36LW6 SET Amp III

조회 수: 3438, 2015-07-28 02:36:05(2012-12-15)

지난번에는 암프배선이 끝난 후 전원을 넣고 초기 시험 단계에서 생긴 일들을 보고 하였다. 5극관을 3극관 결합하여 암프를 만들어 본 일은 이번까지 세번째 (EL34 3결 para push, 6LB6 3결 single)지만 이런 기생발진을 경험한 일은 없었다. 생각해 보면 6LB6 싱글의 경우 써프레서 그릿드를 콘트롤 그릿드에 연결하여 동시에 드라이브하였기 때문에 기생발진의 가능성이 처음부터 적었던 것 같다. 그리고 스크린 그릿드 스톱퍼 저항을 처음부터 달아 두었기 때문인지도 모르겠다. 허지만 그 당시에도 스크린 그릿드 스톱퍼는 떼었다가 부치기도 했으니 기생발진은 이와 관계없이 일어나지 않은 것은 분명하다.

 

하여튼 이 단계에서 암프는 정상적으로 동작하였고 한 시간여 동안 음악 감상도 해 보았다. 그러나 암프가 아직완성된 것은 아니다.

 

먼저 출력단부터 점검하였다. 출력관의 캐소드 전압은 85내지는 90V 정도가 걸리는데 캐소드 저항이 1.5 Kohm이니 양극전류는 85/1.5 혹은 90/1.5 = 57mA ~ 60mA 내외가 된다. 이때 공급전압이 460V이니 양극전압은 460 – 90 = 370V정도이다. 이 상태로도 동작에는 문제가 없겠지만 대략적으로 출력을 계산해보니 9 Watt 정도로 만족스럽지 못하였다.

 

캐소드 저항에 10K ohm 저항을 병렬로 더해주어 캐소드 저항을 1.3K ohm으로 줄여보았다. 별 차이가 없다. 출력관을 다른회사제의 진공관으로 교체하여 보았다. 캐소드 전압은 거의100V 정도가 되어 양극전류는 거의 77mA로 증가하였고 양극전압은 360V가 되었다. 일단 이 정도의 전류는 만족스럽다고 생각되어 드라이버단의 점검에 들어갔다. 같은 진공관이라도 제조사에 따라 이 정도의 전류 차이는 흔한 일이다. 이는 진공관이라는 소자의단점이지만 경우에 따라서는 강점도 된다. 동작점이 상당히 달라져도 잘 동작하는 경우가 많다는 것이 강점일 것이다.

 

드라이버단은 캐소드 저항에 2Kohm, 2W 저항과 3Kohm, 2W 저항을 병렬로 연결하여 1.2Kohm의 저항을 만들어 교체하였고 부하저항은 100Kohm 2W 저항 7개를 병렬로 연결하여 14.3Kohm 저항을 만들어 사용하였다. 드라이버단의 출력을 스코프로 관찰하여 +-100V  피크 전압스윙이 나오는지 확인하였다. 초단 증폭단은 풀레이트 전류가 1.9mA 로서 설계치와 크게 다르지 않아 별 변동없이 그대로 사용하였다. 다만 초단관의 캐소드에는 1Kohm 캐소드 저항을 1,500 마이크로 30V 콘덴사로 바이패스한 다음 여기에 43 Ohm 저항을 직렬 연결하여 접지하였다. 이 부분의 원래회로는 잘못 그려져 있지만 여기서 교정한다. 원래회로는 부궤환을 위한 저항을 캐소드 쪽에 연결한 것으로 했으나 실제에서는 1Kohm저항을 캐소드에 연결하고 이것을 43ohm저항을 통하여 접지하는 것으로 배선을 고쳤다.

 

출력을 재 보기 위해 시그날 제네레이터로 1 KHz 싸인 웨이브를 발생시켜 입력측에 가해주고 출력측에는 4Ohm, 50W 저항을 부하로 사용하면서 출력측 파형을 관찰하였다.

입력 전압을 서서히 증가하면서 출력을 관찰하였는데 약 9.75V (19.5V pp)가 넘어가는 지점에서 싸인웨이브상, 하부가 잘리기 시작하였다. 이는 최대 피크 출력 전압이 9.75V라는 말 이다.

 

이로부터 출력을 계산해 보면 (9.75x 9.75) /(2x4) = 11.88 Watt. 즉 12 Watt 가 채 못된다. 이때 양극 입력전력은 360V x 77 mA = 27.72 Watt이고 양극 효율은 11.88/27.72 = 42.85% 가 된다. 여기서 필자가 놀란 것은 믿을 수 없이 높은 효율이다. 이론적으로 A급 암프의 최대 효율은 50%라고 하지만 통상 실제에서 얻을 수 있는 효율은 25%-30% 정도가 고작이다.

 

강기동 선배님의 페이퍼 설계에서는 양극에 420V, 93mA를 흘려서 39 Watt 입력에 15.2 Watt의 출력을 얻어 양극 효율 39%를 달성하는 것으로 되어 있는데 이는 충분히 달성할 수 있는 수치라고 판단된다. 이번 암프에 사용한 전원트랜스는 1차에 110, 120V 탭이 있는데 110V탭을 사용하면 총 500V정도의 B전압을 얻을 수 있지만 도란스가 너무 심하게 울어서 120V 탭을 사용하였다. 결과적으로 B전원은 460V로 감소하게 되었고 바이어스 전압 100V를 빼게되면 사용할 수 있는 전압은 360V로 감소하게 된다. 여기서도 셀프바이어스를 쓰지 않고 고정 바이어스로 하게되면 출력은 늘릴 수 있겠지만 고정바이어스로 하는 경우에는 전류계를 설치하여 양극전류를 측정할 수 있게 하는 것이 좋다고 생각한다. 그러나 적당한 전류계를 가지고 있지 않아 일단 고정바이어스 스킴은 시도하지 않았다.

 

이 자리에서 전원트랜스에 대해 약간의 코멘트를 해 두는 것이 좋겠다. 사용한 전원트랜스는 국산으로 상당히잘 감기는 하였는데 볼트당 회수가 1.5회 밖에 되지 않는다. 이것은 동작 자속밀도를 상당히 크게 잡았다는 말인데 이러면 도란스가 비교적 크게 운다. 이보다 약 20%내지는 30% 더 감아주면 도란스 노이스를 현저히 줄일 수 있다. 도란스 집에 도란스를 주문할때 특별히 부탁하여 보통보다 20% 정도는 회수를 늘려달라고 하는 것이 좋을 것이다. 내가 한국에서 감아온 대부분의 도란스들이 크게 우는 편이다. 이런 도란스들은 대부분의 용도에는 적합하지만 고급 암프용으로 사용하기에는 (기계적) 잡음이 너무 크게 난다.

 

부궤환을 8 ohm 단자에서 뽑아오지 않고 4 ohm 단자에서 뽑아오면서 5Kohm을 통하여 초단관 캐소드의 43 ohm에 연결하였다. 이는 다시 말하면 출력전압을 5K, 43ohm 으로 구성된 볼트에이지 디바이더로 감소시켜 입력측에 공급한 셈이다. 이때 부궤환의 양은 대략 1dB가 채 안될 것이다. 이 부궤환으로 암프의 출력 임피던스가 약간 낮아지겠지만 주파수 특성에 큰 개선은없는 것 같다. 아마도 부궤환의 양이 너무 적었던 것 같다. 그래서 스퀘어 웨이브 테스트에도 큰 변화가 없다. (참고로 무궤환시의 스퀘어 웨이브 사진을 올려둔다. 여기서 처음 것은 100Hz, 다음 것은 1KHz, 그리고 마지막 것은 10KHz 스퀘어 웨이브로 위의 트레이스가 입력 아래것이 출력파형 이다)

 

출력 임피던스는 4옴 부하에서 출력을 2.8V (1 Watt) 피크가 되도록 시그날 제네레에터의 레벨을 맞춘 후 4옴 부하저항을 제거하여 무부하 상태의 전압을 측정하여 계산할 수 있다. 물론 꼭 1 Watt 때에 맞추어 출력 임피던스를 재지 않아도 되겠지만 편의상 2.8V 피크로 한 상태에서 재보기로 하였다. 이 상태에서 4옴 부하를 떼어내면 무부하시 출력전압이 3.2V로 증가한다. 이로부터 출력 임피던스를 계산해 보면 (3.2/2.8 –1) x 4가 되어 출력임피던스는 0.57ohm으로 계산된다. 흔히 이런종류의 싱글암프의 출력임피던스는 1옴 내지 2옴 내외인 반면 0.57옴이 된 것은 상당히 낮은 편이다. 이것이 부궤환을 걸지 않은 상태에서 측정한 것인 만큼 출력임피던스가 상당히 낮다고 볼 수 있겠는데 이것은 출력관의 낮은 내부저항 덕분이라고 생각된다.

 

부궤환 저항 5킬로 옴을 3킬로, 1킬로 옴으로 낮추어 부궤환 양을 증가 시켜 보았지만 득보다는 실이 많다는 느낌이 들었다. 스퀘어웨이브 파형이 별로 더 좋아지지도 읺고 다만 3킬로 옴으로 실험을 해 보았을때 출력 임피던스가 0.33옴으로 낮아지기는 하지만 큰 이점이 있는 것 같지 않다. 따라서 부궤환 저항은 그냥 5킬로 옴으로 하기로 하였고 이 경우 부궤환 양은 1 dB 를 넘지 않는다. 여기에 캡을 직렬 혹은 병렬로 넣어 시험해 보았지만 캡은 넣지 않는 편이 좋아 보인다.

 

제일 중요한 것이 디스토션 특성일 것 이지만 불행히도 필자에게는 이를 잴 연장들이 없다. 꽤 오래 전에 강 선배님이 신삥 디스토션 메터를 보내주신 적이 있는데 쓸만한 소스 제네레이터가 없어 사용하지 못하고 있다. 사실 디스토션 중에서도 혼변조 디스토션이 중요하다. 고조파 찌그러짐이 중요한 것은 고조파 찌그러짐 자체보다도 고조파 찌그러짐이 있다는 말은 암프의 비 직선성으로 인한 때문인데 그렇다면 혼변조 찌그러짐이 동반하게 될 가능성이 크기 때문이다. 이것을 재 볼 수 있으면 좋겠지만 연장이 없이는 불가능하다. 대신 필자는 이를 위해교향곡을 들어 본다. 솔로 악기 소리들은 웬만한 암프도 소리를 잘 낸다. 그러나 여러 악기들이 동시에 연주될 때 각 악기의 소리가 명확히 구별될 수 있으면 암프의 직선성이 좋은 것이다. 오케스트라의 많은 악기들이 동시에 연주되는 클라이맥스에서 소리가 뒤섞기어 시끄럽게 들리면 암프가 신통치 않은 것으로 판단한다.

 

그래서 결국 마지막 테스트는 다분히 변덕스러운 내 귀에 의존할 수밖에 없다. 사실 청음테스트는 청음할 당시의 기분에 따라 크게 좌우되는 경향이 있어 신빙성이 크지는 않은 것 같다. 그래서 꽤 여러번, 오랜 기간에 걸쳐 들어보는데 전에 만든 6LB6 싱글이 이 암프와 매우 유사한 편인데 들으면 들을수록 이것이 300B 보다 낫다는 생각이 들었다. 지금 이 암프도, 적어도첫 인상으로는, 300B를 능가한다고 생각한다. 그리고 출력도 거의 50%정도 크다. B전압만 높이면 거의 두배의 출력도 가능하다고 생각된다. SET암프에 관심이 많은 분들은 꼭 한번 자작해 보시기를 권하고 싶다.

 

이후의 계획

여기서 이 자작기를 마치려고 하는데, 만들다 보니 몇가지 더 해보고 싶은 것이 생겼다. 상당히 오래 전에 울트라 리니어 암프가 유행한 적이 있었다. 진공관 암프 시대에는 5극관의 소리는 박력이 있고 3극관의 소리는 부드럽다는 주장들이 있었는데 이 울트라 리니어 암프는 5극관과 3극관의 특성을 겸비한다는 것으로 선전 되었었다.소리는 3극관과 비슷한 점이 있고 출력은 5극관에 육박한다는 것이다. 대부분의 경우 5극관을 3극관 결합으로 하면 출력이 거의 반으로 줄게된다.

 

한편으로 5극관의 특성은 볼록하고 3극관의 특성은 오목하지만 울트라 리니어 회로는 그 중간이 되어 직선성이 확연히 개선된다는 것이다. 순수한 3극관으로는 이 회로를 사용할 수 없지만 36LW6는 원래 5극관이니 울트라 리니어 회로를 시도해 볼 수 있다. 출력트랜스 1차에 중간탭을 내어 이를 스크린 그릿드에 연결해 주는 것인데 필자 자작의 출력트랜스에는 중간탭이 15개는 된다. 이론적으로는 43% 탭이 최적이라고 하는데 50% 탭을 써도 큰 차이는 없을 것 같다. 울트라 리니어로 하면 아마도 출력이 3극관 결합에 비해 상당히 증가할 것으로 예상된다. 이 회로는 흔히 푸슈플 회로에 사용되어 왔지만 싱글회로에도 적용할 수 있다. 출력트랜스에 중간탭만 있다면 6V6 회로나 6LR8 암프에도 시도해 볼만 할 것이다.  

좋은글입니다.
6LB6, 36LW6 는 진공관 자체가 300B 를 능가하는 특성의 진공관입니다.
300B는 진공관 시대 초기작품이고 36LW6 은 진공관 시대의 최종작품으로 진공관 첨단제조 기술로 만드러 졋습니다.