(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを使用して構成され、真空管アンプの出力信号を、該出力信号の特性を維持したまま増幅する出力信号増幅装置であって、
負荷側に接続される出力トランスの一入力端子と真空管の出力端との間に配置され、第１の抵抗と第１のトランジスタとの直列接続にて構成される第１の回路と、
前記出力トランスの一入力端子とグランドとの間に配置され、第２の抵抗と第２のトランジスタと第３のトランジスタとの直列接続にて構成される第２の回路と、を有し、
前記第１のトランジスタのベース端子は前記第２の抵抗と第２のトランジスタとの間に配置された、第３のトランジスタのベース端子に接続されカレントミラー回路を形成すると共に、前記第２のトランジスタのベース端子は前記第１のトランジスタと真空管の出力端との間に接続されることを特徴とする真空管アンプの出力信号増幅装置。
【請求項２】
半導体デバイスを使用して構成され、真空管アンプの出力信号を、該出力信号の特性を維持したまま増幅する出力信号増幅装置であって、
第１の増幅回路と、該第１の増幅回路とは鏡像型に構成された第２の増幅回路とからなるプッシュプル型とされ、前記第１の増幅回路及び第２の増幅回路はそれぞれ、
負荷側に接続される出力トランスの一入力端子と真空管の出力端との間に配置され、第１の抵抗と第１のトランジスタとの直列接続にて構成される第１の回路と、
前記出力トランスの一入力端子とグランドとの間に配置され、第２の抵抗と第２のトランジスタと第３のトランジスタとの直列接続にて構成される第２の回路と、を有し、
前記第１のトランジスタのベース端子は前記第２の抵抗と第２のトランジスタとの間に配置された、第３のトランジスタのベース端子に接続されカレントミラー回路を形成すると共に、前記第２のトランジスタのベース端子は前記第１のトランジスタと真空管の出力端との間に接続され、
前記第１の増幅回路、第２の増幅回路の各真空管のカソードどうしが接続され、且つ、この接続点は抵抗を介してグランドに接続されたことを特徴とする真空管アンプの出力信号増幅装置。
【請求項３】
前記第２の抵抗は可変抵抗であり、該可変抵抗を操作することにより出力レベルを調整することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の真空管アンプの出力信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気、電子楽器用アンプやオーディオに使用されるアンプに係り、特に、真空管アンプの後段側に設置し、真空管アンプの特性を維持したまま、出力信号を増幅または減衰させ、大出力から小出力まで変換することのできる出力信号変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体技術の進歩に伴い、電子楽器やオーディオに使用されるアンプは従来より主として使用されていた真空管に変わり、トランジスタ等の半導体デバイスを使用したものが使用されている。しかし、真空管を使用したアンプはその独特な出力特性を持つことから現在でも根強い人気があり、少数ではあるが真空管アンプは製造販売されている。
【０００３】
ところが、周知のように真空管は半導体デバイスと比較すると寿命が短く信頼性が低い、部品が重く且つ大きいので収納性が悪い、発熱量が多い、高電圧が必要である、コストが高い、壊れやすい、等の各種の問題点があるので、真空管アンプを使用したいという要望があっても実際には使用できないことが殆どである。そこで、このような問題を解消するため、半導体デバイスを使用して真空管アンプの出力特性を擬似的に再生するものが従来より多数考案され、実用に共されている。しかし、真空管アンプの音は、出力トランスの磁気飽和やスピーカにて発生する逆起電力がこれらの前段に位置する出力管の動作に影響する、という双方向の関係によって作られるものであり、この複雑な回路を半導体デバイスを使用して真似することには限界がある。従って、実際には真空管アンプの出力特性と略同一の特性を持つアンプを、半導体デバイスにて再現することは不可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来においては、半導体デバイスを使用してあたかも真空管を使用しているような出力特性を得るものは多数考案されているが、出力トランスの磁気飽和やスピーカの逆起電力の発生等の特性をも含めた出力特性を得るものは無く、実際に真空管アンプの特性を忠実に再現し得るものは存在していなかった。
【０００５】
この発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、真空管アンプにて得られるトランスの特性やスピーカの特性を含めた特性を保ったまま、この出力信号を半導体デバイスを使用して増幅させることにより、必要最小限の真空管を用いて出力信号を増幅させることのできる出力信号増幅装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、半導体デバイスを使用して構成され、真空管アンプの出力信号を、該出力信号の特性を維持したまま増幅する出力信号増幅装置であって、負荷側に接続される出力トランスの一入力端子と真空管の出力端との間に配置され、第１の抵抗と第１のトランジスタとの直列接続にて構成される第１の回路と、前記出力トランスの一入力端子とグランドとの間に配置され、第２の抵抗と第２のトランジスタと第３のトランジスタとの直列接続にて構成される第２の回路と、を有し、前記第１のトランジスタのベース端子は前記第２の抵抗と第２のトランジスタとの間に配置された、第３のトランジスタのベース端子に接続されカレントミラー回路を形成すると共に、前記第２のトランジスタのベース端子は前記第１のトランジスタと真空管の出力端との間に接続されることが特徴である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、半導体デバイスを使用して構成され、真空管アンプの出力信号を、該出力信号の特性を維持したまま増幅する出力信号増幅装置であって、第１の増幅回路と、該第１の増幅回路とは鏡像型に構成された第２の増幅回路とからなるプッシュプル型とされ、前記第１の増幅回路及び第２の増幅回路はそれぞれ、負荷側に接続される出力トランスの一入力端子と真空管の出力端との間に配置され、第１の抵抗と第１のトランジスタとの直列接続にて構成される第１の回路と、前記出力トランスの一入力端子とグランドとの間に配置され、第２の抵抗と第２のトランジスタと第３のトランジスタとの直列接続にて構成される第２の回路と、を有し、前記第１のトランジスタのベース端子は前記第２の抵抗と第２のトランジスタとの間に配置された、第３のトランジスタのベース端子に接続されカレントミラー回路を形成すると共に、前記第２のトランジスタのベース端子は前記第１のトランジスタと真空管の出力端との間に接続され、前記第１の増幅回路、第２の増幅回路の各真空管のカソードどうしが接続され、且つ、この接続点は抵抗を介してグランドに接続されたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記第２の抵抗は可変抵抗であり、該可変抵抗を操作することにより出力レベルを調整することを特徴とする。
【００１０】
上述の如く構成された本願請求項１に記載の発明によれば、真空管にて増幅された電流が第１の回路に流れると、この増幅電流に比例した電流が第２の回路に流れることになるので、出力トランスにはあたかも複数の真空管にて増幅した如くの電流が流れることになる。これにより、少ない個数の真空管にて多数の真空管を使用した場合と略等価な出力特性を得ることができるようになり、寿命が短い、発熱量が多い、収納性が悪い、壊れやすい等の各種欠点を有する真空管を必要最小限だけ使用して、真空管アンプと略同様の音色を得ることができる。また、請求項２に記載の発明では、真空管を使用したプッシュプル型の増幅器について、前記と同様の作用を得ることができる。また、第１のトランジスタと第３のトランジスタとによりカレントミラー回路を形成すれば、第１のトランジスタの温度特性等の固有の特性に追従して、第３のトランジスタが動作するので、第１の回路に流れる電流を極めて忠実に再現した電流を第２の回路に発生させることができるようになり、真空管の音色の再現性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、第２の抵抗を可変抵抗とし、この抵抗値を適宜変化させると、第１の回路に流れる電流と第２の回路に流れる電流の比率を任意に変化させることができるので、出力音量の調整が可能となる。このとき第１の回路に流れる電流、即ち真空管の出力電流は略一定に保持されるので、真空管による音色を維持した状態で音量調整が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された真空管アンプの出力信号増幅装置の一実施形態の構成を示す回路図であり、唯一の真空管Ｖ１の出力信号を増幅させ、あたかも複数の真空管を使用している如くの出力特性を得るものである。
【００１４】
同図に示すように、この増幅装置は、真空管Ｖ１のプレート端子と出力トランスＴＲの一入力端子ＴＲａとの間に設置されており、第１の抵抗Ｒ１と第１のトランジスタＱ１との直列接続にて構成される第１の回路と、第２の抵抗Ｒ２と第２のトランジスタＱ２との直列接続にて構成される第２の回路から構成されている。
【００１５】
即ち、端子ＴＲａへの接続は２系統に分岐されており、このうち一方の系統（第１の回路）は第１の抵抗Ｒ１を介して第１のトランジスタＱ１のエミッタに接続され、このトランジスタＱ１のコレクタは真空管Ｖ１のプレート端子に接続されている。また、他方の系統（第２の回路）は、第２の抵抗Ｒ２を介して第２のトランジスタＱ２のエミッタに接続され、このトランジスタＱ２のコレクタはグランドに接続されている。更に、第１のトランジスタＱ１のベースは、第２の抵抗Ｒ２と第２のトランジスタＱ２との接続点に接続され、第２のトランジスタＱ２のベースは真空管Ｖ１のプレート端子に接続されている。そして、入力信号は真空管Ｖ１のグリッド端子に供給され、当該出力信号増幅装置の出力信号はトランスＴＲへ出力されることになる。
【００１６】
次に、上記の如く構成された本実施形態の作用について説明する。ここで、トランスＴＲの入力側に流れる電流をＩOUT 、第１の回路（抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１の直列接続回路）に流れる電流をＩIN、真空管Ｖ１のプレート端子とトランスＴＲの入力端子ＴＲａとの間の電圧をＶ０、トランスＴＲから負荷側を見た時のインピーダンスをＺOUT 、真空管Ｖ１から負荷側を見た時のインピーダンスをＺIN、真空管Ｖ１のプレート端子の発生する電圧をＶINとする。
【００１７】
すると、次の（１）〜（３）式が成立する。
ＩOUT ＝ＶIN／（ＺOUT ＋Ｒ１／／Ｒ２）      ・・・（１）
ただし、Ｒ１／／Ｒ２は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との並列合成抵抗を示す。
Ｖ０＝Ｒ１／／Ｒ２＊ＩOUT       ・・・（２）
ＩIN＝Ｖ０／Ｒ１        ・・・（３）
（２）、（３）式より、（４）式が得られる。
ＩIN＝｛（Ｒ１／／Ｒ２）／Ｒ１｝＊ＩOUT       ・・・（４）
【００１８】
また、ＩIN＝ＶIN／ＺIN  であるから、これを（４）式に代入し、更に、（１）式を（４）に代入すると、次の（５）式が得られる。
ＶIN／ＺIN＝｛（Ｒ１／／Ｒ２）／Ｒ１｝＊ＶIN／｛ＺOUT ＋（Ｒ１／／Ｒ２）｝      ・・・（５）
（５）式を変形し、且つ、Ｒ１／／Ｒ２を展開すると、次の（６）式を得ることができる。
ＺIN＝｛（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２｝＊［ＺOUT ＋｛（Ｒ１＊Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）｝］  ・・・（６）
（６）式において、Ｒ１≪ＺOUT 、Ｒ２≪ＺOUT とすると、（７）式が得られる。
ＺIN≒｛（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２｝＊ＺOUT     ・・・（７）
（７）式より、ＺINとＺOUT は、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒとの比率にて決定されることが理解できる。例えば、Ｒ１＝Ｒ２とすると、
ＺOUT ＝（１／２）ＺIN  となり、インピーダンスが１／２となる。従って、トランスＴＲよりの電流出力が２倍となり、真空管Ｖ１の出力信号が２倍の電流に増幅されたことになる。そして、このとき第２の回路（第２の抵抗Ｒと第２のトランジスタＱ２とによる回路）に流れる電流は、第１の回路に流れる電流と同一となるから、ＩOUT はＩINの２倍となり、真空管Ｖ１の出力特性を維持していることになり、結果として、１本の真空管にてあたかも２本の真空管を使用した如くの出力信号を得ることができるようになる。
【００１９】
また、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２との比率を適宜変更することにより、電流の増幅率を変化させることができる。例えば、Ｒ２＝２＊Ｒ１とすれば、ＩOUT をＩINの３倍とすることができ、Ｒ２＝（１／２）＊Ｒ１とすれば、ＩOUT をＩINの１．５倍とすることができる。
【００２０】
このようにして、本実施形態における出力信号の増幅装置においては、１本の真空管Ｖ１を使用してあたかも１本以上の真空管を使用している如くの出力信号を得ることができるので、発熱量が多い、高電圧が必要である、コストが高い、寿命が短い等の各種の問題点を有する真空管の個数を必要最小限に抑えることができ、ギターアンプやオーディオアンプに使用する場合には極めて有用である。
【００２１】
更に、第２の抵抗Ｒ２を可変抵抗とし、この可変抵抗を操作することにより、電流ＩOUT の大きさを調整することができるので、これにより出力音量の増加、減少を適宜調整することができる。音量調整は、通常入力側（即ち、図１における真空管Ｖ１に入力される前の段階）にて行われているが、第２の抵抗Ｒ２の抵抗値を変更する方法を採用すると、真空管Ｖ１に流れる電流ＩINを略一定に保持したまま音量の調整が可能であるので、真空管の音色を維持したまま、音量を調整することができるようになる。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る真空管アンプの出力信号増幅装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、出力トランスＴＲの一入力端子ＴＲａへの接続線は２系統に分岐されており、このうち一方の分岐（第１の回路）は、第１の抵抗Ｒ１１、第１のトランジスタＱ１１のエミッタ、コレクタを介して真空管Ｖ１のプレート端子に接続され、他方の分岐（第２の回路）は、第２の抵抗Ｒ１２、第３のトランジスタＱ１３のエミッタ、コレクタを介し、更に、第２のトランジスタＱ１２のエミッタ、コレクタを介してグランドに接続されている。そして、第１のトランジスタＱ１１と第３のトランジスタＱ１３のベースどうしは接続されており、この接続点は、第２のトランジスタＱ１２のコレクタにもまた接続されている。即ち、第１のトランジスタＱ１１と第３のトランジスタＱ１３とによりカレントミラー回路が構成されていることになる。また、第２のトランジスタＱ１２のベースは抵抗Ｒ３を介して真空管Ｖ１のプレート端子に接続され、出力トランスＴＲの二次側にはスピーカＳＰが接続されている。
【００２３】
そして、上記の如く構成された第２の実施形態によれば、第１のトランジスタＱ１１と第３のトランジスタＱ１３とにて形成されたカレントミラー回路により、第１のトランジスタＱ１１の特性（温度特性等）をそのまま真似した電流が第２の回路に流れることになるので、より安定な回路動作とすることができるようになる。
【００２４】
また、若干の安定性の劣化を許容するならば、図３に示すように、図２に示した第３のトランジスタＱ１３の代わりにダイオードＤ１を使用することも可能である。このような構成によれば、トランジスタの代わりにダイオードを使用する分だけ構成を簡易化することができるという効果を発揮することができる。
【００２５】
図４は、各種波形を示す説明図であり、同図（ａ）は入力信号としての正弦波を示し、同図（ｂ）は半導体デバイスを使用して構成されたアンプにより正弦波信号を増幅した際の出力波形図、同図（ｃ）は従来における真空管アンプにて増幅した際の出力波形図、同図（ｄ）は図２に示した回路を使用して正弦波形状の入力波形増幅した際の出力波形図をそれぞれ示している。同図（ｂ）から容易に理解されるように、半導体デバイスを使用したアンプでは、入力される正弦波を略忠実に再現した出力波形が得られているのに対して、同図（ｃ）に示される如く全て真空管を使用したアンプの場合には、真空管アンプ独特の波形が得られている。
そして、本発明が適用された増幅装置では、同図（ｄ）に示されるように、従来の真空管アンプ（全てを真空管にて構成したアンプ）より得られる出力波形と略同一であり、真空管の出力特性を忠実に再現していることが理解できる。
【００２６】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る真空管アンプの出力増幅装置の構成を示す回路図であり、図示のようにこの出力増幅装置では２本の真空管Ｖ１１、Ｖ１２を使用したプッシュプル型増幅器とされている。即ち、重複を避けるため詳細な説明は省略するが、図２に示したカレントミラーを使用した増幅回路を上下対称に配置し、２本の真空管Ｖ１１，Ｖ１２のカソード端子（熱陰極）どうしを接続し、この接続点を抵抗Ｒ２４を介してグランドに接続している。
【００２７】
周知のとおり、プッシュプル型のパワーアンプは、プリアンプより得られる音声信号を、フェイズインバータＰＩにより正、負の信号に分離し、このうち正側の信号を真空管Ｖ１１が具備された上側の回路にて増幅し、負側の信号を真空管Ｖ１２が具備された下側の回路にて増幅し、これらの信号をトランスＴＲにて合成してスピーカＳＰより出力するものである。そして、このような構成によれば、２本の真空管Ｖ１１，Ｖ１２を使用するのみで、あたかも４〜６本の真空管を使用したプッシュプル型真空管増幅器と略同一の増幅特性を得ることができる。
【００２８】
図６は、図５に示したプッシュプル型増幅器を使用して得られる出力特性を示す波形図であり、同図（ａ）は入力信号とされる正弦波を示しており、同図（ｂ）は４本の真空管を使用して構成した増幅装置（即ち、本発明を適用しない従来のプッシュプル型増幅装置）に前記の正弦波を供給した時の出力波形図、同図（ｃ）は図５に示した増幅装置に正弦波を供給した時の出力波形図をそれぞれ示している。そして、同図（ｂ）、（ｃ）から容易に理解されるように、真空管を使用した従来のプッシュプル型増幅装置を使用した場合（ｂ）と、必要最小限の真空管を使用した場合（ｃ）とを比較すると略同一の波形が得られており、本発明の増幅装置が忠実に真空管の特性を維持していることが確認できた。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による真空管アンプの出力信号増幅装置によれば、少ない個数の真空管を使用し、あたかも多数の真空管を使用した如くの出力特性を得ることができるので、発熱量が多い、高電圧が必要である、コストが高い、寿命が短い、壊れやすい等の各種の欠点を有する真空管を必要最小限に抑えることができ、多数の真空管を使用したものと同等の出力信号を得ることができるので、ギターアンプやオーディオ用アンプとして従来より根強い人気のある真空管アンプを、比較的簡便且つ低コストにて実現することができるようになる。
【００３０】
また、第１のトランジスタと第３のトランジスタとによりカレントミラー回路を形成すれば、第１のトランジスタの温度特性等の固有の特性に追従して、第３のトランジスタが動作するので、第１の回路に流れる電流を極めて忠実に再現した電流を第２の回路に発生させることができるようになり、真空管の音色の再現性を向上させることができる。更に、プッシュプル型の増幅装置にも適用することができ、通常４〜６本の真空管を使用して構成されるプッシュプル型の真空管増幅装置を必要最小限である２本の真空管にて構成することができる。
【００３１】
加えて、第２の抵抗を可変抵抗とし、この可変抵抗を操作して出力音量を調整すれば、真空管に流れる電流値を略一定に保持したまま音量調整が可能となるので、真空管の有する独特の音色を維持したまま音量調整が可能となり、その利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る真空管アンプの出力信号増幅装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る真空管アンプの出力信号増幅装置の構成を示す回路図である。
【図３】図２に示した第３のトランジスタの代わりにダイオードを接続した例を示す回路図である。
【図４】（ａ）は入力波形となる正弦波の波形図、（ｂ）は半導体デバイスを使用したアンプに正弦波を入力した際の出力信号を示す波形図、（ｃ）は従来における真空管アンプに正弦波を入力した際の出力信号を示す波形図、（ｄ）は図２に示す回路に正弦波を入力した際の出力信号を示す波形図をそれぞれ示している。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る真空管アンプの出力信号増幅装置（プッシュプル型）の構成を示す回路図である。
【図６】（ａ）は入力波形となる正弦波の波形図、（ｂ）は真空管を４本使用してプッシュプル増幅装置を構成した際の出力波形図、（ｃ）は図５に示したプッシュプル増幅装置を使用して得られる出力波形図である。
【符号の説明】
Ｒ１，Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２５  第１の抵抗
Ｒ２，Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ２６  第２の抵抗
Ｒ３，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２７  抵抗
Ｑ１，Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ２４  第１のトランジスタ
Ｑ２，Ｑ１２，Ｑ２２，Ｑ２５  第２のトランジスタ
Ｑ１３，２３，Ｑ２６  第３のトランジスタ
Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ１２  真空管
ＴＲ  出力トランス
Ｄ１  ダイオード
ＳＰ  スピーカ
ＰＩ  フェイズインバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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