[真空管とＤ級アンプの接続方法]

このアンプの回路の要点は、真空管とD級アンプをどのように結びつけるかです。単純にラインアンプをD級アンプの前に配置して一体型のケースに収めても、真空管サウンドを楽しむことは可能かと思いますが、もう一ひねりしてみたかったわけです。

今回採用するＩＲ社のＩＲＳ２０９２のデータシートを眺めていたら、このＩＣは、単純にパーワーが大きなオペアンプの構成を取っていることがわかりました。ＩＣの中ではＰＷＭ変調を行っているので、高域のＦ特に関しては通常のオペアンプと同じになりませんが、スイッチング周波数である約４００ＫＨｚ以下の周波数領域ではオペアンプとして取り扱ってかまいません。そうであるならば、『トランスインピーダンス回路』を形成して、五極管の高いインピーダンスで電流ドライブしたら面白かろうと思った次第です。

オペアンプの基本動作に関しては、ネットでいくらでも調べることができますが、以下の図によって簡単におさらいします。

図１が反転増幅の基本形で、そのゲインはＲ１とＲ２の比で表わすことができます。つまり、Ｒ１＝１ＫΩ、Ｒ２＝１５ＫΩならばこの回路のゲインはマイナス１５倍となります。「マイナス」の意味は位相が反転していることを表わします。

図２は、図１の信号源が電圧源であったのを電流源としたものです。電流源は内部抵抗が無限大ですから、直列にＲ１の有限値の抵抗を加算しても意味が無く、Ｒ１は消してあります。信号源から流れ出した信号電流（Ｉｉｎ）アンペアは、全量がＲ２に流れ込みます。なぜならば、オペアンプ入力は無限大のインピーダンスのため流れ込むことができず、全電流がＲ２を流れざるを得ないからです。従ってＲ２の両端にはオームの法則により、Ｉｉｎ　ｘ　Ｒ２の電圧が発生していることになります。Ｒ２の左端の電位は「イマジナリショート」により、非反転入力とほぼ同じで、この回路の場合ＧＮＤ電位になります。従って、Ｒ２右端の電位はマイナス（Ｉｉｎ ｘ Ｒ２）ボルトになります。

図３は五極管の増幅回路を簡略化して書いたものです。五極管は三極管と違って内部抵抗がきわめて大きく（今回採用の６ＳＪ７では約５００ＫΩ）、電流源出力として取り扱っても大きな誤差はありません。五極管の第一グリッドにＶｉｎの信号を加えるとプレート側には電流源出力として、マイナス（Ｖｉｎ ｘ ｇｍ）アンペアの出力が得られます。「ｇｍ」は真空管の「相互コンダクタンス」です。

図４は今回採用した回路を模式化したもので、図２と図３をシリーズに接続したものです。五極管で電流源変換されたＩｏｕｔはそのままオペアンプのＩｉｎとなり、Ｒ２に流れます。図４の出力は、図２の式に図３の式のＩｏｕｔをＩｉｎと書き換えて代入すれば、Ｖｏｕｔ＝（Ｖｉｎ ｘ ｇｍ ｘ Ｒ２）が得られます(真空管で位相が反転し、オペアンプでも反転しますので、アンプ全体では反転しない動作となります)。

つまり、このアンプは、入力信号であるＶｉｎを単純に（ｇｍ x R2）倍して出力するだけです。Ｒ２は固定抵抗ですから、良質なものを使えば非直線性は無いとして扱ってかまいませんが、ｇｍは一定ではなく、入力信号レベルに対応して変化します。この非直線性が、いわゆる「真空管サウンド」を形成しているのではないかということが本機の狙いの一つです。今回は五極管として、６ＳＪ７を用いましたが、他の五極管を使えば直線性が異なります。また、三極管を使えば、電圧ドライブと電流ドライブの中間的な動作になりますから異なった音を楽しむことができるでしょう。

[電流帰還について]

以下は、今回のアンプの原理を説明するための基本ブロック図です。

前項で、Ｄ級アンプを電流源ドライブする本アンプの基本構想を説明しました。ここでは、もう一つの特長である「電流帰還」について説明します。

真空管との接続は直結として構成することも可能ですが、ドリフトや電源の複雑化をきらい、今回はＡＣ結合を用いました。上の図の６．８μＦがカップリングコンデンサーです。その下の１０ＫΩはプレートのバイアス電流を流すための抵抗です。図５において、５１ＫΩ（ＲＦＶ）が前項で説明したＲ２に該当する電圧帰還抵抗です。

本機では、上記、電圧帰還に加えて電流帰還もかけてみました。理由として、私の持っているスピーカーはダンピングファクターを上げすぎずにＤＦ＝２前後にしておいたほうが音が良いためです。私の自作真空管アンプは、ＤＦ＝２〜４位に設計するのが常です。半導体アンプでは、このような低いＤＦを作り出すのが難しいですが、電流帰還を使えば達成できます。

１Ω（ＲＳ）はスピーカーと直列に入っているのでボイスコイルの電流と全く同じ電流が流れます。したがってその両端にはボイスコイル電流に比例した電圧が発生しています。この電圧を２２ＫΩ（ＲＦＣ）を介して帰還することにより、電流帰還が達成できます。ここで注意しないといけないのは、電圧帰還がＬＰＦの手前から帰還されているのに対して、電流帰還はＬＰＦ後となります。電流帰還も負帰還ですから、帰還量を増やすとせっかくのＬＰＦの減衰特性を平坦化させ、フィルタの切れが悪くなってしまうことです。本機では電流帰還を欲張らないように少なめにしておきました。ＬＰＦの減衰特性も変化しましたのでシミュレーションにより最適値をもとめました。その結果、コイルのインダクタンスは６０μＨとなり、今までに発表例がない大きな値になりました。コイルの巻数が大きくなり直流抵抗が増加しますので、コイルの選択には悩みましたが、ジャンク屋で以下のような良いものを見つけ、ブログで報告してあります。

http://ja1cty.at.webry.info/200906/article_3.html

２００９年８月２４日現在のアンプ回路図は以下です。入力信号を単純に（ｇｍ　ｘ　Ｒ２）倍するだけなのに結構複雑な構成になります。

(2009.9.28)