ロフチン・ホワイト・アンプの設計方法と
２Ａ３ロフチン・ホワイト・アンプの製作 ②
今回は２Ａ３ロフチン・ホワイト・アンプ製作の第２回目として、２Ａ３アンプを例にして設計方法について詳しく説明します。・・・・・
■回路の設計方法
ロフチン・ホワイト・アンプについては、ドライブ管の違いやドライブ方法など、製作者によって多少、回路も異なりますが、ここでは最もシンプルな回路の設計とし説明します。
あくまで私なりの設計法ですが、ポイントを理解していただければ、２Ａ３に限らず、他の出力管でも設計が出来ると思います。
まずはドライブ管を決めますが、その前に２Ａ３のＡ級での動作例を規格表で見てみると・・・
Ｅｐ（プレート電圧）：２５０Ｖ
Ｉｐ（プレート電流）：６０ｍＡ
Ｅｇ（グリッド・バイアス）－４５Ｖ
この時の出力は３．５Ｗとなっています。今回は、一応この動作例を基本に設計してみましょう。
■Ｒｋの求め方と必要なＢ電圧の求め方
単純に普通のＣＲ結合であれば自己バイアスの場合、Ｒｋ（カソード抵抗）・・２Ａ３は直熱管でカソードはありません（この表現は適切ではないとコメントを頂きました）のでフィラメントになりますが、オームの法則で、４５Ｖ÷６０ｍＡ＝７５０Ωを使用すれば良いのですが、ロフチン・ホワイト回路の場合には自己バイアスですが、カップリング・コンデンサを使わずに、ドライブ管のプレートと出力管（２Ａ３）のグリッドが直結になりますので、このＲｋを大きくしなければなりません。それは２Ａ３の例ですと２Ａ３のフィラメントからみてグリッドが－４５Ｖが必要なので、２Ａ３のフィラメントとアース間の電圧が４５Ｖ＋ドライブ管のプレート電圧にならなければなりません。
バイアス電圧が－４５Ｖと結構深いので十分なドライブ電圧を必要とします。ＳＴ管なら６Ｃ６や７７、ＧＴ管なら６ＳＪ７やＭＴ管なら６２６７、６ＡＵ６などなど・・・五極管なら大きなドライブ電圧が得られ楽なのですが、今回は回路を超シンプルにしたいこと、出力管が三極管なので「三極管の音」にこだわり、ドライブ電圧が多少低くなることを承知の上でドライバーに高増幅率（μ＝１００）の三極管を、あえて使用した場合の設計で説明します。
μが１００だとＳＴ管なら６Ｚ－ＤＨ３Ａや、古いですが７５や２Ａ６、オクタルベースの６Ｂ６Ｇの３極部、ＧＴ管なら、６ＳＱ７、１２ＳＱ７の３極部や６ＳＦ５、ＭＴ管なら６ＡＶ６、１２ＡＶ６の３極部などがあります。１２ＡＸ７の片ユニット（１／２）もμ＝１００です。これらは、ほぼ同じ特性と考えていいと思います。（但し１２ＡＸ７は、片ユニットだけ使用した場合なので、強力にドライブするためにパラ接続とした場合には、計算値が異なります）
ドライバーに、これらの高増幅率３極管を使用した場合のロフチン・ホワイト・アンプの最もシンプルで基本的なＮＦＢ無しの無帰還アンプの設計回路例を次に示し、抵抗値の定数をどのように決めていくのかを説明しましょう。そのために使用部品は必要最小限とします。
この回路設計の中では、抵抗値を決めるのがもっと重要です。どの抵抗も重要ですが、特に出力管のバイアス抵抗（回路図のＲ３）、Ｒ４のブリーダー抵抗、Ｒ５のＢ電源平滑回路のデカップリング抵抗値は重要です。このうちＲ４のブリーダー抵抗は省略することもできますが、ドライブ管の電流が少ないことや、ドライブ管への安定したＢ電流の確保、またドライブ管の断線時の出力管へのダメージ軽減のためにも入れておきたい抵抗です。製作者の方によっては、このブリーダー抵抗を出力管のバイアス抵抗の上（バイアス・コンデンサのプラス側）に繋いでいる回路が多いようですが、ここでは単純にアースに落としています。
この回路の場合、Ｒ４のブリーダー抵抗と、Ｒ５のデカップリング抵抗の抵抗値を変えることでドライブ管のプレート電圧の調整ができます。つまり出力管のバイアス電圧（グリッド・バイアス電圧）の調整ができるということになります。これは直結のために２Ａ３のフィラメントとアース間の電圧と、ドライブ管のプレート電圧との差が２Ａ３のグリッド・バイアス電圧になるからです。
２Ａ３のＲｋ（この回路図のＲ３）の値ですが、高μのドライブ管の６ＳＦ５などから高いドライブ電圧を得るためにも、６ＳＦ５のＥｐ（プレート電圧）は１００Ｖ以上、できれば１５０Ｖ位は欲しいところです。しかし、あまり高くすると必要とするＢ電圧も高くなってしまい電源トランスの選定が難しくなります。ここでは中間をとって、仮に、Ｅｐを１２５Ｖとして設計すると・・・・・
ここは前記のように２Ａ３のフィラメントとアース間の電圧が２Ａ３のＥｇである４５Ｖ＋ドライブ管のプレート電圧にならなければなりません。従って、ここの電圧は１２５Ｖ＋４５Ｖ＝１７０Ｖの電圧が必要となります。２Ａ３の前記の規格の動作例で２Ａ３のＩｐ（プレート電流）は、６０ｍＡですから、ここの抵抗値（Ｒｋ）は、オームの法則から１７０Ｖ÷６０ｍＡ＝２．８３ＫΩとなりますので近似値の３ＫΩとします。また、ここのＷ数は１７０Ｖ×６０ｍＡで１０．２Ｗ、出来れば余裕を見て３０Ｗ位の抵抗を使いところですが、２０Ｗのホーロー抵抗などで構いません。
そうすると、２Ａ３の動作例から２Ａ３のＥｐ（プレート電圧）は２５０Ｖですから１７０Ｖ＋２５０Ｖ＝４２０Ｖとなり、２Ａ３のプレートとアース間の電圧となります。ですから２Ａ３のプレートに４２０Ｖが供給できるＢ電圧が必要ということになります。
使用する出力トランスや、Ｂ電源部のチョーク・トランスの直流抵抗値によって多少異なりますが、出力トランスで約５～１０Ｖ、チョーク・トランスで約１０Ｖ位は電圧が下がりますので整流管の整流直後の電圧が大体、４５０Ｖ位になるようなＢ電圧タップ（整流管によりますがＡＣ約３８０Ｖ位）のある電源トランスと、整流管を選ぶことになります。使用する整流管は、出力管２Ａ３が直熱管のため、ドライブ管のヒーター・ウォーム・アップ時間と合わせるために傍熱管を使用します。そうしないと、ドライブ管に電流が流れる前に２Ａ３のグリッドに高電圧がかかり過大な電流が２Ａ３に流れてしまい球を壊してしまうことになります。（ごく短時間なら大丈夫で壊れません。）
なお、整流後、チョーク前に数十Ω～１００Ω程度の抵抗を入れた方が良いでしょう。ここの抵抗でもＢ電源の電圧調整が出来ます。ケミコンの保護のためにも使用した方が良いと思います。
ドライブ管のプレート抵抗値（回路図のＲ２）は、ここでは２４０ＫΩとしました。（手持ちの関係）
Ｒ１のカソード抵抗値にもよりますが、規格表の動作例などから見て２～３ＫΩでＲ２を２４０ＫΩとした場合、使用する６ＳＦ５場合、球のバラツキもあり、１本当たりのＩｐ（プレート電流）は大体、約０．４～０．６ｍＡ位です。０．５ｍＡで計算するとプレート抵抗が２４０ＫΩですから、ここでの電圧降下は２４０ＫΩ×０．５ｍＡ＝１２０Ｖです。必要なＥｐ（プレート電圧）は１２５Ｖ、つまりＢ２での電圧は、電圧降下分の１２０Ｖ＋Ｅｐ１２５Ｖ＝２４５ＶであればＯＫということになります。
■ブリーダー抵抗値と平滑回路でのデカップリング
抵抗値の計算方法
回路図のＢ２の部分でブリーダー電流をアースに流します。前述のように、ドライブ管が小電流であること、ドライブ管への安定したＢ電流の確保、またドライブ管の断線時の出力管へのダメージ軽減など安全のため数ｍＡ位は必要と考えます。ここでブリーダー電流を５ｍＡ程度、アースに流すとすると、ブリーダー用の抵抗値（Ｒ４）は２４５Ｖ÷５ｍＡ＝４９ＫΩということになるので５０ｋΩ位の抵抗とします。
Ｗ数は２４５Ｖ×５ｍＡ≒１．２Ｗなので３～５Ｗの抵抗を使いますが５Ｗが安全でしょう。
また、デカップリング抵抗後の電流は、ブリーダー電流５ｍＡ＋ドライブ管０．５ｍＡ＝５．５ｍＡということになります。ここまで計算したら、あとはＢ１での約４３０Ｖから２４５Ｖに電圧を下げるためのデカップリング抵抗値（Ｒ５）を求めればよいのです。
つまりＲ５を求める計算式は、（４３０Ｖ－２４５Ｖ）÷５．５ｍＡ≒３３．６ＫΩとなります。ここは電圧降下が４３０Ｖ－２４５Ｖ＝１８５Ｖで５．５ｍＡ流れますから１８５Ｖ×５．５ｍＡ≒１Ｗなので３～５Ｗの抵抗を使用します。
■電圧配分の調整方法
このようにして抵抗値の定数を計算するのですが、私のやり方なので他の計算方法もあるかも知れません。前記のように出力トランスやチョーク・トランスなど部品の違い、使用する抵抗の精度、真空管のバラツキ等により、計算とおりの電圧にはならないことが多くあります。理論値で計算した電圧配分で実測値が約±１０％位ならＯＫで問題なしです。±１５％位でも動作上は大丈夫です。
特にロフチン・ホワイト回路では前記のように、直結のために２Ａ３のフィラメントとアース間の電圧と、ドライブ管のプレート電圧の差の値が２Ａ３のグリッド・バイアス電圧になりますので、２Ａ３のバイアス電圧を調整するためには、ドライブ管のプレート電圧を調整すれば良いことになります。
つまり、ドライブ管のプレート電圧を高くするときはブリーダー抵抗（Ｒ４）を少し大きな値にするか又は、デカップリング抵抗（Ｒ５）の値を少し小さくすればＯＫですし、逆に低くしたいときには、ブリーダー抵抗値（Ｒ４）の値を少し小さくするか又は、デカップリング抵抗（Ｒ５）を少し大きな値にすればＯＫです。
このようにロフチン・ホワイト・アンプの設計は２Ａ３に限らず、真空管の規格と、オームの法則がわかれば設計をすることが出来ます。
興味のある方は、ぜひ、ロフチン・ホワイト・アンプを作ってみてください。
ロフチン・ホワイト・アンプの特徴ともいえる低域が良く伸びた音と、カップリング・コンデンサを排除したストレートな音にきっと魅了されるはずです。
■実際に製作するアンプの設計回路
今回は、とにかくシンプルなアンプを作ることも、目的のひとつ。
そのために、説明用の回路と同様に高μ３極管でドライブした、ＮＦＢ無しの無帰還アンプとします。しかも省略できる部品は少しでも減らし、必要最小限の部品で設計することにしました。計算で得られた抵抗値は、家にある手持ちの近似値の抵抗を使用、２Ａ３のハムバランサーのボリュームも省略し、３０Ω（１０～３０Ω位でＯＫ）抵抗２本の中点から、バイアス抵抗とコンデンサを繋ぎます。２Ａ３は２．５Ｖのフィラメントなのでハムの防止はこれでも充分。よほど能率の高いスピーカーを使わない限り、ほとんどノーハムに近くなるはずです。ＤＣ点火は必要なし。
Ｂ電源整流後のケミコンに繋ぐ抵抗も電源トランスの電圧が少し低いので、これも省略。
Ｂ電源部もチョークは１０Ｈを使いたいところ、手持ちの５Ｈです。５００Ｖ耐圧のケミコンも手持ちが少なく容量が多少不足気味ですが、これで大丈夫でしょう。
また、あまり好ましくはありませんが、ドライブ管へのＢ電圧デカップリング抵抗とブリーダー抵抗は両チャンネル共通とし、１本だけで賄います。そのためにデカップリング抵抗は約半分の１６ＫΩとしましたが、ブリーダー抵抗はそのままの値としました。これは２Ａ３の計算値のＲｋが２．８３ＫΩのところを３ＫΩとしたために、ここの電圧が１７０Ｖより若干高くなるはずです。そのためドライブ管のＥｐも多少高くする必要があるためです。多分、この定数で６ＳＦ５のプレート電圧は１３０～１４０Ｖ位と高くなるでしょう。
使用する電源トランスのＢ電圧端子の電圧タップは、３５０Ｖが最高なので、この回路で作ると、２Ａ３のＥｐ（プレート電圧）は多少、下がると思います。各部の電圧配分は説明用の回路の電圧とは変わりますが、２Ａ３のＰｄ（最大プレート損失）１５Ｗ以内には収まるはずです。
回路図です。もう、これ以上、シンプルにすることはできません。
今回は２Ａ３と同じＳＴ管の６Ｚ－ＤＨ３Ａや７５も手持ちがあるのですが、６ＳＦ５の新品手持ちが数本ありましたので、これを使用します。
このブログでは、同じ回路のアンプの製作を、おすすめしているものではありません。また、アンプの試聴結果は、個人的な感想です。したがって、このブログ内記事の回路図等は、参考にしないで下さい。同じ回路のアンプを、お作りになるのは自由だとは思いますが、全て自己責任の上、製作くださるよう、お願いいたします。投稿者としての責任は一切持ちません。真空管アンプ製作は、高電圧等による感電死や、火災、火気事故、シャシー加工時での怪我など、注意が必要です。安全第一で楽しいアンプ作りをしましょう。
製作用の設計が終わったので、あとは作るだけです。回路も簡単ですし、シャシーが中古で穴あきですので、配線作業は半日あれば十分です・・・・？
次回は完成後の報告です。お楽しみに。。。。