぐらついてしまいます。状況を確認したところ、板金の板厚に比べて回り止め用樹脂の想定板厚が厚い事がわかりました。

写真部品中心部の立ち上がった部分が板金に入りますが、高さが約2mmとなっています。一方、加工中のケースの板厚は測定したところ約1.2mmでした。これではナットをいくら締め付けても、シャーシ板金に固定はできません。元のアンプではそんな事はなかったので、ケースの仕様を念のため確認してみました。

上の表は、MKシリーズの構成部品の仕様です。３のシャーシが該当部品ですが、MK-300のみt=1.0で他のモデルはt=1.5との事です。過去の結果および上記測定結果と一致しません。もやもやな気持ちを持ちつつも深追いはせずに、対応を考えます。板金の反対側から押さえる樹脂部品が板金を押さえるようにすればいいので、立ち上がり部分をヤスリで削る事にしました。

意外と手間がかかりましたが、この程度けずれば問題なく固定できそうです。

削った樹脂部品を使って、改めてスピーカーターミナルを固定しました。ぐらつきの問題は解決しました。全部品取り付け後のシャーシ内部はこんな感じです。

いい感じではないでしょうか？次回はL字ラグの修正およびバイアス調整基板のポストを端子台に変更して、残りの部品の取り付け確認を行います。

つづく（製作編21）

2024-04-26

ローノイズ真空管アンプ（製作編19）

製作編19

電源基板とリップルフィルター用トランジスタの取り付け加工を行います。

電源基板取り付け加工

電源基板は、シャーシサイズの都合で電解コンデンサーとオーバーラップして配置します。取り付け位置は、電解コンデンサーの端子との干渉を考慮して、電解コンデンサー取り付け後に現物合わせで決める事にしていました。初めに電解コンデンサーへコンデンサークリップを取り付けます。取り付け用のネジはアマゾンでSUSネジのセット売りを購入しました。

M3x6～Mx6までトータル16種類のセットで、1,899円です。値段はこんなものでしょうか？中身は各種ネジとナットが整理されパーツボックスに入れられています。

これを使ってコンデンサクリップを締め付けました。

大きい電解コンデンサはM4を小さい方はM3を使っています。基板とシャーシのクリアランスが10mmしかないので、コンデンサの端子の先端がシャーシ位置となるようにコンデンサーを浮かせて固定しています。端子はショート防止の為に、後で熱収縮チューブで処理したいとおもいます。早速シャーシに取り付けてみました。