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4 設計

13DE7ミニウィリアムソン型アンプの全回路図を図3に示します．
図 3: 13DE7ミニウィリアムソン型アンプの回路
\begin{figure}\input{6DE7will_sch} \end{figure}

オリジナルのウィリアムソン・アンプでは， 各段にデカップリングが施されていますが， 今回のミニアンプでは，部品点数を減らすため， 初段と位相反転段に同じ信号電流が流れるようにし， デカップリングを共通にしています．

R17 は 75 Ω にしましたが， 入手した13DE7は，平均特性よりも電流が流れやすいタマが多かったため， 100 Ω 程度にしたほうがよいようです．

4.1 出力段の設計

Ep0 = 200 V, Ip0 = 35 mA, Eg0 = - 24.6 V, μ = 6.20, rp = 1220 Ω, gm = 5080 mS, RL = 4 kΩ,
A4 = - μ$\displaystyle {\frac{{R_L}}{{r_p+R_L}}}$ = - 6.20$\displaystyle {\frac{{4}}{{1.22+4}}}$ = - 4.75 (1)
Zo4 = rp//RL = 1.22//4 = 0.935 [kΩ] (2)

図 4: 出力段の動作点とロードライン
\includegraphics{6DE7will_pow.ps}

4.2 ドライバの設計

Ep0 = 103.3 V, Ip0 = 2.26 mA, Eg0 = - 4.52 V, μ = 17.8, rp = 11.5 kΩ, gm = 1550 mS, RL = 47//100 = 32 kΩ,
A3 = - μ$\displaystyle {\frac{{R_L}}{{r_p+R_L}}}$ = - 17.8$\displaystyle {\frac{{32}}{{11.5+32}}}$ = - 13.1 (3)
Zo3 = rp//RL = 11.5//32 = 8.47 [kΩ] (4)

図 5: ドライバの動作点とロードライン
\includegraphics{6DE7will_drv.ps}

4.3 位相反転段の設計

Ep0 = 58.6 V, Ip0 = 1.45 mA, Eg0 = - 2.40 V, μ = 17.3, rp = 14.4 kΩ, gm = 1200 mS, RL = 47//750 = 44.2 kΩ,
A2 = μ$\displaystyle {\frac{{R_L}}{{r_p+(2+\micro)R_L}}}$ = - 17.3$\displaystyle {\frac{{44.2}}{{14.4+(2+17.3)44.2}}}$ = 0.882 (5)
Zo2 = $\displaystyle {\frac{{r_p R_L}}{{r_p + (2+\micro)R_L}}}$ = $\displaystyle {\frac{{14.4 \times 44.2}}{{14.4 + (2+17.3)44.2}}}$ = 0.732 [kΩ] (6)

図 6: 位相反転段の動作点とロードライン
\includegraphics{6DE7will_ph.ps}

4.4 初段の設計

Ep0 = 64.0 V, Ip0 = 2.54 mA, Eg0 = - 1.93 V, μ = 18.5, rp = 11.5 kΩ, gm = 1610 mS, RL = 51 kΩ, Rk = 910//4700 = 762 Ω,
A1 = - μ$\displaystyle {\frac{{R_L}}{{r_p+(1+\micro)R_k+R_L}}}$ = - 18.5$\displaystyle {\frac{{51}}{{11.5+(1+18.5)0.762 + 51}}}$ = - 12.2 (7)
Zo1 = {rp + (1 + μ)Rk}//RL = {11.5 + (1 + 18.5)0.762}//51 = 17.4 [kΩ] (8)

図 7: 初段の動作点とロードライン
\includegraphics{6DE7will_1st.ps}

4.5 低域時定数


Tl1 = C3(Zo2 + R8) = 1 x 10-6(732 + 750 x 103) = 0.75 [s] (9)
fl1 = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi T_{l1}}}}$ = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi 0.75}}}$ = 0.21 [Hz] (10)


Tl2 = C6(Zo3 + R14) = 0.047 x 10-6(8.47 x 103 +100 x 103) = 0.0051 [s] (11)
fl2 = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi T_{l2}}}}$ = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi 0.0051}}}$ = 31.2 [Hz] (12)


Tlt = $\displaystyle {\frac{{L_p}}{{Z_p // r_p'}}}$ = $\displaystyle {\frac{{80\sim220}}{{8000//2440}}}$ = 0.0428 $\displaystyle \sim$ 0.118 [s] (13)
flt = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi T_{lt}}}}$ = 1.353 $\displaystyle \sim$ 3.719 [Hz] (14)

4.6 高域時定数


Th1 = {(1 + $\displaystyle {\frac{{1}}{{A_1}}}$)Cgp1 + Co1 + (1 + A2)Cgp2 + (1 - A2)Ci2}Zo1  
  = {(1 + $\displaystyle {\frac{{1}}{{12.2}}}$)1.5 + 0.37 + (1 + 0.882)1.5 + (1 - 0.882)1.8} x 10-12 x 17400  
  = 0.0875 [μs] (15)
fh1 = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi T_{l1}}}}$ = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi 8.75\times10^{-8}}}}$ = 1.82 [MHz] (16)


Th2 = {(1 + $\displaystyle {\frac{{1}}{{A_2}}}$)Cgp2 + Co2 + Ci3 + (1 + A3)Cgp3}(Zo2//R8)  
  = {(1 + $\displaystyle {\frac{{1}}{{0.882}}}$)1.5 + 0.37 + 2.2 + (1 + 13.1)4} x 10-12 x (732//750 x 103)  
  = 0.0455 [μs] (17)
fh2 = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi T_{l2}}}}$ = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi 4.55\times10^{-8}}}}$ = 3.5 [MHz] (18)


Th3 = {(1 + $\displaystyle {\frac{{1}}{{A_3}}}$)Cgp3 + Co3 + Ci4 + (1 + A4)Cgp4}(Zo3//R14)  
  = {(1 + $\displaystyle {\frac{{1}}{{13.1}}}$)4 + 0.52 + 5.5 + (1 + 4.75)8.5} x 10-12 x (8470//100 x 103)  
  = 0.462 [μs] (19)
fh3 = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi T_{l3}}}}$ = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi 4.62\times10^{-7}}}}$ = 344 [kHz] (20)

ここでは，計算を簡単にするため， 出力トランスの高域時定数を，浮遊容量 Cs によるものと， 漏れインダクタンス Ll によるものに分解して計算していますが， 正式には，2次の回路として取り扱う必要があります．
Th4c = (2rp//Zp)Cs = (2440//8000)269 x 10-12 = 0.5 [μs] (21)
fh4c = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi T_{h4c}}}}$ = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi 5\times10^{-7}}}}$ = 316 [kHz] (22)


Th4l = $\displaystyle {\frac{{L_l}}{{2r_p+Z_p}}}$ = $\displaystyle {\frac{{11.3\times10^{-3}}}{{2440+8000}}}$ = 1.08 [μs] (23)
fh4l = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi T_{h4l}}}}$ = $\displaystyle {\frac{{1}}{{2\pi 1.08\times10^{-6}}}}$ = 147 [kHz] (24)

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Ayumi Nakabayashi
平成19年7月1日