シングル出力段の低域の等価回路

シングル出力段の低域の等価回路は，図1のようになります． KからPまでが真空管で，その他が出力トランスです．

図 1: シングル出力段の低域の等価回路

Z_p は出力トランスの公称一次インピーダンスで， L_p は一次インダクタンスです． この2つが並列になったものが真空管の負荷になるので， これを

Z₂ = Z_Lp//Z_p (1)

とおきます． Z_Lp は一次インダクタンスのインピーダンスで， Z_Lp = j$\omega$L_p ( j = $\sqrt{{-1}}$, $\omega$ = 2$\pi$f)です． また，電圧源から見た総インピーダンスを

Z₁ = r_p + Z₂ (2)

とおきます． i_p の方向が逆ですが，それはロードラインを描くときに通常の向きに戻します．

ここで，プレート電流 i_p と出力トランス一次側の電圧 e_o の関係を調べます． 等価回路から，

e_i = i_p(r_p + Z₂) = i_pZ₁ (3)

$${\frac{{Z_2}}{{r_p + Z_2}}} {\frac{{Z_2}}{{Z_1}}}$$ e_o = (4)

という関係が成り立ちます． これらの式から e_i を消去すると，

e_o = Z₂i_p (5)

という関係が得られます．

ここで， Z₂ = Z_Lp//Z_p に注目すると，

Z₂ = Z_Lp//Z_p

$${\frac{{j\omega L_p Z_p}}{{j\omega L_p + Z_p}}}$$ =

$${\frac{{Z_p}}{{1 + \frac{Z_p}{j\omega L_p}}}}$$ =

$${\frac{{1}}{{1 + \frac{1}{j\omega \frac{L_p}{Z_p}}}}}$$ =

T₂ = L_p/Z_p とおくと，

$${\frac{{1}}{{1 + \frac{1}{j\omega T_2}}}}$$ Z₂ = (6)

$${\frac{{1}}{{1 + \frac{1}{j\omega T_2}}}} {\frac{{1 - \frac{1}{j\omega T_2}}}{{1 - \frac{1}{j\omega T_2}}}}$$ =

$${\frac{{1 - \frac{1}{j\omega T_2}}}{{1 + \frac{1}{\omega^2 T_2^2}}}}$$ =

$${\frac{{1 + j\frac{1}{\omega T_2}}}{{1 + \frac{1}{\omega^2 T_2^2}}}}$$ = (7)

この式には，負荷インピーダンスの絶対値と，電流と電圧の位相の関係が含まれています．

まず，負荷インピーダンス Z₂ の絶対値に注目します．

$$\left\vert\vphantom{\frac{1 + j \frac{1}{\omega T_2}}{1 + \frac{1}{\omega^2 T_2^2}}}\right. {\frac{{1 + j\frac{1}{\omega T_2}}}{{1 + \frac{1}{\omega^2 T_2^2}}}} \left.\vphantom{\frac{1 + j \frac{1}{\omega T_2}}{1 + \frac{1}{\omega^2 T_2^2}}}\right\vert {\frac{{\sqrt{1^2 + \frac{1}{\omega^2 T_2^2}}}}{{1 + \frac{1}{\omega^2 T_2^2}}}} {\frac{{1}}{{\sqrt{1 + \frac{1}{\omega^2 T_2^2}}}}}$$ (8)

ここで，周波数が高くなる( $\omega$$\to$$\infty$)と， 根号の中の分数の分母が無限大となり， インピーダンスは Z_p となります． $\omega$ = 1/T₂ = Z_p/L_p のとき，根号の中の分数が1となり， インピーダンスは Z_p/$\sqrt{{2}}$ (-3 dB)となります．

Z_p = 5 kΩ, L_p = 22 H の場合の，負荷インピーダンスの周波数特性を図2に示します．

図 2: 負荷インピーダンスの周波数特性

次に，位相について検討します． 電圧 e_o は，プレート電流 i_p よりも，

$$\theta {\frac{{\Im Z_2}}{{\Re Z_2}}} {\frac{{1}}{{\omega T_2}}}$$ (9)

だけ進んでいます．