JP6886172B2

JP6886172B2 - 真空管アンプ

Info

Publication number: JP6886172B2
Application number: JP2017003035A
Authority: JP
Inventors: 剛浩李; 好古塩谷
Original assignee: Korg Inc
Current assignee: Korg Inc
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-01-12
Also published as: JP2018113594A

Description

本発明は、真空管を用いた音響用増幅器である真空管アンプに関する。

真空管の特性を好むユーザが依然存在している。そのような背景から、真空管アンプ用の真空管として、特許文献１などに示された技術が存在する。

特開２０１６−１３４２９９号公報

従来技術は、安価に入手できる蛍光表示管に近い構造でありながら、音響用に用いることのできる真空管に関する技術である。真空管としての特性を有しているが、より従来の真空管に近い特性が求められていた。

本発明は、より従来の真空管に近い特性の真空管アンプを提供することを目的とする。

本発明の真空管アンプは、第１入力信号と第１入力信号と位相が反転している第２入力信号から出力信号を生成する。本発明の真空管アンプは、バイアス生成部、第１合成部、第２合成部、第１真空管増幅部、第２真空管増幅部、差動増幅部を備える。バイアス生成部は、第１入力信号の振幅が大きいほど、第１入力信号が無いときからの変化が大きいバイアス電圧を生成する。第１合成部は、第１入力信号とバイアス電圧を合成し、第１バイアス付加入力信号を生成する。第２合成部は、第２入力信号とバイアス電圧を合成し、第２バイアス付加入力信号を生成する。第１真空管増幅部は、熱電子を放出するフィラメントを有し、第１バイアス付加入力信号をグリッドへの入力信号とし、アノードから出力信号を得る。第２真空管増幅部は、熱電子を放出するフィラメントを有し、第２バイアス付加入力信号をグリッドへの入力信号とし、アノードから出力信号を得る。差動増幅部は、第１真空管増幅部の出力信号と第２真空管増幅部の出力信号との差分を増幅する。

本発明の真空管アンプによれば、入力信号の振幅が大きいほどバイアス電圧を大きく変化させるので、入力信号の振幅が大きいほど第１真空管増幅部と第２真空管増幅部の出力が飽和状態になりやすくなり、十分な増幅を得にくくなる。したがって、従来の真空管に近い特性にできる。

本発明の真空管アンプの構成例を示す図。位相反転部の具体例を示す図。バイアス生成部の具体例を示す図。合成部の具体例を示す図。真空管増幅部の具体例を示す図。差動増幅部の具体例を示す図。本発明の真空管アンプでの信号の様子を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図１に本発明の真空管アンプの構成例を示す。真空管アンプ１００は、第１入力信号ｓと第１入力信号ｓと位相が反転している第２入力信号ｓ₋から出力信号Ｓを生成する。真空管アンプ１００は、バイアス生成部１２０、（第１）合成部１３０−１、（第２）合成部１３０−２、（第１）真空管増幅部１４０−１、（第２）真空管増幅部１４０−２、差動増幅部１５０を備える。真空管アンプ１００は、第１入力信号ｓと第２入力信号ｓ₋を入力としてもよいし、第１入力信号ｓのみを入力とし、位相反転部１１０も備えてもよい。位相反転部１１０は、第１入力信号ｓから第２入力信号ｓ₋を生成する。例えば、位相反転部１１０は、図２に示すようにオペアンプ１１１、抵抗１１２，１１３で反転増幅器を構成すればよい。増幅率が１で反転させれば、端子１１０_ｉｎに第１入力信号ｓを入力すると、端子１１０_ｏｕｔから第２入力信号ｓ₋が出力される。

バイアス生成部１２０は、第１入力信号ｓの振幅が大きいほど、第１入力信号ｓが無いときからの変化が大きいバイアス電圧を生成する。例えば、バイアス生成部１２０は、第１入力信号ｓまたは第２入力信号ｓ₋を整流して平滑化した電圧とあらかじめ定めた電圧からバイアス電圧ｖ_ｂを生成すれば、第１入力信号ｓの振幅が大きいほど第１入力信号ｓが無いときに比べたバイアス電圧ｖ_ｂの変化を大きくできる。より具体的には、図３のように構成すればよい。図３の例では、バイアス生成部１２０は、ダイオード１２１、抵抗１２２，１２４，１２６，１２８−１〜３、コンデンサ１２３，１２７、オペアンプ１２５で構成されている。ダイオード１２１は、端子１２０_ｉｎに入力された第１入力信号ｓを整流する。抵抗１２２とコンデンサ１２３はローパスフィルタとして機能し、整流された第１入力信号ｓを平滑化する。ノード１２０_ｓの電圧は、第１入力信号ｓを整流して平滑化した電圧となる。なお、端子１１０_ｉｎに第２入力信号ｓ₋を入力してもよい。オペアンプ１２５、抵抗１２４，１２６、コンデンサ１２７で積分回路（ローパスフィルタ）が構成される。オペアンプ１２５の＋入力側に接続される端子１２０_ｂｂには、あらかじめ定めた電圧Ｖ_ｂｂが接続される。この積分回路は、第１入力信号ｓまたは第２入力信号ｓ₋を整流して平滑化した電圧とあらかじめ定めた電圧Ｖ_ｂｂとを入力とし、バイアス電圧ｖ_ｂを生成する。そして、端子１２０_ｏｕｔからバイアス電圧ｖ_ｂが出力される。このような構成なので、バイアス生成部１２０は、第１入力信号の振幅が大きいほど低いバイアス電圧を生成する。図５に示された真空管増幅部１４０−１，１４０−２の構成の場合、バイアス電圧が低い方が消費電力は小さいので、この例では、第１入力信号の振幅が大きいほど低いバイアス電圧を生成した。しかし、第１入力信号の振幅が大きいほど高いバイアス電圧を生成しても、本発明の効果は得られる。なお、電源電圧＋Ｖ_ｃｃと接地との間に直列に接続された抵抗１２８−１〜３は、真空管増幅部１４０−１，１４０−２の個体差を考慮して、バイアス電圧ｖ_ｂを調整する部分である。例えば工場出荷時に調整しておけばよい。

合成部１３０−１は、第１入力信号ｓとバイアス電圧ｖ_ｂを合成し、第１バイアス付加入力信号ｖ_１を生成する。合成部１３０−２は、第２入力信号ｓ₋とバイアス電圧ｖ_ｂを合成し、第２バイアス付加入力信号ｖ_２を生成する。図４に、合成部１３０−１（１３０−２）の具体例を示す。合成部１３０−１（１３０−２）は、コンデンサ１３１、抵抗１３２，１３３を備えればよい。合成部１３０−１の場合は、端子１３０_ｉｎから第１入力信号ｓが入力され、端子１３０_ｂからバイアス電圧ｖ_ｂが入力される。コンデンサ１３１は、第１入力信号ｓの交流成分のみを透過する。そして、抵抗１３２，１３３によって第１入力信号ｓの交流成分とバイアス電圧ｖ_ｂが合成され、端子１３０_ｏｕｔから第１バイアス付加入力信号ｖ_１が出力される。合成部１３０−２の場合は、端子１３０_ｉｎから第２入力信号ｓ₋が入力され、端子１３０_ｏｕｔから第２バイアス付加入力信号ｖ_２が出力される。抵抗１３２，１３３の値は、真空管増幅部１４０−１，１４０−２の特性などを考慮し、合成部１３０−１と合成部１３０−２とで異なる値としてもよいし、可変抵抗などを用いて工場出荷時などに調整できるようにしてもよい。

真空管増幅部１４０−１は、熱電子を放出するフィラメント１４２−１を有し、第１バイアス付加入力信号ｖ_１をグリッド１４３−１への入力信号とし、アノード１４４−１から出力信号Ｖ_１を得る。真空管増幅部１４０−２は、熱電子を放出するフィラメントを有し、第２バイアス付加入力信号をグリッドへの入力信号とし、アノードから出力信号を得る。図５に真空管増幅部１４０−１，１４０−２の具体例を示す。真空管増幅部１４０−１，１４０−２は、例えば、特許文献１に示された真空管１４１を用いればよい。特許文献１に示された真空管１４１には、所定以上の温度で熱電子を放出する直線状に張られたフィラメント１４２−１，１４２−２と、２組のグリッド１４３−１，１４３−２とアノード１４４−１，１４４−２を有する。端子１４０_Ｆ−１，１４０_Ｆ−２に、直流電圧源＋Ｖ_Ｆ（例えば０．７Ｖ）が接続され、端子１４０_Ｇは接地されることで、フィラメント１４２−１，１４２−２は、熱電子を放出する所定の温度（例えば６５０度）まで加熱される。端子１４０_ｖ−１，１４０_ｖ−２には電源電圧＋Ｖ_ｃｃが接続され、アノード１４４−１，１４４−２には抵抗１４５−１，１４５−２を介しては電源電圧＋Ｖ_ｃｃが接続される。そして、アノード１４４−１からはグリッド１４３−１に入力される第１バイアス付加入力信号ｖ_１に応じた出力信号Ｖ_１が出力され、アノード１４４−２からはグリッド１４３−２に入力される第２バイアス付加入力信号ｖ_２に応じた出力信号Ｖ_２が出力される。なお、図５の構成の場合、第１バイアス付加入力信号ｖ_１と出力信号Ｖ_１の位相は反転し、第２バイアス付加入力信号ｖ_２と出力信号Ｖ_２の位相は反転する。また、入力信号の振幅が大きいほどバイアス電圧を大きく変化させるので、振幅が大きい入力信号の場合に第１真空管増幅部と第２真空管増幅部の出力が飽和状態になりやすくなり、十分な増幅を得にくくなる。さらに、図５のように１つの真空管で２回路を構成すれば２つの回路の特性を近くしやすい。

差動増幅部１５０は、真空管増幅部１４０−１の出力信号Ｖ_１と真空管増幅部１４０−２の出力信号Ｖ_２との差分を増幅する。例えば、差動増幅部１５０は、図６に示した構成にすればよい。図６の例では、差動増幅部１５０は、コンデンサ１５１−１，１５１−２、オペアンプ１５３、抵抗１５２−１，１５２−２，１５４，１５５で構成されている。真空管増幅部１４０−１の出力信号Ｖ_１は端子１５０_ｉｎ−１から入力され、真空管増幅部１４０−２の出力信号Ｖ_２は端子１５０_ｉｎ−２から入力される。コンデンサ１５１−１，１５１−２は、出力信号Ｖ_１と出力信号Ｖ_２の交流成分のみを透過する。オペアンプ１５３、抵抗１５２−１，１５２−２，１５４，１５５で差動増幅器が構成されており、端子１５０_ｏｕｔから出力信号Ｓが出力される。

図７に本発明の真空管アンプでの信号の様子を示す。（Ａ）は第１入力信号ｓの振幅が小さい場合、（Ｂ）は第１入力信号ｓの振幅が大きい場合であってバイアス生成部が第１入力信号の振幅が大きいほど低いバイアス電圧を生成するとき、（Ｃ）は第１入力信号ｓの振幅が大きい場合であってバイアス生成部が第１入力信号の振幅が大きいほど高いバイアス電圧を生成するときの例を示している。どの図でも、第１入力信号ｓと第２入力信号ｓ₋は位相が反転している。（Ａ）のバイアス電圧ｖ_ｂは第１入力信号ｓが無いときに近いバイアス電圧であり、（Ｂ）のバイアス電圧ｖ_ｂは低く、（Ｃ）のバイアス電圧ｖ_ｂは高くなっていることが分かる。なお、バイアス生成部１２０の設計では、第１入力信号ｓが無いときのバイアス電圧ｖ_ｂが真空管増幅部１４０−１，１４０−２の歪が小さくなるバイアス電圧になるように設計すればよい。第１バイアス付加入力信号ｖ_１は第１入力信号ｓとバイアス電圧ｖ_ｂを合成した信号であり、第２バイアス付加入力信号ｖ_２は第２入力信号ｓ₋とバイアス電圧ｖ_ｂを合成した信号である。真空管増幅部１４０−１の出力信号Ｖ_１と真空管増幅部１４０−２の出力信号Ｖ_２は、第１バイアス付加入力信号ｖ_１と第２バイアス付加入力信号ｖ_２とは位相が反転している。また、（Ｂ），（Ｃ）では、真空管増幅部１４０−１，１４０−２が飽和状態になるために出力信号Ｖ_１，Ｖ_２が歪む。したがって、差動増幅部１５０の出力Ｓは、（Ａ）の場合は歪んでいないが、（Ｂ），（Ｃ）の場合は歪んでいる。なお、図２から６には回路の具体例を示したが、図７に示したような信号が得られれば、他の回路構成でも構わない。

このように、本発明の真空管アンプによれば、入力信号の振幅が大きいほどバイアス電圧を大きく変化させる。したがって、入力信号の振幅が小さいときには歪の少ない増幅ができ、入力信号の振幅が大きいときには第１真空管増幅部と第２真空管増幅部の出力が飽和状態になりやすくなり、十分な増幅を得にくくなる。よって、従来の真空管に近い特性にできる。特に、ギターアンプとして好まれる特性にできる。

１００真空管アンプ１１０位相反転部
１２０バイアス生成部１３０合成部
１４０真空管増幅部１５０差動増幅部

Claims

第１入力信号と前記第１入力信号と位相が反転している第２入力信号から出力信号を生成する真空管アンプであって、
前記第１入力信号の振幅が大きいほど、前記第１入力信号が無いときからの変化が大きいバイアス電圧を生成するバイアス生成部と、
前記第１入力信号と前記バイアス電圧を合成し、第１バイアス付加入力信号を生成する第１合成部と、
前記第２入力信号と前記バイアス電圧を合成し、第２バイアス付加入力信号を生成する第２合成部と、
熱電子を放出するフィラメントを有し、前記第１バイアス付加入力信号をグリッドへの入力信号とし、アノードから出力信号を得る第１真空管増幅部と、
熱電子を放出するフィラメントを有し、前記第２バイアス付加入力信号をグリッドへの入力信号とし、アノードから出力信号を得る第２真空管増幅部と、
前記第１真空管増幅部の出力信号と前記第２真空管増幅部の出力信号との差分を増幅する差動増幅部、
を備える真空管アンプ。
請求項１記載の真空管アンプであって、
前記バイアス生成部は、前記第１入力信号の振幅が大きいほど、低いバイアス電圧を生成する
ことを特徴とする真空管アンプ。
請求項１または２記載の真空管アンプであって、
前記バイアス生成部は、前記第１入力信号または前記第２入力信号を整流して平滑化した電圧とあらかじめ定めた電圧から、前記バイアス電圧を生成する
ことを特徴とする真空管アンプ。
請求項１から３のいずれかに記載の真空管アンプであって、
さらに、位相反転部も備え、
前記位相反転部は、前記第１入力信号から前記第２入力信号を生成する
ことを特徴とする真空管アンプ。