真空管回路の位相について

質問

添付画像について聞きたいのですが、バイアスにプラス信号入れた時の出力電流の流れる経路がよく理解できないのですがバイアスをプラスに振る＝電流増えるという事は基準点の電流よりB電源からの電流量が増える＝B電源（直流）の順方向の電流に沿った電流（交流成分）がプラスされるという事で図の電流経路で合ってるんでしょうか？バイアスをマイナスに振った時の出力電流経路についても聞きたいんですが図は書いたんですが１質問に添付できる画像は１枚みたいなのでまた次の機会に聞きたいと思ってます。

回答No.2

bogen55 · ベストアンサー

「バイアスにプラス信号入れた時」ではなく，「正常に動作するようなバイアスが与えられている時に，グリッド入力信号として交流を与えたとき」とゆうことは理解していますよね．
交流信号のプラス側の動作が理解できないとゆうことでしょうか？
次段のグリッドへは結合コンデンサがあり，ゼロ信号のときにはプレート電圧で充電されています．
入力信号のプラス側では，プレート電圧が低下するため，結合コンデンサの電圧も低下し次段のグリッド入力抵抗を通して放電されます．
だから添付の図はあってます．
なお，コンデンサに流れる交流電流のことを「変位電流」と呼びます．

お礼

ありがとうございます。
＞「バイアスにプラス信号入れた時」ではなく，「正常に動作するようなバ＞イアスが与えられている時に，グリッド入力信号として交流を与えたと
＞き」とゆうことは理解していますよね．

はい。そういった事はすべて理解してるつもりです。（３定数、三極、五極管の各グリッドの働きや利得計算など）バイアス浅くしたとき電流増えるから負荷抵抗（負荷抵抗側はただの抵抗器だから抵抗値一定）の分圧比が高くなり真空管内部抵抗にかかる電圧が減るというのも。（負荷側の抵抗値が一定だからというよりも球の内部抵抗が減るから負荷との分圧比が変わるという事なんですかね？）
あくまでも直流で基準バイアス与えてる状態での入力交流信号でバイアスを浅く、深くした時の出力交流成分の流れる方向のイメージトレーニングです。ほとんどの本や説明では位相反転の一言やサイン波グラフの説明で終わってるので（山谷が逆になってる）流れる方向をしっかりイメージできるようになりたいです。これがはっきりしないと帰還かける時の正負帰還どちらになるかというのもわからないまま参考回路の真似で終わってしまうので。

補足

変位電流聞いたことあります。コンデンサ誘電体の分極とかも関係あるんでしょうか？
＞次段のグリッド入力抵抗を通して放電されます．
＞だから添付の図はあってます．
というのは電子がグリッドリーク抵抗の上から下に放電される＝下から上に電流が流れるという事でしょうか？

回答No.6

xxxx__xxxx

一口に真空管と言っても、色々な特性を持たせた物が有りますが。

例えば、12AU4の様な(電圧増幅用)の場合プレート電流(変化の)直線部分で作動させます。
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プレート電圧変化の中間点の流れに成る位置をグリッド電圧で固定します。
↑
そのグリッド電圧を変化させると、プレート電圧も相似形で変化しますが、グリッド電圧が正方向(+方向)に転じるとプレート電圧は負(－方向へ変化します
。
↑理由は下に付記↓

プレート電流の直線部分で作動する様に(グリッド電圧を設定します)
↑実際には、カソードとグランドの間へ抵抗をを取り付けるとプレートからカソードへ流れる電流でカソード抵抗に電位が発生し←その電位差がグリッド抵抗を介して(カトード側が＋、
グリッド側が(－)となって、
プレート電流は(中間点)と成り
↑グリッド電位の変化がプレート電流の変化と成り(グリッドが＋へ変化するとプレート電流が増大→プレート抵抗により、プレート電圧は降下する)詰まり、グリッド入力と反対の電位差と成る。
備考：入力(グリッド)は、電圧へんか
出力(プレート)は、電流変化→プレート抵抗にて、逆の電位差を得る→コンデンサーにて次段へ出力する。
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備考　　
(アース←と言う表現は厳密には地中接地を意味する言葉なので、シャーシー等への接続は→グランドへ落とすと表現します)
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お礼

ありがとうございました。

回答No.5

bogen55

「帰還かける時の正負帰還どちらになるかというのもわからない・・・」とゆうことなら，電子回路を系統的に学んだら動でしょうか？
この本は真空管電子回路について，しっかり書かれています．
川上正光著「電子回路　1-5」
http://www.meirinkanshoten.com/book.asp?id=373424
「電子回路　1-4」は真空管電子回路，「電子回路　5」はトランジスタ電子回路です．
川上先生の場合，真空管回路は「S(=gm)」と「ρ(=Rp)」を使い，Fマトリクスで解析しています．
基本定数は1文字がふさわしいとゆうことで，gm（英語）の替わりにS（独逸語）を使っています．
交流増幅器の解析ですが，結合コンデンサは直流カット用だから，帯域中心の交流等価回路では無視（直結）しています．
簡易的な交流等価回路を書けば，正負帰還どちらになるかはすぐわかります．
負帰還安定度の場合は帯域端が問題になるため直結できませんが，負帰還理論の本を参考に伝達関数を求めて考察します．

負帰還理論は北野進先生が執筆しているこの本がお勧めです．
オンデマンド版「電蓄の回路設計と製作」
ここの一等下
http://www.iar.co.jp/zoukan.htm
なお，３定数、三極、五極管の各グリッドの働きや利得計算などを理解していて，正負帰還どちらになるかわからないとゆうのも変な話ですが，アマチュアでなかったら，この本はお薦めできません．
読むとわかりますが，記述が冗長すぎてプロは読むに耐えません．
実は僕も数10年前先輩に見せて戴いたときは，チラッと流し読みしてすぐ返しました．
それが10年ほど前復刻されたときには購入しましたが，学校出たてのアマチュアに教える立場になってしまったからです．
記述が冗長すぎて読むに耐えない場合は，北野先生が参考にした「帰還増幅器設計のバイブル」と言われているこの本を薦めます．
https://archive.org/download/NetworkAnalysisFeedbackAmplifierDesign/Bode-NetworkAnalysisFeedbackAmplifierDesign_text.pdf

お礼

川上正光著「電子回路　1-5」
を買ってみました。アドバイスありがとうございました。

補足

＞３定数、三極、五極管の各グリッドの働きや利得計算などを理解していて，＞正負帰還どちらになるかわからないとゆうのも変な話ですが

プレート上端の電圧が下がる＝負荷抵抗抜けた後の電圧が下がってる
とかはわかるんですが、それによって出力交流成分がどう流れるのかがイメージしにくいんです。結合コンデンサのプラス側電圧が下がるからマイナス側から電子が放出されるというのがポイントになってる気がするんですがそれによって電流が流れると解釈していいんでしょうか？もしくはB電源からの電流が増える場合はB電流と同方向、電流値が減る場合は（バイアスが深い方に動いた場合）B電流と逆方向の電流が流れるとか？でも実際起こってるのは、B電流が増えるか減るかだけで電流方向が変わってるわけではないと思うんですが、ここで電圧が変わることでの結合コンデンサの充放電を考えれば確かに電流の流れる方向が変わりますからつじつまが合うんです。
改めて帰還の場合の電流方向について質問したいです。よければ回答お願いします。

回答No.4

mdmp2

No.3 です。

だんだん難しくなってきましたね。

＞その増減を交流に見立ててるんではないんでしょうか？
→→→負荷抵抗の両端の電圧または、アノードとアース間の電圧は、直流分と交流分が混ざっています。
No.1 の回答例ですと、無信号時のアノードの、アースに対する直流電圧は154V です。最大信号（最大値1.5Vの正弦波)が加わると、電圧は154Vを中心に50V～240V (振れ幅=190V)の間を変化します。154V～50V の振れ幅は-104V, 154V～240V の振れ幅は86V です。正弦波なら上下の振れ幅が等しいのですが、このように違いがあるのは真空管が歪特性をもっているからです。
50V 側に振れるときは波形がシャープで、240V側に振れるときは、カマボコのようになまった形になります。
直流154Vと190Vp-p の交流が混ざった電圧をコンデンサで取り出すと、190Vp-p の交流が得られます。（コンデンサの次段球のグリッド側とアース間）
※p-p(Peak to Peak)、歪波の場合、上下の振れ幅が違うため最大値で表すことができないことが多いのでp-pで表します。
まとめると、初段球のアノードとアース間の電圧は、直流と交流の混ざったもの、次段球のグリッドとアース間の電圧は交流となります。

＞というより、ここでも図でのコンデンサの充放電が関係してるんですかね？
→→→この回路で、「コンデンサが充放電する」という概念は初めて目にしました。
コンデンサのリアクタンスは周波数に反比例するので、周波数がゼロ（直流）に対しては無限大のリアクタンスを持ちます。したがって、直流はコンデンサを通過することができません。コンデンサの次段球グリッド側とアース間に抵抗が接続されています。コンデンサのリアクタンスがこの抵抗の値に比べて十分小さいならば、交流分に対しては、コンデンサがない（直接接続されている）のと等価と考えられますので、コンデンサの充放電は僅かだと思います。

＞ですが、初段の少ない出力電流を高い負荷抵抗値で受ける事で電圧を発生させてるわけで初段からも少ないながら電流が出てるからその方向性を理解したいです。
→→→アノードから生じた電流は(1)負荷抵抗に流れる電流、(2)コンデンサを経由してグリッドリーク（次段球のグリッドとアース間に接続されている抵抗）に流れる電流、および(3)次段球のグリッドと他の電極間の静電容量を通して流れるごく僅かな電流．．．の３つ。
このように真空管に流れ込む（あるいは流れ出す）電流はありますが、低い周波数では、この電流は無視されます。また、この電流は真空管の増幅作用に寄与しません。

なお、貴ご質問に添付の回路図では、グリッドバイアスが省略されている（固定バイアスも、自己バイアスも見当たらない）ことを指摘しておきます。

お礼

すみません、ご指摘されてる事は既に理解してる事なのですが…
要するに、バイアスが正負のどちらかに振れたある瞬間の交流成分の電流の流れる方向が知りたいのであって。図の自己バイアス用カソード抵抗とパスコンは流れに関係ないので（分岐点ではないから）省略しました。

回答No.3

mdmp2

NO.1です。
ご質問の意味をよく理解していませんでした。すみません。
さきほどの回答の12AU7の抵抗結合増幅器を例に説明します。
入力信号がない（グリッド電圧が-1.5V) ときアノード電流はB電源からアノードに向かって0.54mA 、入力信号により、グリッド電圧がプラス方向に0V まで振れたときの電流は、B電源からアノードに向かって、約1.2mA、電流は増加します。
入力信号により、グリッド電圧がマイナス方向に-3V まで振れたときの電流は、B電源からアノードに向かって、約0.05mA、電流は減少します。
つまり、入力電圧の振れる方向と、アノード電流の振れる方向は同じ、（同相）です。
アノード電流は信号による増減はあっても、常にB電源からアノードの方向です。アノードからB電源の方へ流れることはありません。
なお、抵抗結合増幅器の出力は負荷抵抗の両端の電圧です。（直流分を遮断するために、コンデンサで取り出す。）出力として電流を利用することはないと思います。

お礼

ありがとうございます。
＞アノード電流は信号による増減はあっても、常にB電源からアノードの方＞向です。アノードからB電源の方へ流れることはありません。

そうですよね。その疑問はあるんですが、でもその増減を交流に見立ててるんではないんでしょうか？
＞出力として電流を利用することはないと思います。
ですが、初段の少ない出力電流を高い負荷抵抗値で受ける事で電圧を発生させてるわけで初段からも少ないながら電流が出てるからその方向性を理解したいです。

補足

＞その増減を交流に見立ててるんではないんでしょうか？

というより、ここでも図でのコンデンサの充放電が関係してるんですかね？

回答No.1

mdmp2

真空管は入力信号がないとき、カソードに対してグリッドにマイナスの直流電圧をかけておきます。それをバイアスといいます。バイアスと、信号電圧は分けて考えてください。

貴ご質問の回路の動作について、12AU7 という形名の真空管を例に説明します。
つぎのページにEp-Ip 特性が載っていますので参照してください。
http://hayashimasaki.net/tubebook/tubebook21.html
B電圧 = 250V
負荷抵抗 =180kΩ
バイアス = -1.5V
Ep-Ip 特性（上記のURL のページにあります。）から、信号電圧がないときのアノード電流は0.54mA、アノード電圧は、B電圧から負荷抵抗の電圧降下分減少して、154V です。
信号がプラスに振れると電流が増加し、負荷抵抗の電圧降下によりアノード電圧が減少します。
信号がプラスに振れて、グリッド電圧が0V になると、電流は約1.2mA, 電圧は約50V になります。
信号がマイナスに振れて、グリッド電圧が-3V になると、電流は約0.1mAより小さい値, 電圧は約240V になります。
結論として、グリッド電圧がプラスに振れると、アノード電圧は信号がないとき(154V)より低くなり、グリッド電圧がマイナスに振れると、アノード電圧は信号がないときより高くなります。これを「位相」という切り口で見ると、信号電圧の位相と、アノード電圧の位相は180度違うということになります。

お礼

ありがとうございます。
そのページの本も持っていますし、入力信号と出力の位相が反転するというのも知っているのですが（入力の正負と出力の正負が逆）、出力交流電流（電圧ではなく）の流れる方向と経路を図に書いたようなイメージの理解が及ばないのです。

補足

ありがとうございます。
そのページの本も持っていますし、入力信号と出力の位相が反転するというのも知っているのですが（入力の正負と出力の正負が逆）、出力交流電流（電圧ではなく）の流れる方向と経路を図に書いたようなイメージの理解が及ばないのです。