【回路】300Vで動かす半導体アンプ（７） 詰んでいる

自作の多い生涯を送って来ました．

いろんな物に手出しすると失敗もします．10個中９個は失敗．成功は１個ぐらいです．

しかしそれでいいんです．

なぜか？

　・やってみなけりゃわからない

　・無計画、まずは手出し、出たとこ勝負、現物合わせ

　・ダメだったら素直に死ぬ

　・経験値がいくらか上がればそれでいい

麻雀打つ人っていつも↑こんなメンタルじゃね？

現在、300V FETアンプを作っていますが、ほとんど死んでるレベルの問題に２つもブチ当たっています．

PCBの火入れをする前に、いろいろとsimulationをしているのですが、なかなかうまくいきません．その原因を突き詰めると、回避不能かもと思えてきます．今回は回避困難な事情についてです．

詰みその１：出力トランスの低域通過特性が悪いため、電力がしょぼくなる

購入した東栄変成器T-850/12kの入出力抵抗は、12kΩ：4～8Ω　であります．最大出力SPECは２W．設計目標としては１Wは出したい．

↓LT-SPICEにおける同トランスのsimulation parameterはこうなってます．

　１次インダクタンス：12H　（実測）

　２次インダクタンス：9.1mH　（実測）

　結合係数：0.9999　（ごついトランスはこんなもんらしい）

↓このトランスのT型等価回路は１次側でこうなります．

1kHzに対する12Hのインピーダンスは、

　ｊωＬ →　ωＬ ＝ 2x3.14x1000x12 ＝ 75kΩ

１次側の12kΩに対して75kΩは十分に大きいので、問題なし。

ところが、100Hzに対する12Hのインピーダンスは、

　ｊωＬ →　ωＬ ＝ 2x3.14x100x12 ＝ 7500Ω

１次側の12kΩに対して7500Ωは不十分なので、100Hzは12Hに半分ぐらい分流してしまい、－6dB＠100Hzぐらいに低下します．

「真空管アンプにはwooferをドスドス鳴らす能力が無い」と聞いていましたが、出力トランスも原因の１つかと悟りました．

NFBでリカバリできないか？

この出力トランスの最大出力電力は2.4Wであると計算されます．それはDC 20mAmaxというSPECから、フルスイング電流が40mApp＠12kΩになるので、P=I*I*R=2.4Wだからです．

ただし、この2.4Wはトランスを円満に通過できる1kHzでのハナシであります．

通過電圧が-6dBになってしまう100Hzでは2.4Wなんか無理で、0.5Wぐらいしか２次側へ伝わりません．

それをリカバリするのがNFBですが、NFBというものは「強きを挫き弱きを助く」行為ですから「1kHzを挫き100Hzを助け」ます．すなわち、全帯域を弱い100Hzの性能に合わせます．そのためアンプ出力は0.5Wでflatになってしまって、ラジカセにも劣る音量しか出ないでしょう．volumeを上げても音が割れてしまいます．

これじゃぁ目標性能に達しません．最低でも１Wは出したい．

１万円ぐらいするトランスじゃないとダメなのか．詰みだ．

simulationと実測が異なるのにワンチャン賭けようそうしよう．立直一発自摸ドライチだっ．

詰みその２：使えるFETが存在しない

現在のパワーMOSFETの用途はSW素子に極振りしてます．SW素子ですから、600V耐圧ですと小さくても1.5Aなどと高電流対応の製品ばかりです．（小型packageならあるんだが）

しかしわたしがアンプ用として欲しいFETは、600V 100mAぐらいなんです．小型の真空管がちょうどそんなくらいです．

大は小を兼ねると言いますから、600V1.5Aでも使えるじゃんと思うでしょう．ですが、ちょっと困った事がありまして、ゲート容量が350pFぐらいあります．6A級だと1000pFを優に超えます．FETって電流を稼ぐためにパラるのでゲート容量が大きくなりがち．

↓いまわたしがやりたい回路は、真空管をFETに置き換えた、高電圧小電流回路ですから、高負荷抵抗のドレインから次段のゲートへ直結します．けれど、100kΩに350pFのゲートを直結したら4500HzのLPFを形成してしまい、高域不足でNGになります．

真空管のグリッド容量はたぶん小さかったと想像します．GP間GK間の距離が半導体のそれよりも３桁ぐらい大きいからです．そんな真空管を円満に置き換え出来そうなFETを探すわけですが、600V 100mA ゲート容量50pFでTO-220のMOSFETが見つかりません．SOT-223みたいな小さなpackageならあるけど、300V20mA=6Wは焼けそう．

bipolar transisterの方が選択肢は広いけど、段間直結が難義になります．

↓SOT-223はこれ．放熱をケアしたとしても、これに6Wつっこむ度胸はないかな..... 半田が溶けそう．

詰んでる・・・・

結局、エミフォロを挿入せざるを得ないところへ追い詰められているこの頃です．構想倒れ．

オーラスでハコテン寸前・・・・

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遺憾ながら、ソースフォロアを挿入して、全部300V電源で、↓こんな感じの回路で腹を括りました．

ブルーの文字は自動生成じゃないので不正確です．コンデンサ耐圧がところどころ100V超えちまうので手持ちがないのと、抵抗の電力消費がところどころ巨大なので手持ちがないです．調達がかったるい．千石電商の地下売り場へGOTO．

BSS127はマルツで取り寄せ可能な小信号MOSFETで、600V21mAで、ゲート容量20pFぐらいなので優秀です．SOT-23．

終段はTK3A60DAといい、600V2.5A ゲート容量380pFだったかな．これを駆動するためのソースフォロアです．秋月で購入．TO-220．

↓NFBありのclosed loopはまだあまり入念なsimをしてないけど、max power 0.5Wぐらいになる予定です．この弱っちい低域特性はトランスのせいです．高域はわざと落としてありますが、実機ではトランスのせいで高域も自然にダラ下がりになると思います．

またプリント基板を作り直します．よろしくJLCPCB．

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かしこ