GGアンプ

高周波や低周波の増幅回路にGGアンプと言う基本回路があります。
真空管のGGアンプとは、グラウンデッド・グリッド(Grounded Grid)つまり、グリッド接地増幅器の事で
FETのGGアンプとは、グラウンデッド・ゲート(Grounded Gate)、つまり、ゲート接地増幅器の事です。
両社は同じ原理の増幅回路になります。

GGアンプの一番のメリットは回路が劇的に簡略化できる事。
反対にデメリットは大きな増幅率が期待できない事。

真空管時代には基板なんてほぼ作らなかった事もあり回路部品が少ないGGアンプは機械的加工と製作の手間が省けて非常にありがたかった。
なので真空管のGGアンプ製作記事も良く目にしました。
真空管から半導体の時代になり、J型FETによるGGアンプ搭載の無線機(受信機)は少し前まで普通に使われていたので最近でも目にすることがあります。

増幅原理はいたってシンプル。
FETや真空管は、入力側（FETのソース，真空管のカソード）と同一電流が出力側(FETのドレイン，真空管のプレート)に流れる電子部品です。
この特性を利用した、インピーダンス変換の結果としての電力増幅回路です。
つまり、オームの法則にて　電力＝抵抗ｘ電流ｘ電流　という関係が成り立つのでインピーダンスである抵抗値が大きくなる事で導かれる電力は増幅するという事。
LTSpiceシミュレータにデフォルトで登録されているJ型FETに2SK125は見つかりませんがJ310があるのでGGアンプの簡単な評価をシミュレーションしてみます。
2SK125はソニーがJ310を参考にして作った同等品みたいですね(・・・よー知らんけど)。
評価回路は2SK125の仕様書に記載されているテスト回路を参考に144MHz用で書きました。

書いた回路がこれです。

回路図のV1は、シミュレーション開始後すぐに0Vから13.8Vに立ち上がる動作電源になります。

こうすることで電源ONの変化に反応して動作する個所のシミュレーションも同時に行えます。

シミュレーション結果から回路図左側のコンデンサ(C3)が入力で2.76mV(PP)の時出力が10.3mV(PP)。
電圧だけで計算すると11.4dBになります。
J310の仕様書には16dB(Typ)とあるが2SK125の仕様書には10dB(min)，12.5dB(Typ)とあるのでこんなものなんでしょうね。
但し、シミュレーションでコンデンサ等調整してみるとものすごくクリチカル。
周囲の温度変化だけで調整ズレをおこしそうなほどなんです。
もっとＱを落とし、増幅率を下げてラフな調整ができる様にしないと使いものにならないかもしれません。

次にトロイダルトランスを使った広帯域なGGアンプにするとこんな回路かな。



これをシミュレーションすると入力2.16mV(PP)で出力7.03mV。
電圧だけで計算すると10.2dBとなります。
入力インピーダンスはだいたい50Ω近辺らしのでトロイダルトランスは必要なし、出力用にバイファイラー巻のトロイダルトランス使えば無調整。
これなら安定して動作してくれそうです。
※この広帯域GGアンプがもしも発信等で不安定になる様なら少しゲインは下がるがJ310のD(ドレイン)からL1のラインに22Ω程度の抵抗を入れると良いようです。

それと、受信機のプリアンプとして初段に入れるならNFが限りなく1に近い石を選択した方が良いので選定する時は慎重に。


LTSpiceのデータを下記に2つ書きます。
コピペして「144MHz_J310_GGAMP_TESTCIR.asc」と「144MHz_J310_GGAMP.asc」として保存してからLTSpiceに読み込めば動作できるはずです。
「144MHz_J310_GGAMP_TESTCIR.asc」が調整が必要なテスト回路、「144MHz_J310_GGAMP.asc」が広帯域な回路です。

-----------　ここから「144MHz_J310_GGAMP_TESTCIR.asc」　---------------
Version 4
SHEET 1 4032 2524
WIRE 1968 2192 1760 2192
WIRE 2112 2192 2032 2192
WIRE 2224 2192 2112 2192
WIRE 2400 2192 2320 2192
WIRE 2464 2192 2400 2192
WIRE 2608 2192 2544 2192
WIRE 2688 2192 2608 2192
WIRE 2832 2192 2752 2192
WIRE 1760 2224 1760 2192
WIRE 2112 2224 2112 2192
WIRE 2832 2224 2832 2192
WIRE 2608 2240 2608 2192
WIRE 2400 2256 2400 2192
WIRE 1760 2320 1760 2304
WIRE 2112 2336 2112 2304
WIRE 2192 2336 2112 2336
WIRE 2256 2336 2256 2240
WIRE 2400 2336 2400 2320
WIRE 2832 2336 2832 2304
WIRE 2112 2352 2112 2336
WIRE 2608 2352 2608 2320
WIRE 2608 2448 2608 2432
WIRE 1760 2464 1760 2400
WIRE 2112 2464 2112 2432
WIRE 2192 2464 2192 2400
FLAG 2608 2448 0
FLAG 1760 2464 0
FLAG 2832 2336 0
FLAG 2256 2336 0
FLAG 2112 2464 0
FLAG 2192 2464 0
FLAG 2400 2336 0
SYMBOL VOLTAGE 2608 2336 R0
WINDOW 123 -1290 107 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
WINDOW 3 59 60 Left 2
SYMATTR Value2 AC 2
SYMATTR Value PULSE(0 13.8 1u 1u 1u 10)
SYMATTR InstName V1
SYMBOL cap 2032 2176 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName C3
SYMATTR Value 470p
SYMBOL voltage 1760 2304 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 0
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V2
SYMATTR Value SINE(0 2m 144.5Meg 1n)
SYMBOL res 1744 2208 R0
SYMATTR InstName R5
SYMATTR Value 50
SYMBOL res 2816 2208 R0
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 50
SYMBOL njf 2320 2240 M270
SYMATTR InstName J2
SYMATTR Value J310
SYMBOL ind 2096 2208 R0
SYMATTR InstName L1
SYMATTR Value 0.47ｵ
SYMBOL cap 2176 2336 R0
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 0.01ｵ
SYMBOL res 2096 2336 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 22
SYMBOL cap 2384 2256 R0
SYMATTR InstName C2
SYMATTR Value 5.5p
SYMBOL ind 2448 2208 R270
WINDOW 0 32 56 VTop 2
WINDOW 3 5 56 VBottom 2
SYMATTR InstName L2
SYMATTR Value 0.14ｵ
SYMBOL cap 2752 2176 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName C4
SYMATTR Value 30p
SYMBOL ind 2592 2224 R0
WINDOW 3 54 73 Left 2
SYMATTR Value 0.02ｵ
SYMATTR InstName L3
TEXT 1136 2352 Left 2 !.tran 0 1m 0 0.000000001
TEXT 2200 2152 Left 2 ;S
TEXT 2320 2152 Left 2 ;D
TEXT 2280 2248 Left 2 ;G
TEXT 1648 2168 Left 2 ;INPUT-->
TEXT 2832 2168 Left 2 ;<--OUTPUT

-----------　ここまで「144MHz_J310_GGAMP_TESTCIR.asc」　---------------



-----------　ここから「144MHz_J310_GGAMP.asc」　---------------
Version 4
SHEET 1 4032 2692
WIRE 2816 2016 2672 2016
WIRE 2928 2016 2880 2016
WIRE 2544 2064 2496 2064
WIRE 2672 2064 2672 2016
WIRE 2672 2064 2624 2064
WIRE 2800 2064 2752 2064
WIRE 2928 2064 2928 2016
WIRE 2496 2080 2496 2064
WIRE 2624 2080 2624 2064
WIRE 2752 2080 2752 2064
WIRE 1904 2176 1776 2176
WIRE 2112 2176 1968 2176
WIRE 2208 2176 2112 2176
WIRE 2496 2176 2496 2160
WIRE 2496 2176 2304 2176
WIRE 2544 2176 2544 2064
WIRE 2624 2176 2624 2160
WIRE 2624 2176 2544 2176
WIRE 2672 2176 2672 2064
WIRE 2752 2176 2752 2160
WIRE 2752 2176 2672 2176
WIRE 2928 2176 2928 2144
WIRE 2112 2192 2112 2176
WIRE 1776 2208 1776 2176
WIRE 1776 2320 1776 2288
WIRE 2112 2320 2112 2272
WIRE 2176 2320 2112 2320
WIRE 2240 2320 2240 2224
WIRE 2112 2336 2112 2320
WIRE 2176 2352 2176 2320
WIRE 2800 2384 2800 2064
WIRE 1776 2480 1776 2400
WIRE 2112 2480 2112 2416
WIRE 2176 2480 2176 2416
WIRE 2800 2480 2800 2464
FLAG 2800 2480 0
FLAG 1776 2480 0
FLAG 2928 2176 0
FLAG 2240 2320 0
FLAG 2112 2480 0
FLAG 2176 2480 0
SYMBOL VOLTAGE 2800 2368 R0
WINDOW 123 -1186 4 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
WINDOW 3 -371 85 Left 2
SYMATTR Value2 AC 2
SYMATTR Value PULSE(0 13.8 1u 1u 1u 10)
SYMATTR InstName V1
SYMBOL cap 1968 2160 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName C3
SYMATTR Value 4700p
SYMBOL voltage 1776 2304 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 0
SYMATTR Value2 AC 1mV
SYMATTR InstName V2
SYMATTR Value SINE(0 2m 145Meg 1n)
SYMBOL res 1760 2192 R0
SYMATTR InstName R5
SYMATTR Value 50
SYMBOL res 2912 2048 R0
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 50
SYMBOL ind2 2608 2064 R0
WINDOW 0 -35 18 Left 2
WINDOW 3 -52 55 Left 2
SYMATTR InstName L2
SYMATTR Value 8ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL njf 2304 2224 M270
SYMATTR InstName J2
SYMATTR Value J310
SYMBOL ind2 2480 2064 R0
WINDOW 0 -40 25 Left 2
WINDOW 3 -57 56 Left 2
SYMATTR InstName L1
SYMATTR Value 8ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL res 2128 2432 R180
WINDOW 0 36 76 Left 2
WINDOW 3 36 40 Left 2
SYMATTR InstName R3
SYMATTR Value 22
SYMBOL ind2 2096 2176 R0
WINDOW 0 -74 35 Left 2
WINDOW 3 -81 69 Left 2
SYMATTR InstName L6
SYMATTR Value 22ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL cap 2880 2000 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 4700p
SYMBOL cap 2160 2352 R0
SYMATTR InstName C2
SYMATTR Value 4700p
SYMBOL ind2 2736 2064 R0
WINDOW 0 -35 18 Left 2
WINDOW 3 -52 55 Left 2
SYMATTR InstName L3
SYMATTR Value 8ｵ
SYMATTR Type ind
TEXT 1184 2296 Left 2 !.tran 0 1m 0 0.0000000001
TEXT 2184 2136 Left 2 ;S
TEXT 2304 2136 Left 2 ;D
TEXT 2264 2232 Left 2 ;G
TEXT 2432 2016 Left 2 !K1 L1 L2 L3 0.99

-----------　ここまで「144MHz_J310_GGAMP.asc」　---------------