平成19年4月18日開店。店主の日々の日記です。
前回の続きです。グリッドへ信号を加えてもR2へも電圧変動が起きてしまい、電流変動を阻害してしまうと言う困ったチャンR2。

逆にこれを利用してR2の電圧変動を取り出す方式も有りますが、今回は考えないで下さい。

兎に角、R2の両端に表れる入力信号と同じ位相の電圧変動。此れをキャンセルしたいのです。
で、世の中には便利なパーツが有ります。
コンデンサー。
これは蓄電池と同じ様に電気を溜めたり吐き出したり出来るのです。電気を溜める原理は蓄電池とは違いますがまあ同じと考えてスタート。



上の図が以前の回路。下側がそのコンデンサーを追加した回路です。

まず、入力信号の無い時にはR2の両端には10Vの直流が表れます。上側が+。
そうするとコンデンサーにも電気が溜められて10Vの電圧に成ります。
此処で入力が加えられて、R2が12Vに成ったとしますね。そうするとコンデンサーにも+2Vが加えられ12Vに成りますが、交流信号ですので、直ぐに-に振れて-8V。
そうすると、コンデンサーに蓄えられた電気が吐き出されます。つまり交流の+側の時には充電をし-の時には吐き出すのでR2の両端の電圧を一定の10Vに出来るのです。

この動作によってR2の両端の電圧は入力信号によっての変動が無くなり、困ったチャンでは無く成るのです。
此のコンデンサーをバイパスコンデンサー(略してパスコン)と言います。

で、此のコンデンサーの性能で困ったチャンを無くす割合が変わるのですね。理想コンデンサーと言うのはメーカーも頑張ってはいるのですが、理論通りに働くコンデンサーは今現在では有りません。
そう言う訳で、此処のコンデンサーのチョイスで音は変わって来ます。

一般に、コンデンサーは直流を通さないが交流は通すと考えます。正しくは交流も通さないのですけれども、此の充放電作用によって交流は通っていると同じ状態になります。
つまりR2両端に表れる交流信号は通して10Vの直流は通さないと言う形に見られます。

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遂に真空管が本来の動作を始めました。
同じ図面をアップしますね。


グリットに信号が加えられて、動作を開始。
先にアップしました真空管に流れている電流は1A(プレートからカソードへです)。
結果、R2(10Ω)の両端に10Vの電圧が表れます。
アースに対しカソードは+10Vの電位。
グリットはアースに対し同電位。
真空管の電位はカソードに対して表しますので、グリットはカソードに対して-10Vですね。

で、グリットに信号を加えて、ブレーキ力を変化させます。

グリットに+2Vが加わった瞬間を考えます。ブレーキ力が2割減りました。結果電流値が2割増えたと仮定します。
するとR2の両端に表れる電圧は・・・・?
そうです1,2A流れますので12V。

此処で頭をかしげた貴方は判っています。

そうなんです。結果的にカソードに対してのグリット電圧は-10Vで変わらないんですよ。
と言う事は、信号を加えても電流値の変化が無い事に成ります。

次にブレーキ力が2割減った時の電流増加が1割と仮定します。
そうするとR2の両端には-11Vが表れ、グリットには+1Vを加えたのと同じになってしまうのですね。
つまりR2はグリットに加えられた信号に対して逆動作をしてしまう困ったチャンなのです。

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暫く空いてしまいました。何かと忙しく・・・・。

で、続きです。今迄アップした所は充分に理解しましたでしょうか?


以前にアップしました回路図。この回路図が基本中の基本ですので頭の中に入れて下さい(笑)。
今迄の話をまとめますと、陽極(プレート)から陰極(カソード)へ電流が流れ、其の侭では流れ過ぎるのでグリットを-に電荷してブレーキを掛ける。と言う事でした。

さてこれからが実践編。実際に真空管を働かせます。
上図のR1の両端子に交流電圧を加えます(これが入力信号)。

先の解説でグリットの電位は-10Vでしたね。じゃあ此処に2Vの交流を加えて見ます(波高値で考えて良いですよ)。
つまり波の一番高い所は+2V。谷の部分は-2Vと成ります。

簡単な足し算です。元々が-10Vだった所へ±2Vが加わるのです。
そうすると山の部分は-10V+2V=-8V。
谷の部分は-10V-2V=-12V。

ピンと来ましたよね。そうです、グリットのブレーキ力が入力の交流電圧によって効き具合が変わるのです。
入力信号が+に振れるとブレーキが弱く成り電流値が増えて、-に振れるとブレーキが強力に成り電流値が減るのです。

つまり、一番最初に書きました真空管は増幅をしているのではなく、入力電圧(交流信号)に依って電流値が変わるのです。

此処までが理解出来ましたら、真空管動作の80%を理解したと思います。


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真空管の基本動作を考える上で大切なのは、仕組みもそうですがもう一つ大切な事。
交流を理解するのも大事です。

電気には直流と交流が有る事はご存知ですよね。直流はいたって単純で乾電池の出力が代表格です。勿論充放電の出来る蓄電池も含まれます。

この場合は単純に+端子側から-端子側に電流が流れます。電流の流れる方向は常に一定。同じ方向にしか流れないので直流と呼ばれています。

ややこしいのが交流。電流の流れる方向が時間と共に交互に変わります。つまり+側、-側と言うのが無いのです。

この様な波形に成ります。


電力会社から送られてくる電力もこの波形です。
矢印から矢印までが1サイクル。此れが関東ですと1秒間に50回、関西では60回繰り返されます。
つまり+と-が常に交互に変わるのですね。
中心の水平線が0Vライン。上が+の電圧、下が-の電圧です。電気の流れる向きだけではなく、電圧も刻一刻と変化しています。
ですので、家庭のコンセントは100Vと成っていますが、あくまでも平均値で常に変動しているのですね。
中心の水平ラインの時の電圧は0Vです。

そう成ると平均値で100Vを出すのには、一番山の高い(低い)部分は100Vより大きいのです。
理論値では平均電圧の√2倍(約1,4倍)に成ります。
家庭のコンセントには瞬間的に繰り返し140Vが来ているのです。

話が飛びますが、電源を入れた瞬間に機器が壊れるって結構有りますよね(昔の裸電球もこれに弱かった)。
此れって、電源を入れた瞬間の電圧が140Vの時に起こり易いので、その辺をコントロールして電源を入れる機械が過去には売られていました。

此の交流の流れ方をシッカリと理解して下さい。

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最近ネタが多過ぎて・・・・(大汗)。
前の続きです。
R1の値でグリット電圧(電位)はどう変わるのか?

答えはどちらも同じ-10V。
ニヤニヤしているあなたは流石です。

先に出したオームの法則。電圧=電流×抵抗値
これに当てはめて見ましょう。

電流は流れません(繋がっていないのですから)。と言う事で0×抵抗値。
0に何を掛けても0ですのでR1の下側の-10Vは上側でも変わらないのです。

で、カソードからの熱電子はプレートの+電位に引かれへすっ飛んで行きたいのですが、途中に-電位を持ったグリットが表れますと、オイオイ邪魔だ。と成ります。
つまり電子の流れにブレーキが掛かるのです。
此のブレーキ量はグリットの-電位の値で変わります。つまり-に成れば成る程ブレーキが強力に成ります。
で、この-電位を作っているのがR2の抵抗値。

要は、R2の抵抗値が大きい程グリットの-は強く成りブレーキが強力に成るのです。
R2を一般にはバイアス抵抗と呼び、電流制御の働きをさせています。



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今回の記事も長く成りそうで・・(汗)。
興味のある方はお付き合いを m(__)m

先の話で、グリッドを無視した二極管の動作を書きました。
この状態ですと、電流の管理(制御)が出来ません。
まあ、流れ放題と考えて下さい。

此れではチョイ拙い。
其処で出て来るのがグリッド。



先にアップした図面が上。今回の追加が下の図です。
以前にも書きましたが、真空管の電圧(電位)は対カソード(陰極)と言うのが基本です。

此の状態で動作させますと、R2の両端に電圧が発生します。
昔、中学校で習った(ちゃんと覚えていますか?)オームの法則。
電圧=電流×抵抗値  V=A×Ω

計算し易く有り得ない数値で(こんなに流せる真空管は無い、笑)考えます。
プレートからカソードへ1A流れているとしますね(電源の電圧は考えません)。
R2の値が10Ωとしますと1(A)×10(Ω)=10(V)という計算式により、R2の両端には10Vの電圧が発生します。
R2の上側から下側に電流は流れますので上側が+、下側が-に成ります。

其処でもう一度考えて下さい。カソード電圧(電位)が基準です。
と言う事はR2の下側の電位は-10Vと考えられます。

その-10VのアースラインとグリッドはR1で繋がれています。
エーー、チョイひっかけ問題です。
此のR1の抵抗値が100Ωの場合と10kΩ(10,000Ω)の場合で、グリット電圧(電位)はどうなるでしょう?

どちらの方がグリット電圧が高い(低い)と考えられますか?

グリッドは非常に細い線で出来た目の粗い網の様な物と考えて下さい。勿論導電性の金属で出来ています。

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イヤー。先にアップしてから、難しいのを選んじゃったなー・・。
要は、此処のお客様たちのスキルが全然判らない。

何処迄かみ砕いで良いものか・・・。

悩んでも仕方が無いので、ボチボチと行きますか。

早速。
ダウンロード

お馴染みの真空管の記号。上から陽極(プレート)。3本の点々はグリッド。下が陰極(カソード)と成っています。
カソードはヒーターで温まっていて(動作中に中心で赤熱している細い柱状の物)これが真空管を動作をさせます。

まず、赤熱させますと表面に熱電子が発生します。電子は-の電荷を持っています。只赤熱しただけでは此の侭何も起こりません。

で、プレートに+の電荷を与えると、-電荷の熱電子は+のプレートに引き寄せられます(
+同志、-同志は反発し、+と-は引き合います。磁石と一緒ですね)。
つまり熱電子がプレートへ向かって突進する訳ですね。この間に空気が有ると、空気の分子が行く手を阻むのですが、真空管です。邪魔をする物が何もないのですね。

つまり、赤熱したカソードには電子が表面に現れ、その先に+のプレートが有ると勇猛果敢に突進する。

此れだけです。此れが真空管の基本動作です。で、こう思って下さい(難しく始めるときりが無いので)。
電子の流れと反対方向に電流は流れる。

要約しますと、プレートが+に成るとプレートからカソードへ向かって電流が流れる。
この時の+と言うのはカソードに対してです。

電気の+と-と言うのは、相手が有って初めて成立します。
雷の高電圧も地面に対してです。
相手が無ければ電位は発生しません。

グリットを無視して考えましょう。プレートが+の時にだけ電流が流れる。
-の時には流れません。
じゃあ交流電荷を与えたら・・・。

交流は+と-が入れ替わります(1秒間に関東で100回、関西で120回)。
此処に交流を与えると、プレートが+の時にだけ電流が流れて-の時には流れない。
つまり交流波形の下半分がちょん切られた脈流と言う波形に成り、関東でしたら1秒間に50回流れる直流と言う事に成ります。

整流管はこの理屈で働いています。








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書き出して見たら無茶苦茶長く成り、更に説明図も必要。
そろそろ夕飯(晩酌)の支度もしなくちゃ・・・。

そんな訳で、キチッと頭も整理して近々アップします。

その題は『真空管は増幅をしていません。』

判っている方ならニヤッ。雑誌記事程度の知識ですとオイオイ?

そうなんです。真空管は増幅なんてしていません。電圧変動(入力信号)を電流変動に換えているだけです。
この辺の事情を理解すれば真空管アンプの基本が判りますし、電源が一番大事と言う事も理解出来ます。

僕が中学生だった時に読んだ真空管アンプの製作記事。その中の言葉『良い電源が作れればそのアンプの80%は完成。』
金言と思っています。


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