ＰＳｐｉｃｅ（評価版）でＡＯＣをＳｔｕｄｙする
ＡＯＣ（オートマチック・オフセット・コントロール）は、半導体に比べ概してゲインが小さく、また、残り少ない希少な素子であるために必ずしも厳密なペアを揃えて使う訳にもいかない真空管を直結アンプ形式で活用するが故に半導体式に比べて出力オフセットやドリフトが大きくなりやすいＫ式真空管ＤＣアンプにおいて、そのオフセットやドリフトの安定性を高めるために導入されたものである。
と、私は思う。（＾＾；
あたりまえだろ！ と、言われそうだが、まぁ、そのココロはおいおいに・・・（＾＾；
さて、これはＮｏ−１６８に触発されて製作した２段目ＴＲによる我がオリジナルＣＤラインアンプのPSｐｉｃｅイメージである。
ＤＣアンプである。 って、何をいまさらなことを・・・、なのだが、ＤＣアンプであるから当然直流からゲインがある。ということをアンプの入力に直流電源を加えることによって敢えて観てみる。
そこで、ＰＳｐｉｃｅ（評価版）のＤＣスイープ機能を使い、入力電圧を０Ｖから１Ｖまで連続的にスイープしたときのアンプ出力電圧を観る。
合わせて入力電圧と初段差動アンプ反転入力側に加わるＮＦＢ電圧、そして初段差動アンプの動作電流の変化も観てみよう。
これがその結果。であるが、縦軸が２つあり左側の１が電圧軸でアンプ出力電圧（緑）、アンプ入力電圧（赤）及びＮＦＢ電圧（青）用、右側の２が電流軸で初段差動アンプの入力側２Ｎ３９５４Ａのドレイン電流（黄）とＮＦＢ側２Ｎ３９５４Ａのドレイン電流（ピンク）用である。横軸はアンプ入力電圧である。したがってグラフの赤は横軸値＝縦軸値となる。
このＣＤラインアンプのクローズドゲインはＮＦＢ素子に規定され２１倍であり、ＤＣアンプであるため直流電圧についてもそれは同じである。グラフからもアンプ出力電圧（緑）がアンプ入力電圧（赤）に比例しておりその比率が２１倍になっていることが分かる。
なお、このグラフには表れていないが、実はこの先においてアンプ入力電圧が１Ｖになる直前でアンプ出力電圧は電源電圧の制限のために飽和してしまう。
さて、以上あたりまえなのだが、このアンプに直流が入力されるとそれがまともに増幅されて出力には大きな直流電圧が発生する。
したがって、この後ろにさらにＤＣパワーアンプが繋がれてその先にはスピーカーが繋がれる訳だから、間違ってもアンプ入力に直流分が加わることの無いように心して使用しなければならない。のがＤＣアンプなのである。特に機器の電源入断の際は要注意だ。過渡的に直流電圧が発生したりするからだ。
この点、メーカー製アンプは、だれがどのように使っても問題がおきないようにミューティング回路等の安全装置を導入しているのでほとんどの場合電源の入断の順序に気を使う必要はないようになっている。が、自作アンプの場合はそうは行かないので、電源を入れるときにはソース側から順番に入れ、電源を切るときにはスピーカー側から順番に切る、という常識（少なくとも昔は常識だったが、今は常識ではないのかなぁ・・・）を守って使うことが肝要なのだ。まぁ、Ｋ式でもパワーアンプには出力ＤＣ漏れを検知して電源を遮断する保護回路は導入されているが、この常識は守るのが吉。（＾＾）
さて、ここで観るべきなのは、ＮＦＢ電圧（青）と、初段差動アンプの入力側２Ｎ３９５４Ａのドレイン電流（黄）とＮＦＢ側２Ｎ３９５４Ａのドレイン電流（ピンク）である。
このＣＤラインアンプのオープンゲインは非常に大きいために（ＩＣオペアンプほどではないが）ＮＦＢ電圧（青）はアンプ入力電圧（赤）とほとんど同じであることが、それらのグラフがほとんど重なっていることからも分かる。
すなわちこの場合アンプ入力側２Ｎ３９５４ＡのゲートとＮＦＢ側２Ｎ３９５４Ａのゲートは動作中においては同電位なのだ。これがいわゆるバーチャルショートっていうやつだ。
が、実はほんの微小な電位差はあるのであって、そのために初段差動アンプのドレイン電流は入力電圧が０Ｖの時の左右とも６５０ｕＡであるものが、入力電圧が増えるのと比例して入力側（黄）は６６６uAまで増加しており、NFB側（ピンク）は対象的に６４４ｕＡまで減少しているのである。
すなわち、これによってこのＣＤラインアンプの初段の動作電流はこのアンプ出力が飽和するまで±６ｕＡ変動するだけであって、６５０ｕＡという動作点の設定は出力が飽和する前に初段差動アンプ自体が飽和してしまうことはありえないということが分かるわけだ。この点においては初段差動アンプの動作点の設定は妥当である、と言えることになる。
なお、そのグラフは何故かぎざぎざでありオーバーショートのようなピークが出ている。のは、シミュレーション設定において入力電圧がリニアに立ち上がっているのではなく０．２ｍＶ毎の階段状パルスで立ち上がっているからだ。高域に帯域制限のあるＮＦＢアンプなのでこうなる。なかなかにリアルなシミュレーターだ。
これにＡＯＣを搭載してみた。（＾＾）
このＣＤラインアンプには本来必要はないのだが、手元にＰＳｐｉｃｅ真空管モデルがないために真空管アンプでのシミュレーションが出来ないので、代役として登場願ったのだ。ちょうど２段目差動アンプにエミッタ抵抗が入っているのでＡＯＣ回路がうまく組み込めるからだ。
ＡＯＣ回路には本当はカスコード回路を付加すべきなのだが、評価版の制限（ＴＲ等１０個以内）の関係で省略せざるをえない。が、今回のシミュレーション上は特に支障はない。
で、同様に入力電圧を０Ｖから１Ｖまで連続的にスイープしたときのアンプ出力電圧、アンプ入力電圧と初段差動アンプ反転入力側に加わるＮＦＢ電圧、そして初段差動アンプの動作電流の変化を観る。
上の場合と比べてどうなるだろうか。楽しみ（＾＾；
結果。
ＡＯＣはオフセットやドリフトの安定性を高めるために導入されたものであるが、実はその回路構成からして、入力にＤＣ成分が加わった場合にこれを出力発生させないという、いわゆるＤＣサーボ？としての機能も果たす。のである。
グラフの青が出力電圧だが、入力電圧が０．１６Ｖ程度まではなるほど出力電圧が０Ｖに規制されている。ＤＣサーボ？として機能しているのだ。
が、０．１６Ｖ以上の入力電圧ではＡＯＣがない場合と同様に出力に直流電圧が発生してしまっているではないか。そしてその増幅率は２１倍だ。
何故こうなってしまうのか？
それはグラフの緑と赤の線から明らかだ。これらはＡＯＣ側差動アンプ２ＳＫ１７０のドレイン電流値であり、アンプ入力が０Ｖの時は左右の２ＳＫ１７０とも動作点の電流値１ｍＡであるものが、入力に直流が加わるほどに対称に増減して、要するに左側が２ｍＡ、右側が０ｍＡとなった時点で動作が飽和した訳だ。それが入力電圧が０．１６Ｖ程度のところということだ。
すなわち、この場合においては、入力に加わる直流が０．１６ＶまではＡＯＣがＤＣサーボ的機能を果たすものの、それ以上の直流電圧が加わった場合にはその機能は失われＡＯＣのない状態と同じになってしまうというである。
さらに、この場合の初段差動アンプの入力側２Ｎ３９５４Ａのドレイン電流（黄）とＮＦＢ側２Ｎ３９５４Ａのドレイン電流（ピンク）にも注目する必要がある。ＡＯＣがない場合は初段差動アンプの動作電流は±６ｕＡ程度しか変動しなかったものが、この場合は±０．１ｍＡも変動している。これは大きな差異だ。
問題はそうなる理由だが、それはＡＯＣの働きでＡＯＣが機能している間は初段差動アンプにＤＣ帰還が掛からないからだ。
上のグラフからアンプ入力電圧と反転入力側に加わるＮＦＢ電圧だけを取り出して縦軸を拡大したのが下のグラフである。
オレンジ色の方がＮＦＢ電圧であるが、ＡＯＣの効果で出力電圧が０Ｖに制御されるが故にＡＯＣが機能する間はＮＦＢ電圧も０Ｖになるのが道理だ。
結果として差動アンプを構成する入力側２Ｎ３９５４ＡのゲートとＮＦＢ側２Ｎ３９５４Ａのゲート電圧には乖離が生じる。このグラフからそれは０．１６Ｖだ。これが差動アンプ左右の動作電流の変動幅を広げる理由だ。
ということから、ＡＯＣについては次のようなことが分かる。
当たり前なのだが、ＡＯＣを付加したからといってアンプ入力にＤＣ分を加えて良いということではないということだ。
アンプ入力にＤＣ分が入力されてもそれを出力に出さないというＤＣサーボ機能？をＡＯＣに期待したＫ式愛好者はいないと思うのだが、以上観たようにその機能には限界があり、そういう機能をＡＯＣに期待すべきではないのだ。
ＡＯＣを構成する差動アンプの動作電流をもっと大きくすればそれも可能では？ そのとおりだ。が、そうすると初段にＤＣ帰還が掛からないことによる初段差動アンプの動作電流の乖離が一層大きくなってしまうという問題がより鮮明になる。
ＡＯＣを導入すると、初段差動アンプにＤＣ帰還が掛からないことにより、アンプ入力にＤＣ分が加わった場合に初段差動アンプ左右の動作点が乖離してしまうのである。これに伴い初段差動アンプの動作対称性が損なわれ、結果的に歪がより多く発生したり、初段差動アンプの動作が飽和してしてしまわないとも限らない。この点は動作の対称性を追求するＫ式ＤＣアンプにおいてはより本質的な問題点だ。
要するにＡＯＣによって初段差動アンプのバランスが崩されるのである。これはアンプ入力にＤＣ分を加えないことで回避する以外に方法はない。
すなわち、ＡＯＣを搭載したＫ式ＤＣアンプは、ＡＯＣがないＫ式ＤＣアンプと同様に入力にＤＣ分が加わることのないようにして使用すべきものなのである。
だから、ＡＯＣはただ単にオフセットやドリフトの安定性を高めるためのものにすぎない、ということなのだ。
ＡＯＣの利きを良くすると、この辺の事情がさらに明確になる。
ＡＯＣの利きをよくするためにはＡＯＣを構成する差動アンプの実効ゲインを大きくすれば良い。そのゲインをＧとすればＧ＝ｇｍ×Ｒｄであるから、ｇｍのより大きいＦＥＴを起用するか、あるいはＲｄを大きくすれば良いということになる。ので、Ｒｄを大きくしてみたのが下の場合である。
ＡＯＣを繋ぐ個所を変えたことにより、上の場合はＲｄ＝３９０Ωだったものがこの場合はＲｄ＝３．９ｋΩになる。したがってＡＯＣの実効ゲインは１０倍になる。すなわちＡＯＣの利きは上の場合の１０倍だ。
またまた、同様に入力電圧を０Ｖから１Ｖまで連続的にスイープしたときのアンプ出力電圧、アンプ入力電圧と初段差動アンプ反転入力側に加わるＮＦＢ電圧、そして初段差動アンプの動作電流の変化を観てみよう。
ＡＯＣの利きが１０倍良くなったということは、ＡＯＣの電流変化が上の場合の１／１０で良くなるということである。それがＡＯＣを構成する２ＳＫ１７０のドレイン電流値（緑と赤）の変化に表れている。こちらの場合、アンプ入力電圧が１Ｖになっても飽和していない。
また、この間ＡＯＣが利いているのでアンプ出力電圧（肌色）も制御され、０Ｖではないが入力電圧が１Ｖ時でも出力電圧は０．１Ｖに抑制されている。
が、これに伴ってアンプ初段のＮＦＢ電圧（濃い紫）はほぼ０Ｖと初段差動アンプに掛かるＤＣ帰還は僅少となっており、このためアンプ初段差動アンプの動作点（黄とピンク）の乖離はなんと±０．５５ｍＡと非常に大きなものとなってしまっている。入力にＤＣ電圧が入った場合、初段差動はこのように動作点が大きく乖離した状態でＡＣ信号の増幅作用を果たさなければならない訳だから、その発生する歪は増大してしまうだろう。
さらに、このまま入力に加わる直流電圧が増加すると初段差動アンプがついに飽和してしまいそうではないか。
ということを観るために入力に加える直流電圧を５Ｖまでスイープしたのが下のグラフ。
この場合は入力直流電圧が１．３ＶとなったところでＣＤラインアンプの初段差動アンプが飽和してしてしまうことが分かる（黄とピンク）。
そのため、アンプ出力のＤＣ電圧（肌色）もその時点の電圧で飽和し、アンプ入力に加わる直流電圧が増加しても出力の直流電圧はそれ以上増加しないで一定値に収束してしまう。これは初段が飽和してしまうのだから当然の結果だろう。
ここで、ＡＯＣを構成する２ＳＫ１７０のドレイン電流（緑と赤）も同時に飽和しているように見えるが、これはアンプ出力電圧が収束したことによるもので動作が飽和したことによるものではない。ということはそれぞれの電流値からも明らかだ。
と、以上からＡＯＣについてまた次のようなことが分かる。
ＡＯＣの利きを良くすると（利きを良くしなくてもＡＯＣの動作電流を増やしてＡＯＣが最初に飽和しないようにした場合も同じと思われる）、入力に加わる直流電圧が出力に表れないようにするＤＣサーボ？効果をかなり広範囲で発揮できる。
しかしながら、これに伴ってアンプ初段差動アンプにＤＣ帰還が掛からない範囲が増大し、初段差動アンプの動作点の乖離は大きくなり、歪増大の危険性が高まるほか、結局初段差動アンプが回路中で最も早く飽和してしまう。
回路中の素子動作の飽和は、その時点で回路の動作が正常範囲を逸脱することを意味するから、ＡＯＣを付加したこのＣＤラインアンプは入力に１．３Ｖ程度以上の直流電圧が加わった段階でアンプとしては機能しなくなる（歪の発生）のだ。
初段が飽和しても、そのため出力に大きなＤＣが表れてしまうというような現象は発生しないので、その意味では安全ではあるものの、アンプとして正常動作をしなくなるのだから、これは本末転倒という事態であるというべきだろう。
やはりＡＯＣはＤＣサーボ？ではないのだ。ＡＯＣを搭載したＫ式ＤＣアンプは、ＡＯＣがないＫ式ＤＣアンプと同様に入力にＤＣ分が加わることのないようにして使用すべきものなのである。
ＡＯＣはただ単にオフセットやドリフトの安定性を高めるためのものにすぎないのだ。だからその名称はＡＯＣ（オートマチック・オフセット・コントロール）なのである。
なお、ついでながら、ＡＯＣを付加した時点でＫ式ＤＣアンプはＤＣアンプではなくなる。のは周知のとおりだ。
ＡＯＣ入力側のローパスフィルターが形成する低域時定数を有するＡＣアンプになる。その実際のローカット度合いはＡＯＣの実効ゲインに比例し、ＡＯＣの利きが弱い場合はローカットの度合いも緩やかであり、ＡＯＣの利きが強くなるほどにローカットの度合いも急激になる。だからＡＯＣはその利き具合でアンプの音を周波数特性の面からも変化させる可能性がある。
よって、ＡＯＣは利きのよいものを導入するほどに入力側のローパスフィルターの低域時定数を低くすべきであるし、そのコンデンサーの質にも留意した方が吉なのだ。
ついでだが、以上で観たように、ＡＯＣが付加されるとＡＯＣがない場合と比較して、出力に突然直流分が発生するなどアンプの動作がより危険になるようなことはない。
したがって、Ｋ式ＤＣアンプ愛好家としては、従前どうり出力にＤＣ分が現れるような市販品には留意し、そういうものは使わず、また、電源を入れるときにはソース側から順番に入れ、電源を切るときにはスピーカー側から順番に切るという常識を守ってＫ式ＤＣアンプを使えば良いということなのである。
実はＤＣサーボというものが本当はどういうものか、良くは知らない。（＾＾；
ここでは勝手に“入力に加わる直流電圧が出力に表れないようにする機能”としたのだが、気が向いたらそのうち調べてみることにしたい。
で、間違いついでかもしれないのだが、ＤＣサーボってこういうものではなかったかなぁ・・・と考えたのがこれ。
出力のＤＣ分を検出し、これを拡大してＮＦＢ回路に戻すものではなかったかなぁ、と。
この拡大するところが味噌で、サーボがなければＤＣ帰還率は最大で１００％、すなわちその場合アンプの直流増幅率は１倍になるところ、サーボによってＤＣ帰還率を２００％、あるいは３００％に増やすことが可能となり、これによってアンプの直流増幅率が０．５倍あるいは０．３倍と、入力に直流が加わっても出力に現れる直流分をそれ以下に抑制できるということではなかったかと。
この例では、ＤＣサーボアンプのゲイン設定は４倍であるが、その出力に１ｋΩを挿入していることからそれが１／２となってＮＦＢ回路に加わることになる。すなわちＤＣ帰還率は２００％の設定である。
この場合、入力電圧を０Ｖから１Ｖまで連続的にスイープしたときのアンプ出力電圧、アンプ入力電圧と初段差動アンプ反転入力側に加わるＮＦＢ電圧、そして初段差動アンプの動作電流の変化はどうなるのだろう。楽しみ（＾＾；
結果。
アンプ入力直流電圧（水色）と帰還電圧（オレンジ）はほとんど重なっている。
そして、アンプ出力の直流電圧はそれらの１／２になっている。想定どおりの結果であり、ＤＣサーボによる直流抑制効果が発揮されている結果だ。
問題の初段差動アンプの動作電流の変化だが、入力直流電圧が１０Ｖ変化しているにもかかわらず、電流値は±０．７ｕＡしか増減していない。動作点の乖離は殆どない。素晴らしい。（＾＾；
これなら、サーボアンプのゲインをより大きくすればアンプ側のＡＣ増幅動作に殆ど影響を与えずに、アンプ入力に直流が入力されても出力には殆どＤＣ成分を出さないアンプが出来そうではないか。
って、実はシミュレーションでそれが出来ないかちょっとやってみたのだが、どこか間違えているのかＤＣサーボゲインを高めると安定に動作しなかったので、この程度のゲインのサーボアンプにとどめたのである。（＾＾；
多分ハイカット（ローパス）フィルターによるＡＣ分の分離が十分でないために、一部ＡＣ分で干渉があるためなのだろう。本当にＤＣ分だけを帰還するようにすればより高機能なＤＣサーボアンプになるものと思うのだが、まぁ、別にその追求が目的ではないのでここではこれ以上やらない。
それはそういう機能を有するアンプが必要なメーカーに任せよう。
で、結局のところ、ＡＯＣ（オートマチック・オフセット・コントロール）は、半導体に比べ概してゲインが小さく、また、残り少ない希少な素子であるために必ずしも厳密なペアを揃えて使う訳にもいかない真空管を直結アンプ形式で活用するが故に半導体式に比べて出力オフセットやドリフトが大きくなりやすいＫ式真空管ＤＣアンプにおいて、そのオフセットやドリフトの安定性を高めるために導入されたものである。ただそれだけだ。と、私は思うのである。（＾＾；
さて、最後に毎度のお断りだが、以上のシミュレーション結果及びその解釈にはなんの保証もないので悪しからず。また登場したシミュレーションモデルについては何もお答えできないので重ねて悪しからず。（＾＾；
（２００５年３月２１日）
