4P1L Single AmplifierOct.1.2020 T.Kosaka

4P1L は旧ソ連の直熱５極管です。 価格も安く３極管結合で使うと直線性の良い真空管です。
ガレージメーカーで優れた特性の出力トランスを製 造 し て い る ARITO's Audio Lab のSE-7K4W （シングルア ンプ 用 7k Ω UL 付 ：4,8,16 Ω 4W） を使用して、 電圧増幅段に半導体を用いた２段増幅直結アンプを製作しました。
アンプ部回路初段は 2SK30A(Idss ≧ 4mA) で利得を稼ぎ、2SC2482 のカスコードでドライブ電圧を稼いでいます。 もう一つの 2SC2482 はエミッタフォロ
ワで 4P1L を軽い A2 級動作としました。 どちらもぺるけさんの頒布品です。
出力段の 4P1L は Ep=200V/Ip=23.6mA/Pd=4.7W、 最大プレート損失 8W の 60% です。
カソードのループ短縮コンデンサは当初 100 μＦだったのですが、 精密測定の結果、 低域のスタガ比が取れず数 Hz に 3dB 弱のピークが出たので、 ２２０μＦに変更しました。 これは SE-7K4W の低域特性の良さを物語っています。
4P1L とロクタルソケットは春日無線変圧器で購入しました。 他にフロービスでも扱っています。

５２６３４１８ ７-1-電源部回路
電源トランスは小型化するために春日無線変圧器の特注電源／パワートランス O-BS70 型を採用しました。 ホームページから電圧／電流仕様を入力すれば簡単に発注できます。 今回の特注型番は R0205011 です。 ゼネラルトランスの標準品 PMC-95M を使用した場合は、 整流後に 10 ～ 33 Ω /1W程度の抵抗を入れて電圧調整 （回路図参照） をしてください。
B+ 電源は FET による標準的なリプルフィルタです。 2SK3234 は 1.3W 消費しますので、 放熱器を付けるかシャーシに直付けして放熱する必要があります。
ヒーターは秋月電子通商の超ローノイズ・プログラマブル可変電源キット AE-TPS7A4700 を使ったDC 点灯です。 1.2W 消費するので放熱器が必要ですが、私は放熱器の代わりに秋月電子通商で扱っているクールスタッフ （放熱フィルム） を基盤の背面に貼り付けました。 電源トランスのヒーター用電圧が AC6V と低いので、 整流にはショットキーバリアダイオードブリッジを使っています。
シャーシ
シャーシはタカチ電機工業の CH6-22-14GSP です。 もう少し大きいと部品実装も配線も楽になります。 電源トランスと出力トランスは事前に漏洩磁束を拾いにくい方向を測定して配置を決めました。 出力トランスをケース内で止めている板が電源トランス側に向く方向にしてあります。 測定方法は木村 哲
著／技術評論社刊 「真空管アンプの素」 6-4 トランス配置の検討を参照してください。
測 定 《ARITO's Audio Lab の FRAplus により測定》
4P1L シングルアンプ諸特性ヘッドホンアンプとしても10Hz(-1.5dB)
10Hz(0dB)
良い程残留ノイズも少な～ 120kHz(-3dB)～ 120kHz(-3dB)
く、 特性的には十分だと
1.6W
1.6W
思います。
23.8dB
24.0dB

諸特性

L-ch

R-ch

総合利得

14.9dB

15.0dB

NFB 量

8.9dB

9.0dB

DF 1kHz,1V,ON/OFF 法

8.0

8.6

残留ノイズ 10 ～ 300kHz（８Ω負荷）
JIS-A

66 μＶ

52 μＶ

14 μＶ

11 μＶ

周波数特性 (0.2W)
出力 ( 歪率 5%)
裸利得

消費電力

30W

4P1L Single 周波数特性 （Lch,50mW 出力時 ,8 Ω負荷）

30.0

180.0

17.5

90.0

5.00.0-7.5-90.0-20.0-180.0
1251020501002005001k周波数 [Hz]NFB 無し

NFB=8.9dB, 位相補償無し

NFB=8.9dB, 位相補償 =1500pF-2-2k5k10k20k50k

100k200k500k

1M

位相 [deg]

利得 [dB]

周波数特性

無帰還では広帯域ながら低域も高域も非常に素直に落ちています。 高域に暴れがないのは、 出力トランスの特性そのものが良いことを示しています。
使用した出力トランスの個別の特性は、 ARITO's Audio Lab のホームページで見ることができます。
Lch http://aritos-audio-lab.com/SE7K4W/SE7K4W_FR.htm#017
Rch http://aritos-audio-lab.com/SE7K4W/SE7K4W_FR.htm#018
8.9dB の負帰還をかけた時、 100kHz に僅かなピークが発生し、 位相補償をしないと 0.1 μＦの容量負荷で発振しました。 1500pF の位相補償でピークと容量負荷による発振を抑えました。

30.0

180.0

17.590.0

5.00.0-7.5-90.0-20.0

位相 [deg]

利得 [dB]

4P1L Single 周波数特性 （Lch,8 Ω負荷）

-180.01251020501002005001k2k5k10k20k50k

100k200k500k

1M

周波数 [Hz]

10mW

50mW

0.1W

0.2W

0.5W

1.0W

30.0

180.0

17.5

90.0

5.00.0-7.5-90.0-20.0

位相 [deg]

利得 [dB]

4P1L Single 周波数特性 （Rch,8 Ω負荷）

-180.01251020501002005001k2k5k10k20k50k

100k200k

500k

1M

周波数 [Hz]

10mW

50mW

0.1W0.2W

0.5W

1.0W

冒頭にも述べましたが、 低域のスタガー比が取れず、 出力レベルが低くなると数 Hzで 3dB 程度のピークが発生したので、 カソードのループ短縮コンデンサを 100 μＦから 220 μＦに変更しました。
Rch にはまだ若干のピークが残っていますが、 これで良しとしました。

-3-クロストーク
4P1L Single クロストーク特性 （8 Ω負荷 ,0.5W 出力）
0.0-10.0-20.0

クロストーク [dB]-30.0-40.0

-50.0

-60.0

-70.0-80.0-90.0- １００.0102050100200

500

1k

2k

5k

10k

20k

50k

100k

周波数 [Hz]Lch → Rch

Rch → Lch

クロストークは 20Hz ～20kHzで -65dB 以下となっています。 平ラグのアンプ部回路は１７㎜のスペーサーで２階建てになっているので高域の飛び付きを心配しましたが、 問題ない範囲に収まりホッとしています。

歪率4P1L Single 全高調波歪率特性 （Rch,8 Ω負荷）
10552211高調波歪率 [%]高調波歪率 [%]

4P1L Single 全高調波歪率特性 （Lch,8 Ω負荷）
100.5

0.2

0.5

0.2

0.1

0.1

0.05

0.05

0.02

0.02

0.01

0.01
1m

2m

5m

10m

20m

50m

0.1

0.2

0.5

12

5101m

2m

5m

10m

20m

出力 [W]

100Hz

1kHz

50m

0.1

0.2

0.5

12510

出力 [W]

10kHz

100Hz

1kHz10kHz

Lch も Rch も 5% 歪で 1.6W 出ています。
ドライバ段との２次歪みの打ち消し効果が上手く働いて、 1kHz の歪が少なくなりました。 各周波数とも最低歪率が 0.1% を切り、 十分満足の行く結果となりました。

-4-出力インピーダンス
4P1L Single 出力インピーダンス特性 （1Vrms, 注入法）
10050

出力インピーダンス [ Ω ]20105.02.01.00.50.20.1
125102050

1002005001k2k5k10k20k50k

100k

200k500k

1M

周波数 [Hz]８Ω出力 Lch８Ω出力 Rch４Ω出力 Lch４Ω出力 Rch

出力インピーダンスは 20Hz ～20kHzで８Ω出力でほぼ１Ω、 真空管アンプとしては十分です。

所 感
ワイドレンジでスカッと制動の効いたローエンドが気持ち良い音を出します。 これは出力トランスの性能の良さが出たのだと思います。 同じ回路構成で、 出力トランスに東栄変成器の T-1200 を使った
6AH4GT と比較して、 音数が増えたのは直線性の良い 4P1L によるのではないかと感じています。
謝 辞
設計に当たっては、 ぺるけさんの直熱管 171A/71A ミニワッター、 およびおんにょさんの 4P1L シングルアンプを参考にさせていただきました。 ありがとうございます。
今回は ARITO's Audio Lab 様より出力トランスをモニターとして提供していただき、 また FRAplus
による精密な測定と回路の修正など適切なご指導を賜りました。 心より感謝申し上げます。

-5-