@_matsu_log_ (松ログ): 真空管

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2025年11月15日土曜日

dcdcコンバータの効率を測定する

真空管アンプを小型化するにはdcdcコンバータが不可欠です。重くて大きなパワートランスにご退場いただくのが一番効果的です。

普段よく作っているのですが、コイル・ダイオード・MOS-FET・コンデンサと組み合わせるパーツによってそもそも必要な電圧が得られなかったり、めちゃくちゃ入力電流を食う割に出力電流が取り出せない等、よくわからないことが多い気難しい存在です。

手軽に手に入る（そして安い）部品の中で、どんな組み合わせがよいのか総当たりで試すことにしました。

■結果
まず結果を載せます。
私の設計・実装技術の限界か、あまり効率がよくないです。
今回トライした中では、470pで1JU41、TK10Q60WかK13A60Dの組み合わせがよさそうです。

■コイルの補足

使ってるコイルたちはこちらです。

■回路

基本はこの構成ですが、ICはNJM2374、Tr側の抵抗は330Ω→3.3kΩ、分圧抵抗は2.35kΩにしています。簡単に部品を変えたいのでブレッドボードで組みます。

■負荷

10kΩ 5Wの酸化金属抵抗を複数組み合わせて、10k, 20k, 30k, 40kΩを作ります。240V 10kΩだと5.76Wに達するので4本を直並列にして1本2W以下しかかからないように調整しています。
6mA、8mA、12mA、24mAを取り出します。

■測定の工夫
入力12Vと出力240Vの両方を同時に電圧・電流測定する必要があります。繋ぎ替えが面倒なので、一気に測定できるようINA226モジュールを導入します。

入力12Vは直接電流と電圧を測定し、出力は負荷の電流と、NJM2374の基準電圧を取る5ピンを測定します。
240Vは直接測れないし、下手に分圧するポイントを増やすと消費電力が正しく測れなくなるためです。
基本は1.25Vのはずですが、高電圧の生成が追い付かなくなると電圧降下することもあります。
基準電圧を測っておけば電圧降下したこともわかるので大丈夫です。

https://www.amazon.co.jp/dp/B0F51MH7HY/

精度を求めるならStrawberry Linuxなどで売っているモジュールのほうがよさそうですが、安くてすぐ手に入るのでuxcellの日本国内出荷の基板にしました。

この基板はi2c接続で、アドレス0x44、裏面パッドをショートさせると0x45になりました。

■測定環境の構築
手早く測定したいので、rp2040-zeroにina226モジュール2枚を繋ぎ、thonny micropythonで測定結果の出力プログラムを書きます。

ina226の読み出しは、以下@elschopi氏のライブラリをお借りしました。

https://github.com/elschopi/TI_INA226_micropython

ソースコードというほどのものでは無いですが、一応載せておきます。

import ina226
from time import sleep
from machine import Pin, I2C

sw = Pin(29, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)

# i2c
i2c = I2C(1, scl=Pin(15), sda=Pin(14), freq=100000)
address = i2c.scan()

# ina226
ina0 = ina226.INA226(i2c, 0x44)
ina1 = ina226.INA226(i2c, 0x45)
sleep(0.1)
ina0.set_calibration()
ina1.set_calibration()
sleep(0.1)

i=0
while True:
    if sw.value():
        print("0x44\t{}\t{}\t{}".format(i, ina0.bus_voltage, ina0.current))
        print("0x45\t{}\t{}\t{}".format(i, ina1.bus_voltage, ina1.current))
        i=i+1
    sleep(0.5)

これで29pinをVccに繋いだときだけ測定結果が0.5s刻みで画面に出るようになります。
タブ区切りにしておけば、そのままExcelに貼って集計できます。

入出力が安定するまで待った結果を5点取得し、中央値を結果として利用しています。

■総評
あまり効率は上げられなかったものの、手持ちの中では使える組み合わせを洗い出し、ACアダプタで使う分には問題ない範囲だったので、これでよしとしておきます。

意外だったのは、SMDのTK10Q60WがTHTと変わらない性能だったこと。
また、TK2Q60Dの性能の低さ。on抵抗が高いとダメということでしょう。
1JU41はやはり強いです。RS1Mは全く対抗馬になりませんでしたが、US1Mでも及ばずでした。

■その他
最後に、実験風景など。

アドレス検証および2モジュール同時接続試験。

実際の測定。測定環境をしっかり準備したので、測定自体は相当スムーズにできました。

以上です。

2025年10月26日日曜日

Push-Pull習作：12AX7-12AT7-12BY7A pp Amp、Non Deluxe Non Reverb Add AC30を作る

（※注意：本稿では高電圧を扱う回路を木片で作成しておりますが、万一同様の取り組みをなされるときは感電、火災にご注意ください。特に木片の絶縁性能は湿度などの環境で大きく変化する可能性があるため、ご注意ください。）

■動機

最近、 Xを通じてエフェクターやアンプを作っている方々と繋がりを持てたことで、製作のモチベーションも上がったし、先輩から指導や情報共有いただけることで学習曲線が大幅に上向いてきたように感じます。

その中で気になっていたのが、真空管ギターアンプを主に作っている方々が皆Push-Pullを主に作られていること。何か理由があるはずなので、それを探るべくPush-Pullアンプを作ってみることに決定。

■構成の検討

Leo Fenderを勝手に尊敬しているので、やはり最初はLeoさんの回路を参考にしたい。Reverbを作るときによく見ていたし、Fender系でいいアンプとしてよく名前を聞くのでDeluxe Reverb（デラリバ）を元ネタにすることに決定。

ただし、デラリバはリバーブあり、トレモロあり、というデラックスでゴージャスな構成なので、習作でいきなり全部作るのは荷が重い。また、固定バイアスで負電源C -35Vがいるのもちょっと面倒。

まず、リバーブは前に作ったし、トレモロは個人的にあまり必要性を感じないのでオミットする。デラックスじゃなくなる。

バイアスについては、同じく古典回路で出力段が自己バイアスなVOX AC30にも元ネタになっていただく。AC30はグリッド抵抗をそのまま接地する代わりに、4球のKを50Ωで接地している。これは楽でいいです。

■球の検討

Leoさんに倣いつつ手持ちですぐ使える球として、12AX7を選定。最初はムラード位相反転にも12AX7を使おうとしていたが、よく考えたら手持ちに12AT7があったのでそちらに変更。

出力管は、12AQ5と12BY7Aで迷いつつ、MT9ピンで揃えたら綺麗だなと思ったのと、今回は電源トランスを使うので12AQ5では6.3V1層で点火できないので、12BY7Aを使うことに決定。

■回路図

構成、球が決まったので、回路図に落とし込む。

特別なことはなく、素直に元ネタを清書しただけです。

■実体配線図

今回は、手早く金属加工せずに実験したいので、合板と真鍮釘、金属板を少々使って元祖ブレッドボードで作ります。

この実体配線は我ながらなかなかいい出来なんじゃないかと。

■実装

今回、実装が一番面白いのではと思います。色々と工夫を凝らして、安くて手堅く、金属加工レスで実装しています。

VRと真空管ソケットはホームセンターの安いL字金具を活用。1個数十円。特に真空管ソケット部分は、合板の側面にネジ止めし、黒く塗った割りばしに鋼線で縛りつけています。ある程度の強度はあるのに、楽に加工できます。

また、元祖ブレッドボードでは、ネジと圧着端子があれば基板のどこでも端子台になります。これがまた便利です。

ちなみに、真鍮釘は垂直にペンチを構えて圧入するのが一番オススメです。叩くより静かでミスしにくいです。圧入できないような堅い木はブレッドボードには向かないでまず木を替えましょう。

完成形です。NFBはこの後付けました。

トランスはゼネラルトランスさんのPMF-8P-10Kを利用。PPトランスの中ではかなりお買い得。

■試験

NFBも実装し、音出し試験完了。感想としては、「太い、広がりがある」。出力段の信号経路にケミコンが無い故か、低域からしっかり音が出て、朗々とした印象を受けます。

歪み方も、ファズのように毛羽だってじゅわじゅわする感じで、同じ球を使った12AX7-12BY7A Champとは別物に感じます。

今度はスタジオでしっかり鳴らして、もっと違いを深堀したいと思います。

■測定（途中、後編に続く？）

一通り音を楽しんだので、最後に要所を実測。Blogを書くうちに眠たくなってきたので、値のみメモします。

BY7 Erp=218V Ek=3V Ik=30mA Ig2=3mA Eg2=155V AT7マラード Erp=135V Ep=78.7V,69.6V Ek=29.2V Ik=1.4mA AX7後 Erp=124V Ep=72.6V Ek=0.67V Ip=0.52mA AX7前 Erp=124V Ep=81V Ek=0.65V Ip=0.44mA

ちなみに、Erpはプレート負荷抵抗の電源側の対GND電圧です。(Erp - Ep)÷Rp=Ipです。

細かい分析と次のアクション案はまた今度。

以上。