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真空管-FETハイブリッドアンプの定数を直してみた。

真空管の特性を測定しなおしたので、ハイブリッドアンプの定数も直してみました。
プレート負荷抵抗Rpの値を、EP=8Vになるようにセットします。
EP-IP_Zoom_1ch_12AV7.jpg
1chは上のグラフから、Rp=4.3kΩとします。
EP-IP_Zoom_2ch_12AV7.jpg
同様に2chはRp=2kΩとします。

それぞれのchのアンプ利得αは、1chがα=27.7×4.3÷(4.3+17)≒5.9、2chはα=28.8×2÷(2+9.1)≒5.2となりました。
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真空管を低電圧で動作させたときの特性を調べなおしてみた。(その2)

前回に引き続き、今回はEG-IP特性を調べてみました。これから相互コンダクタンスgmがわかります。特に今回はEP=8Vのときのgmを算出します。
まずは1ch。
EG-IP_1ch_12AV7.jpg
傾きから、相互コンダクタンスgmは約1630μSとわかります。
ついで2ch。
EG-IP_2ch_12AV7.jpg
これも1chとはかなり特性が違うことがわかります(※左の縦軸目盛りにご注意。スケールが1chとは異なっています)。相互コンダクタンスは約3160μSということがわかりました。

前回もとめた内部抵抗と今回の相互コンダクタンスから増幅率μを求めると、1chは約27.7、2chは約28.8となりました。これだけ特性が異なってもμがあまり違いないということに驚きです。

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真空管を低電圧で動作させたときの特性を調べなおしてみた。(その1)

『真空管を低電圧で動作させたときの特性を調べてみた。』で調べた真空管は「12AV7」という、三極管が2つ入った「双三極管」と呼ばれるものです。
1-全画面キャプチャ 20140226 22209

真空管というのは1本1本の特性はかなりバラバラです。それは双三極管の中の2本同士でも同じことが言えます。
仮に、それぞれを1ch・2chと呼んだときにそれぞれの特性が同一であるということは殆どありません。

なので、それぞれの特性を調べなおしてみました。
1-DSC03934.jpg
「はんだづけカフェ」さんの設備をお借りしました。

EP-IP特性から内部抵抗を調べます。
まずは1chから。
EP-IP_1ch_12AV7.jpg
グラフの傾きから、内部抵抗rpは約17kΩと判明しました。これは先日の測定結果と大きく違いありません。
ついて2ch。
EP-IP_2ch_12AV7.jpg
1chと比べるとかなり異なっていることがわかります。内部抵抗rpは9.1kΩでした。倍近い差ですね。
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【謹告】馬鹿アンプ生産終了

スイッチサイエンス様にて委託販売中の「馬鹿アンプ」キットは、現在の在庫をもって販売終了と致します。
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【謹告】3/1(土)、ワークショップ(工作教室)を開催します。

3月1日(土)、はんだづけカフェさんにて初心者向けワークショップ(工作教室)
を開催いたします。


1)「平ラグ板にLEDフラッシャー(Lチカ)を作ろう」
★「平ラグ板」に、自分で部品を配置してはんだづけを行い、LEDがピカピカ光る回路を組み立てます。はんだづけをしたことのない方でも組み立てやすい教材です。
対象:小学生以上の方
参加費:部品代として400円
所要時間:約30分の予定
申し込み:不要(飛び入り参加でOK)
ご用意いただくもの:なし

2)「電池ボックスにヘッドホンアンプを組み立てよう」
★単3乾電池のボックスの1本分のスペースに、トランジスタでヘッドホンを鳴らせる回路を組み立てます。完成後切替え器を使用して、プレーヤー直接の音とアンプを通した音の違いを聞き比べることが出来ます。
対象:小学生以上の方
参加費:部品代として500円
所要時間:約1時間の予定
申し込み:不要(飛び入りで参加OK)
ご用意いただくもの:お手持ちの、携帯音楽プレーヤー・スマホなど音楽を再生するもの、ヘッドホン・イヤホンなど音楽を聴くもの(※お持ちいただかなくても参加は可能です。)


●ご注意
当日は、はんだづけカフェさんの通常の営業も行っています。特にワークショップ用に席を空けてあるわけではありませんので、一般のお客様で席が埋まった場合には受付を一時的に停止いたします。
部品の用意の関係上、各プログラムとも先着10名様までとします。但し、はんだづけカフェさんの営業時間内に追加が可能であれば、部品を買いだして追加することもあります。
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真空管-FETハイブリッドアンプの定数を決めてみた。

真空管を電圧増幅段に使用し、電力増幅段にFETを用いた「真空管-FETハイブリッドアンプ」を設計してみました。
こんな感じになりました。
1-全画面キャプチャ 20140223 42643

FETを用いたのは、段間に結合コンデンサを不要としたかった意図があります。
電力増幅段はソースフォロワとし、プレートバイアス電圧をFETのゲートにそのままかけて、バイアスとして使うつもりでいたからです。

まず、電力増幅段に用いるFETは、秋葉原の秋月電子通商で売っていたものから、特に何も考えずに安かった2SK2232を買ってきて使うことにしました。
このFETを調べると、ドレイン電流が数100mAのときのゲート電圧は2V程度ということがわかりました。
ソース抵抗には7V程度をかけようと思っていたので、プレートバイアス電圧は約9Vになります。よって、プレート負荷抵抗での電圧降下は約3V必要になります。

この3Vの電圧降下を得るプレート負荷抵抗を求めるため、先のプレート電圧-電流カーブの表に負荷線を引いてみました。
12AV7_Ep-Ip_2.jpg
この表から、約3Vの電圧降下を得るためには、3.3kΩの抵抗を用いればよいことがわかります。
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【謹告】初心者向けワークショップ(工作教室)を開催します。

本日、2月22日(土)、はんだづけカフェさんにて初心者向けワークショップ(工作教室)「平ラグ板にLEDフラッシャー(Lチカ)を作ろう」を開催いたします。

対象:小学生以上の方
参加費:部品代として400円
所要時間:約30分の予定
申し込み:不要(飛び入り参加でOK)
ご用意いただくもの:なし

当日は、はんだづけカフェさんの通常の営業も行っています。特にワークショップ用に席を空けてあるわけではありませんので、一般のお客様で席が埋まった場合には受付を一時的に停止いたします。
部品の用意の関係上、先着10名様までとします。但し、はんだづけカフェさんの営業時間内に追加が可能であれば、部品を買いだして追加することもあります。
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電流出力ヘッドホンアンプの基板を書いてみた。

変態ヘッドホンアンプと同じように、電池ケースに入る大きさで電流出力ヘッドホンアンプの基板を書いてみました。
Bb7fcL9IcAAxo1t.jpg
変態ヘッドホンアンプ基板(参考)
BcVTfVLCEAMlT3I.jpg
電流出力ヘッドホンアンプ(ユニバーサル基板組み)

変態のほうは10cm角に12面つけをして20枚発注したので240台分もできましたが、こちらは5cm角に3面だけつけて10枚だけ発注したので30台分になります。
レイアウトはこんな感じになりました。
10-P4_10010_CD_HEADPHONE_AMP_3L.jpg
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YAHAアンプに関する疑問と考察

ネットを検索してみると、YAHAアンプの製作例は結構あることが分かります。
ですが、それらを見ていてひとつの疑問が出てきました。

どの製作例も、プレート負荷抵抗Rpの値がおしなべて47kΩと非常に高いのです。
原典では確かに47kΩを採用していましたが、単純にそれに倣っているだけなのでしょうか?

原典で使用されている管は「ECC88」でした。
この管はデータシート状では、今回特性を調べた12AV7に比べると相互コンダクタンスgmが倍程度あるのですが増幅率μは逆に小さいため、内部抵抗rpはずっと小さいものと思われます。
※もっとも、この管を12Vで使用した場合にμやrpがどのようになるのかは分かりません。データシートに記載の値はあくまで定格電圧(100V程度)で使った場合のものですから。
それでも47kΩという高い抵抗を使っているところを見ると、アンプの利得αは数10程度を見込んでいるように思われます。

ただ、このままだとプレート電圧が極端に低くなってしまいます。原典では「約6.8V」という表記が見られますが、まともな動作をこの管がしているならばおそらく2~3Vしかかかっていないのではないでしょうか。あるいはもう既にまともな動作をしない領域に入り込んでいるのかもしれません。

実機を測定したわけではありませんから確かなことはいえませんが、いずれにしてもこの原典通りに作ってもまともなアンプにはならないような気がします。
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低電圧で真空管を駆動させるアンプを設計してみる。

先の実験で、真空管を12Vで駆動してもアンプになりそうだったので、これで実際にアンプを設計してみます。
といっても、実質的にはプレート負荷抵抗を決めるだけですが。

プレート負荷抵抗をRpとすると、アンプの利得αと真空管の増幅率μ、真空管の内部抵抗rpの関係は
        Rp
  α= μ --------
      Rp + rp

となります。
rpとμは既にわかっているので、αを決定すればRpは求まります。
         α
  Rp = rp ---------
       μ - α

ヘッドホンアンプに使用するのであって、入力をスマホのイヤホン端子やライン出力にするのであれば、αはせいぜい2もあれば十分でしょう。このとき、Rpは約1.5kΩにすればよいことがわかります。
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プロフィール

@ぽっけ

Author:@ぽっけ
底辺Makerを自負する@ぽっけが日々製作している「初歩の電子工作」の記録です。
自分で「あっ、あれ欲しい!」と思ったものを猪突猛進、地で製作しています。

★略歴

電子工作は中学のとき、授業でやるよりも早く自分で始めました。・・・といっても小遣いも少なく技術も未熟だったので、ラジオを作るのさえもやっとでした。

高校・大学でも工作を続け、大学在学中にようやくトランジスタ回路の基礎が理解できるようになってきました。

大学卒業後はメーカーに就職し設計職で忙しい毎日を過ごす中で工作からは遠ざかっていましたが、事務職に配転となり時間に余裕ができてまた工作を始めました。そんな中で2011年のCP+(カメラショー)併設展の「Business Meets」に出展していたテキサス・インスツルメンツのブースで「MSP430 Launchpad」に出会ってから、マイコンを使った電子工作を始めました。

また、鉛フリーはんだに興味を持って、10数種類のはんだをリールで購入。個人で使うには約1200年分の在庫を持つという暴挙を成し遂げ(?)ました。

★イベント出展実績
●Make: Tokyo Meeting 07
●Make: Ogaki Meeting 2012
●Maker Faire Tokyo 2012
●ニコニコ超会議「作ってみタワー ワークショッププロジェクト」
●NT金沢2013
●Maker Faire Tokyo 2013
●ポタアン自作er展示会 atポタ研2014冬
○NT金沢2014(予定)

☆TwitterID:
  @pokke_yamada

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