3극관 특성
흔히들 “삼극관의 3정수” 라고 하는데 사실은 전압증폭율 mu 하고 내부저항 이라고 하는 rp 의 2가지 뿐입니다. 3번째 Transconductance 는 mu 를 rp로 나눈 수치로 기본정수가 아닙니다. 단위는 저항치 ohm 의 역수로 mho 라고 합니다. 그것도 micro-mho 를 쓰면 숫자가 커집니다.
저는 처음에 micro-mho? 개념 파악이 안돼서 지금도 쓰지 않습니다. 도리여 rp 를 mu로 나눈 값을 씁니다. 단위도 ohm 이 되고 실질적으로 Cathode 의 출력 Impedance 의 의미가 있습니다.
위 그림에서 좌측이 이상적인 특성 입니다. 모든 동작 범위에서 mu, rp 어디서 재나 같게 나옵니다. 실제는 재는 곳에 따라 그 값이 달라집니다. 진공관 규격표의 수치는 어떻게 어디서 쟀는지 알수가 없습니다. 제가 잰 값하고 다를 때가 더 많습니다.
100% graph 로 설계를 하는 경우에는 mu 나 rp 같은 정수를 알 필요도 없습니다. - 이런 mu 나 rp 정보는 이 특성표 에서 나온겁니다.
Mu 증폭율 :
Plate V/I 특성곡선의 곡선간의 간격으로 정 전류 (수평선) 에서 단위 grid 전압이 주는 plate 전압의 변화/크기로 단위가 없는 수치입니다. 이 간격이 클수록 증폭율이 큰 것입니다. 보통 쓰는 3극 출력관은 3-5 정도 전압증폭관은 10-100 입니다. Planar 같은 특별한 구조의 삼극관은 예외가 됩니다.
rp :
진공관의 내부저항으로 Plate V/I 특성곡선의 기울기입니다. 기우러 지지 않고 수직으로 서 있스면 rp=0 가 되고 많이 누울수록 rp 가 커집니다. 외부 Load 에 직열로 연결되어서 증폭된 신호 전압을 외부에 나가기 전에 집안에서 감쇠 시킵니다. 작을수록 좋지요
수식으로 표현하면 우리가 외부에서 이용할 수 있는 전압은 rp 와 Load RL의 Divider 작용으로 Gain = mu x RL/(rp+RL) 이 됩니다.
Rp 가 “0”는 불가능하고 RL 이 무한대가 되면 Gain=mu 가 됩니다.
즉 Constant Current Load 가 이런 경우입니다. 이런 회로를 mu follower 라고 합니다.
Linearity 가 좋은 진공관은 동작 예측 전류의 수평선 상에서 grid 선의 간격 (mu) 이 모두 같습니다. 위 사진에서는 노란 글씨 의 a b c d e f 에서 첫 a 를 제외하고는 그 간격이 모두 같습니다.
Vg=0 의 곡선은 불안정한 경우가 많습니다. 여기서는 a 부분은 간격이 좁아서 쓰지 않아야 합니다.
큰 전압을 증폭할 경우에는 Linearity 역시 넓은 범위에서 좋아야 합니다. 아무 진공관이나 쓸 수가 없습니다. 좋은 진공관은 이미 알려 저 있고 따라서 값도 비쌉니다. Curve tracer 로 무명의 진공관에서 Linearity 가 좋은 관을 잦아내는 재미도 있습니다.
특성곡선에서 보면 당연 하지만 위로 갈수록 간격이 넓어지고(증폭율의 증가) 왼쪽 위로 갈수록 경사가 급해집니다. 즉 rp 의 값이 작아 집니다. 같은 진공관에서도 제일 동작 특성이 좋은 영역입니다.
저 전압, 고 전류 동작이 소리가 좋다는 이야기를 많이 합니다. 소리는 모르겠지만 특성이 좋은 부분을 선택하는 것입니다.
그러나 Driver 단 과 같이 동작 영역이 넓어지면 특성이 나뿐 부분도 포함돼서 전체적으로 Distortion 이 증가합니다.
특성 곡선으로 설계를 하려면 사용 진공관 의 동작 예측 범위를 중심으로 Vp, Ip 의 X-Y 축을 조정해서 특성곡선을 만듭니다.
일본서도 알려진 Audio 원로의 제작 기사 에서 입니다. 위에서보는 이런 V/I 특성 표로는 제대로 설계를 할 수가 없습니다. 아래 부분을 확대해야 합니다. 제작기사에는 이 특성표로 설계를 했다고 나와 있었습니다. (????)
좋은 소리 만들기 - 나의 방식
Amp 가 완성되고 최종 조정 과정 에서 자세히 설명하기로 하고 여기서는 간단히 요약하겠습니다.
Amp 특성은 1) 주파수 특성 하고 2) Distortion 특성 2 가지로 나눌 수가 있습니다. 주파수특성은 신호 통로에 있는 Capacitor 하고 Transformer 가 좌우 하고 Distortion 은 진공관 하고 신호통로에 있는 Transformer 가 만들어 냅니다.
Capacitor는 고음은 잘 통과 해주지만 저음통과는 잘 안 해줍니다. ---Capacitor 의 Impedance Zc=1/j2ㅠfC 가 됩니다. Hi Fi 대역인 20-20Khz 에서 최 고역은 최 저역 주파수의 1000배나 더 잘 통과 시켜줍니다.
저의 설계는 신호 통로에 가능한 한 Capacitor는 안 쓰도록 하고 Trans 는 안 쓸 수가 없으니 우선 자작해 보기로 합니다.
Linearity 가 좋은 진공관을 골라서 Linearity Factor (저의 이론) 개념을 도입해서 NFB 를 포함해서 “총 잡음”이 0.5-1% 되는 것을 확인합니다. 즉 3rd harmonics 의 함유량 확인입니다. 그리고 나서 여기에 1-2% 의 2nd Harmonics 를 추가 해서 제2차 고조파 절대 우세형 Amp 를 만드는 것입니다. Driver 하고 전력 증폭관의 궁합이 안 맞으면 잘 안 됩니다.
다음 단계는 21KA6의 Plate V/I 특성을 그리고 출력단 설계로 들어 갑니다.
진공관 A급 증폭기의 설계란 아래와 같은 Plate V/I 특성표에 Plate Load 라는 선하나 그어 넣는 것입니다.
알고 나면 별것도 아닙니다. 초보자도 쉽게 터득할 수 있습니다.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------여기 한진동에서 "커패시터" 라고 쓰는 것을 처음 보았습니다.
저는 "곤덴사" -일본말에다 그나마도 냉동장치 이름 이라서
읽을 때마다 냉동장치로 읽게되서 "김"샙니다.
만일 우리가 항상먹는 김치를 일본말로 "지도샤" 라고 한다면 -
그리고 모두가 그대로 받아드리고 있다면 ---
고치라는 이야기가 아닙니다. 하도 반가워서 한마디 올립니다.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
제목 火星人이만든 Amp 라고 하셨는데 지구상엔 존재하지 않는 앰프를
만드신다는 말씀이신지 ..?좋은 질문입니다.
아마 지구상에는 하나뿐이 겠지요.
진짜 이유는 진공관 Amp 제작에는 이렇게 해야 된다 저렇게 해서는 안된다
금지 사항 추천 사항 모두가 쓰고 있는 관례 등등--이 많습니다.
이런 것들을 무시하고 이론에 충실히 만드는데는 쉽게--
그래서 火星人이만든 Amp 가 됬습니다----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
진공관 Amp 는 참 재미있는 분야입니다.
첫째 초보자라도 그림대로 만들면 소리가 납니다.
또 자기만의 소리 에 빠저서 이것이 최고다 하고 믿게되면
다른소리는 다 엉터리 입니다.
(사실 알고 봤더니 그사람 Amp 소리가 이상했습니다)
형태는 좀 다르지만 Audio 에도 사상 종교 나 마찬가지로 "설득" "세뇌"
하는사람도 있고 당하는 사람도 있습니다.
많은 사람들이 중독이되고 소수 이긴 하지만
돈의 가치 판단능력도 상실 합니다.
하여튼 재미있는 분야입니다이상적인 Amp 는 내부에서 Harmonics 를 만들지 않습니다. 입력 파형과 똑같은
증폭된 파형이 출력으로 나옵니다. 진공관 Amp 는 내부에서 Harmonics 를 만들어 냅니다.
고조파가 생성되는 원인 이 바로 Amp 내에 Linearity 가 이상적이 아닌 진공관과 Trans 가
들어 있기 때문입니다.
Distortion 을 Frequency Domain 으로 전환 해서 Fourier Series로 전개한것이 고조파 입니다.
한마디로 Signal 이 Linearity 가 이상적이 아닌 부품을 통과 하면 생기는것 입니다.
첨부 그림에서 Hout 라는 신호는 Harmonics 표현으로는
Hout =H1+H2+H3+H4+H5+H6 + ---- = H1+Htotal
H1= 기본 Sine 파, Htotal = 기본파를 제외한 나머지 전부 합한 것
H2= 2nd Harmonic, H3=3rd Harmonic, H4=4th Harmonic, H5= 5th Harmonic-----
Harmonics Distortion = (Htotal/H1 ) x100% 가 됩니다.인간이 만든 전자 부품은 아무리 잘 만드러도 완벽하지 않습니다.
모든 부품이 Harmonics (= distortion)를 생산합니다.
가장 많이 생산 하는부품이 진공관 하고 Trans 입니다..
이상적이지 않기에 여러가지 고조파가 다 섞겨서 나옵니다.
이것을 교통정리 해서 제2고조파가 더많이 나오도록
해 보자는 겁니다.Distortion 의 내용을 이야기 하다보니 수학적으로 해석하는데
Fourier 급수인 Harmonics 가 끼어든것입니다
일단 Distortion = (Harmonics 의 집합체) 라고 생각 하시고
2차고조파, 또는 3차고조파의 이야기는 앞으로 더 설명할 기회가 옵니다
현재로는 좀 앞서가는 topic 입니다그리고
"고조파는, 인덕터나, 케퍼시터의 임피던스인 jwL, jwC 성분에 의해서 생기는 것"
이 아닙니다 .Fourier Transformation 은 초보 수준의 이론이 아닙니다.
수학이나 전자 전문서적을 보셔야 됍니다.
신호를 Time축으로 보는 것을 주파수를 축으로 전환 하는것은 맞는 이야기 입니다.
진공관의 Non- linearity 특성 에서 생기는 것입니다.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Jalbum: 직관적으로 이해할 방법이 없을까? 해서 검색해 봤습니다.
푸리에 변환(Fourier Transform)
대개 우리는 임의의 Signal Wave(이하 신호)를 표현하고자 할 때 시간의 축에서 표현을 합니다.
그러나 시간의 축이 아닌 주파수 축에서 보더라도 Target이 되는 신호는 같은 신호일 것이므로,
주파수 축의 관점에서 재 해석 해보자는 것이 푸리에의 이론입니다.
이러한 변환이 가능하도록 해주는 이론은,
하나의 신호는 정현파(Sine Wave)들의 합으로 표현이 가능하다는 푸리에 급수에 기인하고 있습니다.
푸리에 급수,변환에 대해 개념만 간단하게 말해드리면,신호를 어떻게 표현할수 있을까요?
사인파 같은 신호는 시간의 영역에서 쉽게 꼬부랑 그릴수 있습니다.
그럼 정현사인파를 시간의 영역이 아니 주파수의 영역에서 그리면 어떻게 됩니까
양 음의 주파수구간에서 작대기 하나씩 서있는 모양입니다.그럼 2개면,양음에서 작대기2개씩생기겠죠.
이건 시간의 영역으로 넘기면(푸리에 역변환) 정현적인 사인파가아닌 두개의주파수성분이 합쳐진
꼬부랑꼬부랑파형이됩니다.
푸리에는 저서 「열의 해석적 이론」에 「임의의 함수는, 삼각함수의 급수로 나타낼 수 있다」(푸리에의 정리)이라고 주장했다. 푸리에 해석은 거의 모든함수가 주기함수의 합으로 나타낼 수 있다고 하는 역설성으로부터 많은 수학자들의 주목을 받아 「거의 모든」의 범위나 「나타낼 수 있다」라고 하는 근거를 둘러싼 논의가 19 세기의 해석학을 방향 지었다. 후의 리만의 적분론이나 칸토어의 집합론도 이에 관한 연구로부터 태어나게 된다.
그리고 아래 사이트 열어 보세요.수학자 퓨리에를 알 수 있습니다.
http://trylhc.tistory.com/entry/%ED%91%B8%EB%A6%AC%EC%97%90-2%EB%B2%88%EC%A7%B8-%EC%88%98%ED%95%99%EC%9E%90----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
여기 한진동에 회로 공부에 제일 먼저 나오는 것이 3정수입니다.
저도 조금전에 들어가봤습니다.
제가 이야기하는 mu 하고 rp 는 5극관에서는 의미가 없습니다
여기서 3극관 의 mu, rp만 확실하게 이해하시면 될것 같습니다.
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