Model７ステレオパワーアンプ技術解説

●Model ７シャーシ内部写真

この写真は解説の為、蓋を開けています。内部には高電圧が掛かっている部分がありますので絶対に開けないで下さい。

１．全体構成

Model７は下記の部分から構成されます。

カスコード差動単段増幅回路
自動プレート電流調整機能
平衡（バランス）・不平衡（アンバランス）動作切り替え回路
Rコア出力トランス
Rコア電源トランス

AC100V電源配線とトランス、入出力端子・スイッチを除く全ての部品は１枚のプリント基板に実装されます。　

２．カスコード差動単段増幅回路

通常の真空管式プッシュプルアンプは、電圧増幅段、位相反転段、出力段等の2段の以上の増幅回路から構成されています。
Model7では高倍率電圧増幅、位相反転、出力増幅を単段（1段）で行い、高音質の維持と負帰還の高安定性を実現しました。

Model7ではMOS－FETと真空管によるカスコード増幅回路を差動とし用います。
差動とする事により出力段が位相反転段をも兼ね、単段プッシュプルアンプが可能となります。
基本回路は下図

定電流源、MOS－FET、真空管の３段積みの回路です。各々の素子を動作させる為にMOS-FETのゲートと真空管のグリッドにはバイアス電圧が与えられます。
出力段が位相反転段をも兼ねますので、最大出力時まで＋側と－側が差動（シーソー）動作する必要があります、その為、差動出力段はA級動作のみとなり、プッシュプルアンプに多く用いられるAB級動作は行えません。

バランス（平衡）入力の場合は＋、－の両入力にバランス（平衡）入力信号が加えられます。アンバランス（不平衡）入力の場合は＋入力のみに入力信号が加えられます。
アンバランス入力の場合を考えてみると、入力信号は２分され、半分づつが＋、－入力に加えられたのと同等となります。入力信号は+側と－側で半分づつ増幅されて出力で再び合わされます。
ですので、利得の計算は片側に全部が入力されたとして、片側だけ計算しても同じです。

MOS-FETの高ｇｍと真空管の高損失・高耐圧が組み合わされて、単段で高い増幅度（約1000倍）と高出力（約15W)が達成されます。

出力段の利得は下記の式となります。　gmはMOS－FETの相互コンダクタンス、Rpは内部抵抗、Rl は出力トランスの１次インピーダンスの片側分です。　A級PP場合、＋側と－側で2次側負荷を半分づつを駆動するので片側分の負荷　Rl　は出力トランスのP-P間インピーダンス値の1/2となります。

　　出力段の利得　=　gm X ( Rp // Rl )　　　　　//は並列値の演算

出力段のプレートの信号は出力トランスによって降圧されアンプの出力となります。

　　出力トランスの降圧　＝　SQRT(　Rl　/ ２次インピーダンスの半分　)

アンプの利得は

　　アンプの利得　＝　出力段の利得　/　出力トランスの降圧比
　　　　　　　　　＝　gm X ( Rp // Rl )　/ SQRT(　Rl　/ ２次インピーダンスの半分　)

となります。

Model7は単段で約30倍の裸利得があり、これに9dBの負帰還を掛け、約10倍のアンプに仕上げています。

３．プレート電流・DCバランス自動調整

プレート電流の自動調整機能があり、プレート電流は一定値自動調整されます。
一定値に調整される為、DCバランスも自動的に保たれます。
また、６L6GCからEL156までの多種の出力管を無調整で交換使用できます。

基本回路の合計プレート電流値は定電流源によって決まりますが、＋－の各側にどう分かれるかはMOS-FETのｇｍ次第です。
基本回路のままではMOS-FETにgmの違いがあると＋側と－側のプレート電流が同じになりません。gmは電流値や温度によっても大きく変わるので半固定ボリューム等で調整しても、すぐに変動してしまいます。
Model7では独立定電流源型差動増幅を用いてプレート電流値とDCバランス調整の問題を解消しています。

独立定電流源型差動増幅回路

＋－の各々のソースに定電流回路があります。各々の直流プレート電流は各定電流回路によって決まり、等しい定電流値ならばDCバランスも自動的にとれます。
＋－のソース同士はコンデンサによって結ばれます。交流的にはソース同士は共通の１つ定電流源に結ばれたのと同じになり、差動増幅回路を形成します。
ソース同士を低インピーダンスで結ぶにはコンデンサは大容量の電解コンデンサとなります。電解コンデンサの極性を保つ為に２個のコンデンサの中点を高抵抗でグランドにつないでいます。

独立定電流源型差動増幅回路ではプレート電流は各定電流回路によって決まります。別の見方をすれば、定電流値になるようなバイアス電圧が自動的に各真空管に与えられ、静止時動作点とDCバランスが自動調整されます。
自動調整は常時働いていますので、管の消耗による特性変化にも追従し、プレート電流とDCバランスを保ちます。
異なる種類の出力管を用いても、例えばEL34でもKT88でもバイアス電圧が調整され同じプレート電流になります。
Model7は真空管を交換しても、管種を変えても無調整で動作します。

４．平衡（バランス）・不平衡（アンバランス）動作切り替え

プロ用途のバランス入力増幅と民生用途のアンバランス入力増幅をスイッチ切り替えで選択できます。
Model7は差動アンプですので＋と－の入力を持ちます。出力につながるスピーカはアンバランス素子なので出力トランスの2次巻線はアンバランスですが下図のように抵抗で中点を設けるとアンプから見ればバランス出力となります。