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3端子レギュレータで整流リップル減るか?  チャンピオンデータ考。真空管ラジオのPU考

リップル除去について

オイラは御馬鹿なので3端子レギュレータの実力を疑うことにした。

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①3端子レギュレータ使用の波形写真

ヒータ6.3Vを倍電圧整流したあとに3端子レギュレータ(9V)を入れている。負荷は2sc1815が2個なので5mAも流れない。

VTVMは3mVレンジ。

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発振はしていないが、この3端子レギュレーターは230kHzで発振していた型式の1Aタイプ(日本メーカー品)。あの時は乾電池駆動だった。

今回は発振なし。あの時は発振。同じ型版シリーズで流れる容量がちがうだけなのに、、、。

等価回路が同じでもウエハーに形成されたランド幅が異なると浮遊C?も異なってくる。回路図だけでは性能を評価しにくい分野でもあると想うよ。

②3端子レギュレータ無しの「平滑回路39Ωの4段」では?

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VTVMでの数値は確実に下がっている。スパイク形状のピークは同じようだ。

スパイク形状対策はオイラが中学生の頃から雑誌に掲載されていたので、公知の方法である。オイラがいまさら書くほどの事はない。

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負荷次第だが、この位の電圧になった。今は2SC1815が2個。

③次に3端子レギュレータ無しで「330Ωの3段+680Ω1段」。 

ここまで改善された。

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VTVMの針が映っていないので0.5mVより小さいようだ。

CとRで構成した方が、3端子レギュレーターより20円程度安くつく。 

廉価で効果ありなら、3端子レギュレータの出番は遠い。カタログでは「55dBほどリップル改善されるのが3端子レギュレータの性能」らしいが、オイラの実験では ほぼ無能に近い。

実験室で行なわれるデータ取りは実環境と異なるので「チャンピオンデータ」と呼ばれている。この用語は、エンジニアなら聞きなれた言葉だ。この3端子レギレータは残念ながら日本メーカー製である。 

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③9V出力にする抵抗値を少し探ろう(3端子レギュレータ無し)

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68Ωの4段にした。 これで初期(3端子レギュレータ使用)よりはリップルが確実に低い。負荷は2SC1815が2個ととても軽い。

10.7Vなので 正規な負荷をつけて追い込めばよいだろう。

3端子レギュレータは整流後のリップル減少にはほぼ効果がないようだ。材料費では3端子レギュレータ使用が高コストになる。

上の写真たちでは、VTVMは3mVレンジ。

参考にSPEC表

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公開されているSPECには上のような表がついていることが多い。本レギュレータのは表なしだったので表は借りてきた。

表からはそこそこリップル除去できるらしいことが載っている。55dBなら500分の1位には減っているはずだね。

実際にはこの実験のようになった。 SPEC表を信じるか、自分で波形確認するかはご自由にされてください。

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3端子レギュレータ起因の電波ノイズと信号ラインへのノイズ流出

①電波ノイズの実例

安価にて日本へも多数上陸しているLEDモジュール(PLJ-6LED-A3)は使えるのか?

乾電池駆動にて作動させてみた。VTVMが振り切れるほどのノイズ(電波ノイズ)

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電池を外すと静かになる。

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ここで紹介したように電波ノイズとして飛んでいる。

基準クロックTCXOからも電波ノイズが飛んでいるね。

多くのラジオ工作者がご存知ないようだが、日本メーカーには

「三端子レギュレータは 1~3MHz 付近で発振します」の文字がある。

②電波ノイズには為らぬが,ラインノイズ流出する3端子レギュレータータイプ

波形は230kHz前後で発振中。これも国産メーカー品。

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+Bのラインからケミコン経由で波形観測。

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③信号ラインへの漏れが極小タイプ

1mVレンジで計測なので、0.01mV程度と極小流出

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これは海外メーカー品。

もっと低いタイプも流通しているが、それは後日紹介しよう。

まとめ

ノイズ大小あるので、可能ならノイズ流出しないタイプの3端子レギュレータを採用すること。

リップル除去程度は実測し確認すること。

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PIC式ダイナミック点灯表示器。

周期ノイズ流出。

ON/OFF動作させているのでその周波数のノイズを観測できる。

基板の+端子に9V(乾電池)をつなぐ。その+端子からケミコン100μFを経由してVTVM側に信号を取り込む。

これで+Bラインに重畳しているノイズが波形で取れるはず。

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①乾電池がOFFなので 何も来ない。

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②規則正しいのが来た。

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このパルスの周期を知るために低周波発振器の信号と比較した。100Hz近辺だろう。ダイナミック点灯の周期のようだ。

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③ この漏れを減らそう。

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CRで回路構成した。25dBほど減衰している。 10mVレンジ計測なので4mVくらい漏れ出ている。

45dB減衰が理論値ゆえにもう少し減衰させれそうだ。

目先は乾電池駆動がノイズ面では安心だ。

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真空管ラジオの外部入力の使い方(PUまたはPHONO)

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ラジオの外部入力の使い方

1,電蓄(電気蓄音)は蓄音器式スタイルがスタンダードであったが、ラジオ(真空管)の登場により蓄音式電気再生方式(電気蓄音)にシフトしていった。

電気の力により音を再現する(再生する)のはラジオが最初の大衆道具だろう。

これによれば「ラジオ放送開始の5年後の1925年から電気録音、真空管増幅器とスピーカによる再生の歴史が本格的に始まった」と記述がある。岡部館長殿多謝です。

電蓄、現在ならアンプなどの音響機器の回路原点はラジオになるだろう。

さて、真空管ラジオには外部入力がついていることが多い。これは電蓄対応ゆえにPUと表記されていることが多い。PUの意味は中学生英語の範囲。輸入品だった電蓄が国産化され、LPレコードの普及した1955年ころから一般家庭にも電蓄が普及していく。

真空管ラジオの回路図を見れば入力インピーダンスは検討がつく。どうみても数オームにはならない。100~500KΩ程度になる。

歴史上、後に登場してくる真空管式プリアンプの入力インピーダンス具合は このサイトが参考になる。Web master殿に感謝いたします。

いま流行のiphoneの出力インピーダンスは情報が錯綜してはいるが、1~4Ω程度とスピーカーと同じかそれよりも低い。 試しにFMラジオのイヤホンジャックからの音を 真空管ラジオにつなぐとどうなるか?

インピーダンスが1万倍以上は違うので,???の音になる。 この音を聞くとインピーダンス整合がどうしても必要になることが体感できる。

オー ディオマニアならFMチューナーからの信号をアンプにつなぎ王道に沿って音出してしてくるが、「真空管ラジオをお持ちの方の場合、FMラジオのイヤホン ジャックから入力端子へ接続するする 或いはiphoneの低インピーダンス出力を入力端に接続する」と常道を超えた使い方をしてくるのを見聞きする。

仮にiphoneの出力が100mWで4Ωインピーダンスとすれば、E=IR,W=EIによりiphoneの負荷側には5mA流れ込むことになる。 6石トランジスタラジオでも500mW程度は音声出すのでiphoneも500mW近くは出るだろう。

「iphone⇒真空管ラジオの外部入力」と結線してしまう場合、ラジオ側の初段球(3極管)のグリッドに5mAが流れても不思議ではない。まだ実測したことがないので近々にトライしてみよう。う~ん、電圧増幅の3極管グリッド電流を5mA流してよいのかどうか?

真空管の動作説明をよく読めば、グリッド電流5mAが流れることの事の良し悪しが理解できると想う。

2,インピーダンス整合は、「昇圧トランス」あるいは「ヘッドアンプ」による。MCカートリッジのようにインピダンスが数十オームのものを昇圧させることはaudio系では普通である。「mc カートリッジ ヘッドアンプで検索すると回路は多数あるので自作は難しくない。

ま た、「1000円程度で手に入る周波数特性が良好な小型トランスは残念ながら市場に無い」ので数千円出費して特性が良いものを入手することを推奨する。そ のトランスがラジオ内に格納できるかどうかも検討する必要がある。磁束漏れを拾うpick upに成らぬように留意することは当然のこと。「音質に目を瞑りトランジスタ用トランスを使う」ことは至極アマチュア的である

上記2通りの対応策があるが、選択権は己にあるので熟慮するように。

3. これは真空管ラジオの常識だが、出力トランスの1次側にコンデンサーが付いている。この理由は、ラジオ工作者ならば知っているので改めては記さない。3極管のプレートの100pFも音域特性に結構効いている。

このコンデンサーのお陰で4kHzや8kHzなど高域ではラジオの出力特性がかなり垂れ下がっている。また隣接放送波の耳障りなシャリシャリ音を減らすためにもラジオでは、AF部で積極的にHi-cutにし、通信向けの音にする。 audio系の音域特性とは全く異なる。

測れば一目瞭然だが、測定器なしで外部入力で鳴らせば高域の伸びがないのですぐに判る。高域の垂れに無頓着ならば、真空管ラジオで外部入力を鳴らせばよいだろう。大半の電気工作者はHi-cutの通信向けの音よりhi-fiを好むと想う。

  「SP端から、音が出れば満足」の水準で支障なければ真空管ラジオの高域垂れ特性に依存して、音を楽しむこともある。

音が判るお方は、外部入力を真空管で楽しむ為にラジオでなく真空管アンプに移行していると想う。

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まあ、オイラ的にはラジオとaudioでは音域特性の設計思想が異なるゆえ、目的に合うもので音を楽しむが王道だ。

「ラジオでは、あえて高音伸びないように工夫がされている」(通信向けの音)と繰り返し申し上げておく。

音の聞き分けができるならば、真空管ラジオの外部入力で音を楽しむことは困難なことに気つくと想うが、近年は聞き分けが出来ないuserが多いらしい。

 

実験をした。

真空管ラジオの外部入力(PU,PHONO)への音源考。

真空管を痛めないために一読をお薦めする。

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上で触れたが、iphoneのように超低インピーダンスで出力される機器を使うには、インピーダンス変換のための機器が必要になる。1~2Ωは充分に超低インピーダンスだと想うが間違いかな?

真空管は入力電圧を増幅動作させる機器ゆえに、入力電圧が不十分だと望んだような動作はしない。このことはwebにも多数情報が上がっている。

FMラジオ(IC)の出力インピーダンスを2オーム近辺まで下げて、外部入力へいれたら「音として出てくるのか?」を粗い実験をしてみる。

amateur radioのライセンスを持っていたり、電気科卒業であれば、学んだ基礎知識の範囲ゆえに読み飛ばすように。

至って粗い実験ゆえに、詳細はご自分で追実験されたし。

 低周波発振器の出力をVTVM読みで1Vにする。発振器の出力インピーダンスは600オームなので、E=IRによれば  1÷600=負荷電流になる(粗いが理論価)。この数値は1.7mAくらいだろう。

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近年のCDプレーヤからの出力は1Vもあるらしいが、真空管ラジオ全盛記のプレーヤー、チューナーからの出力は100mVが普通。

したがって上の写真のように低周波発振器の出力を1Vも真空管ラジオに入れると入力過多になりやすい。真空管ラジオ側からみて、充分すぎる入力量だと言えるだろう。

ラジオのAF段調整は、この低周波発振器に600オームの外部アッテネーターを経由させて0.1dBステップで特性測定する。

①、ここから実験。

FMラジオへ信号を入れてイヤホンジャックからの出力を波形で確認してみた。真空管ラジオ外部入力へいれたら、ラジオ側SP端での値もしっかり出てくる。

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②擬似的に負荷を下げてみた。

波形がガツンと小さくなった。真空管ラジオのSP端も値が小さくなった。

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2.2オームの抵抗を並列にいれたのでFMラジオから見ると600オーム負荷に2.2オーム負荷が並列にはいったようにみえ、総合的には1.7オーム近傍になる。iphoneの数値に近いはず。

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 概 ね35dBも下がっている。「600オーム⇒1.7オーム」で35dBもレベルが下がるのか、、。真空管ラジオのAF部は40~45dBの増幅度なので、 40dBー35dB=5dB。もとの音源から5~10dB程度増えただけなので、低いインピーダンスからの信号を入れることはお薦めできない。

③FMラジオからの入力はやめて、低周波発振器から入れた。

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普通に鳴る。

④ST管ラジオにチェンジして、試しにFMラジオを音量最大にしてみた

波形は歪んでいる。真空管ラジオの外部入力にはつながっている。

0.3Vレンジで示された数値は0.27V前後なので測定器側へのinputは43mWの計算になる。もともと0.5W位は出るのだが、10分の1程度に減っている。理由は不明。

FMラジオ(IC)から真空管ラジオへ入力は、「この真空管ラジオ側で切り替え」できるので、ラジオモードにしてもVTVMの価変化なし。(真空管ラジオ側でパワーを食っていることはないようだ)

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⑤次にST管ラジオ側からも音になってでるか?

入力レベルを0.1Vにさげて真空管ラジオのSPでVTVMを測ると普通にでてくる。

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ST管ラジオもロクタル管同様に出力される。(当たり前や)

⑥FMラジオからのOUTPUTはやめて、低周波発信器から0.1Vいれてみた。

普通に音がでてくる。当たり前だ。これで調整しているのだからね。

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まとめ

・実験のように、出力インピーダンスが1.7オーム前後でも、ラジオの外部入力への信号レベルが0.1Vもあれば真空管ラジオから音がでる。音源インピーダンスと外部入力インピーダンスがかなり離れていても音量としては出てくる。(音質は不問)

・ スマホは持っていないので、どの程度の電圧が負荷(真空管ラジオの外部入力)に掛かっているか不明。スマホからの音が出ない(小さい)理由はインピーダン スによるものだけでは無いだろうと推測できる。どちらにしろ、1500円のICラジオより格段に低いことはないだろうが、負荷をドライブできなきゃ駄目 だ。(音源としてのドライブ能力は1500円ラジオより劣る??)

・仮にDC(直流)が次段(後段)に流入する回路(direct drive speakers) だとすると、電流量によっては次段のデバイスを破壊することは避けられないだろう。 安全側に倒して設計するのが王道ゆえに、設計思想としては???。 (はずみで負荷抵抗がゼロ。つまりショートしたら煙がでたり、匂いがするかも? 過電流時の保護回路は入っているとは想うが、勇気ある方は実験してもらい たい)

保護回路が機能するまでの時間を規格表で確認する必要があるが、1mSEC程度は掛かるじゃないかな? 1msecが長いか短いかは、これが参考になる

菊水の安定化電源を5V 0.1Aに設定して、出力側を短絡させると電流値メーターは振り切れるので、見ていても精神上あまりよくないから真似しないように。

・audioマニアは、iphoneを真空管ラジオへの入力源とは採用しないから大丈夫だろう。

★参考に、FMが受信できるトライアンプとして有名なAF-10の回路を上げておく。(TRIO⇒Accuphaseの変遷はご存知ですね)

外部からDC(直流)が流入してくることはAF-10の設計思想にはない。WEBで「真空管アンプ 回路図」と検索すると回路図をみることができる。 これを見ると「DCが流れ込んでくることを前提とした真空管回路」を発見することは楽ではない。

アキュフェーズが初めて市場に出た時は驚きでしたね。オイラより上の世代なら、覚えておいでですね。

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TORIOではなくTRIOです。 間違えている方を頻繁に見かけるので、ご注意ください。

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追記

webで拾った。direct drive speakers。

このまま往時のST管ラジオのPUにつなぐと、、、、そりゃ無理。真空管のグリッドがカソードからみてプラス側に見える or 見えない?。とても無謀な接続になる。audio愛好家は知識も備えているからこういう無謀な接続はしないはずだ。

真空管ラジオ側のAF初段球のスペアを用意してから挑戦することをオイラは薦める。

Fig45

 

X_scaled_speakerdriverschempngpages

★半導体のキットでは下の回路のようにspにdcを流さないことが多い。(これならPUに入れても成立する)

Naylg

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追記

iphoneと真空管ラジオを直接つなぎたいお方から、「回路図で書け」との質問が来た。

知識があれば上記説明で理解できると想うのですが、。考える力の弱いお方のようだ。

direct drive speakers(iphoneなど??)から、往時の真空管ラジオ側につなぐと仮定する。

真空管のグリッドには音源側のDC(直流)が印加される。

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上のような接続だと真空管が痛むので、

抵抗負荷或いはインダクター負荷にする。 最近はアナログ用フォトカプラーも歪み率が低いので手立ての一つにあげられる。「痛む」を承知して使うのも1案です。

 

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音の良い段間トランスは廉価ではないので、費用は覚悟のこと。

また、ご存知のようにラジオのAF部はLPFが入っているので高域垂れになっている。真空管ラジオでは3極管の+Bにある100PF(200PF)。それにOUTトランス1次側のコンデンサーで音域の特定点を持ち上げた特性にしてある。

Am_rcvr_bws

ラジオAFの特性まで加味し接続することは、当然の帰結になる。

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