Dynaco MK3の改造(25)三結・無帰還に変更2018年01月03日 21時35分49秒

みなさま、あけましておめでとうございます。

元旦は仕事が入り、我が家は昨日から3日間の休みをいただいている。この時期としては気温は高めで吹雪にもならず、まことに静かな正月である。近くの公園では小さな子供がソリ遊びをしている声が聞こえてきた。

さて、「年の初めのためしとて♪」の懐かしい歌にあるように、昨年からの課題に挑戦する。
ターゲットはDynaco MK3。改造当初はメリットに目が行ったが、時間が経つにつれデメリットが目立ってきた。音が前に出るのは良いのだが、どこか詰まっている印象がつきまとう。気になり始めるとどうにかしたくなるものだ。

それで結局、三結、無帰還になった。
改造は簡単で、片チャンネルなら30分もかからない。KT-88のスクリーングリッドは一般に100Ωから1KΩ程度の発振防止用の抵抗をシリーズで入れる。以前は510Ω抵抗を入れていた。今回は、省スペースの目的もあってちょうど手元にあったファインメットビーズを使ってみた。
回路図は以下の通り。

U1とU3のカソード抵抗270Ωはそのまま残してカソード同士をジャンパー線で接続する。こうすると初段は差動増幅となり、ゲインが増大する。測定したら仕上がりゲインは31dBとなった。ちょっと高めであるが、ゲインが高いと音も躍動感が増すように感じるのでこのままとする。

作りっぱなしではいけない。早速歪率を測定する。
周波数による歪率の差はわずかで、ほぼ揃っている。カーブは典型的な無帰還アンプそのものである。スピーカーシステムの能率が高いので5Wまで測定しておけば十分である。
シミュレーションと比べると実測値とおおよそ一致した。
ちなみに、このときに KT88のアイドリング電流は55mAに設定している。
周波数特性を測定したら、-3dBポイントは35KHzであった。

さて、出てきた音はどうか。
実にいい。何か今までつっかえていたものが取れ、のびのびしていて気持ちが良い。心まで晴れやかになってくる。やはりアンプは無帰還に限るのか。それとも、高帰還アンプで良い音に仕上げるためにはそれ相応のノウハウが必要だということだろうか。

ただ気になるのは、ダンピングファクターが小さいためなのか、低音がボンつく場合がないでもない。これを抑えようとすると、おそらく全体に活気が失われていく可能性がある。これは今後の課題だろう。

Dynaco MK3の改造(23)回路図の改訂2017年11月26日 20時17分05秒

使っているうちに、幾つかの改善点が見つかったので追記しておく。手を加えたのは以下の4箇所。

(1)SG1, SG2からの帰還コンデンサーC11, C12は従来120pFであったが、これを100pFに変更。

(2)初段部のB電源につながるリップル抑制回路に、寄生発振防止用のゲート抵抗R25を追加。

(3)同回路に、Vgsが定格を超えて素子が故障するケースがあったので、G-S間にツェナーダイオードD2を追加し、定格電圧以内におさまるようにした。

(4)同回路のソースとグランド間に120pFのコンデンサーC13を追加した。

(2)(4)の処置を行ったのは、実は左チャンネルで発振が観測されたためである(なぜか右チャンネルは発振していなかった)。ソースフォロワは発振しやすいことに以前から気がついていたが、今回もやっぱりであった。発振周波数はオシロで観測すると28MHz付近。

(3)については、回路を設計したときから不安があって、頭の隅にひっかかっていた。詳細なシミュレーションをしてみると、完全にアウトであることが判明。これでMOSFETを三個壊してしまった。幸いにしてここが壊れても初段にはきちんと電圧がかかるので動作には支障が出ない。ただし、ハム音が増大するので異常であることがわかる。

対策を行う前は、どこか高音域に引っかかりを感じてお尻がむずむずして落ち着かなかった。対策後は、安心して聞いていられる音に変身。Dynaco本来の音がやっと出るようになった。根強いファンがいる理由がよく分かる。

次に目標としては、サークロトロンの初段を真空管化し、最終的にはDynacoを凌駕したいと考えている。

Dynaco MK3の改造(20)位相補正2017年11月13日 22時56分07秒

ジャンク箱をあさったら120pFが四個出てきた。耐圧は100V。早速NFB抵抗の10KΩにパラってみた。ところが出てきた音はあまり芳しくない。相変わらず高域に癖がある。

こうなると、オリジナル回路と異なるところに手を付けることになる。どこかと言えば、出力段KT88のスクリーン・グリッド(SG)から初段のカソードに100pF(オリジナルでは390pFとなっている)で帰還をかけるところ。これがどれくらい効くものなのか、いろいろ検索してみたけれど情報がない。渡辺直樹先生がMJ1997年7月号でDybnaco MK3を取り上げているのだが、なぜかこの部分については言及がない。

日曜日に注文していたマイカ・コンデンサが届いたので早速ハンダ付け作業に取り掛かった。10KHzの矩形波を入れたときの出力波形は次の通り。
気になっていたオーバーシュートはきれいになくなっている。

音を聴いてみた。驚いた。これが同じアンプかと思うほど音の姿かたちが違う。詳細はまたあとで。

Circlotron 改造2017年11月05日 22時03分00秒

前回、Dynaco MK3改造版と比較して長所も見られたが、高域に弱点があることを書いた。初段の動作に無理があるとの推定である。

初段2SJ74にかかる電源は終段と共通となっているため、音声信号に同期して電圧が変動する。そのため2SJ74は理想動作できず、歪が発生するとの見立て。

対策は簡単でカスコード接続にして2SJ74のD(ドレイン)にかかる電圧を固定すれば良い。そこで机の引き出しにしまってあったMMBF5461を追加することにした(回路図では2N5460となっている)。
シミュレーションによれば、たったこれだけの変更で格段に歪率が改善されるはず。

ついでに懸案となっていた幾つかの事項も見直した。
1)GS66502Bが突然故障することが数回あった。数週間前には、近所に雷が落ちたのがきっかけで両チャンネルともお亡くなりになった。はずしてみると、G-S間がショートしている。
故障の直接の原因は不明であるが、G-S間電圧最大定格は±10Vと規定されていて、これを超えた可能性もある。そこで保護措置としてツェナーを入れることにした。

2)はずしたGS66502Bの外観を観察すると、ソースのパットに盛ったハンダが変色している。ハンダの融点に近くまで温度が上昇した可能性がある。ドレイン電流は600mAに設定していた。ドレイン損失はおよそ12W。きちんと熱対策をしていればこんなことは起きないはず。基板の熱放出がうまくいっていないのだろう。
対策としてドレイン電流を下げて300mAとした。おかげで放熱器はほとんど暖かくならない。これでもきちんと音が出る。

3)GS66502Bの性能がよいため、仕上がりの周波数特性は1MHzあたりまでのびる。さすがにこれでは問題がありそうなので、帰還抵抗に330pFをパラ接続した。

3日に完成して、現在エージング中。改造前に問題となっていた高音域の違和感は解消した。非常に滑らかで、安心して聴くことができる。

Dynaco MK3に比較すると、全体に解像度が高く、あいまいさが感じられない。ただこれが楽しい音楽として聴こえるかどうかは微妙なところ。なんとなく冷静な感じ。もっと熱く訴えてほしいのだが。これは2SJ74の持ち味にちがいない。これに比べると終段は初段の音色をそのまま出力するという性格があるように感じられる。全体の音は初段で決まっているのではないか。

こうなると、初段をWE420Aで動かしてみるのが次の目標として見えてくる。

Dynaco MK3の改造(15) ハムノイズ対策2017年11月02日 16時53分37秒

完成したと喜んだのはいいが、ショートロードホーンの817Bからハム音が聞こえてくる。能率が高いのでちょっとしたノイズでも気になる。

出力端子に4Ωのダミー抵抗をつけ、入力オープンの条件で測定し見ると1mVrmsを超えるノイズが出ている。オシロで見るときれいな100Hzのサイン波が見える。

そもそもバランス増幅回路なのに、これほど大きなノイズが出るのはよくあるようなアースの不備とか誘導によるものとは考えにくい。絶対に何かを見落としているに違いない。が、それがわからない。

原因をさぐること三日間。なにをやっても空振り状態。まったく原因がつかめない。もうあきらめかけたその時、ヒントが見つかった。

初段のプレート抵抗はホット側とコールド側と二つある。そのプレート抵抗の共通ポイントに電源電圧が与えられる(回路図で+453Vとあるところ)。そこへ、だめもとで15uFのコンデンサをつないでみた。ノイズ電圧が低くなる。「おや?」 オシロでリップルを測定すると、コンデンサを入れる前は106mVrmsあったのが、これを入れると57mVrmsに低下する。これにともないノイズレベルは0.44mVrmsになる。あきらかに相関関係がある。

ここで自分の思い込みに気がついた。初段はバランス増幅で正負の入力が同じであれば同相雑音は抑圧され、終段のKT88のグリッドには伝達されないと思い込んでいた。確かに理想素子で構成された回路であるならばそうなる。しかし、物事にはばらつきというものがあって、ホット側とコールド側が全く同じ動作をすると期待はできない。

終段管はかならずバイアス調整をしてプッシュプルのDCバランスをとらなければならい。ペアマッチ管を使っていても差を0.5mA以内に収めようとすると、ホット側とコールド側のグリッド抵抗の値に差が生じる。その結果、電源のリップルが十分に抑圧されず、出力に漏れ出ることになる。

原因がわかれば対策が見えてくる。初段に供給する電源のリップルを極力抑えればよい。よく見ると、CEAのホームページに掲載されている回路図にはすでにきちんと定電圧回路があるではないか。これの意味を理解していなかった私の落ち度である。これを学ぶために休日の貴重な時間を無駄に費やしてしまった。いや、多分将来のための肥やしになったに違いないと納得させる。

そのリップル抑制回路について。
当該箇所は最大でも550Vの電圧がかかる。なみの半導体は使えない。机の中を探すと幸いにもCREEのSiC-MOSFETであるC3M0280090Dが眠っていたのを発見。最大定格Vds=900Vなのでちょうどよい。
ほかにもSolenのフィルムコンデンサが300Bシングルアンプ用にとっておいたのがあったので、これを借用。30分で作り上げた。

その結果、リップル電圧は3.6mVrmsに低下。雑音電圧は280μVとなった。チャンピオンデータは150μVだった。これで世間に出しても恥ずかしくないアンプとなった。やれやれ。
ところで他のアンプはどうなっているのだろうと、過去のラジオ技術誌をパラパラめくってみた。旧聞に属するが、氏家高明先生がつくられた91B風の300Bシングルアンプは、0.2mV以下であったと報告されている。武末数馬氏のアンプに至っては42μVとある(1996年7月号)。さすがである。実際やってみるとわかるが、この値に到達することがどんなに大変なことか。

改定後の最終回路図を掲載する。