13GB5 X 8 PP 암프의 설계 제작 (II)

조회 수: 45, 2016-05-05 10:30:59(2016-05-05)

사진설명: 위로부터 100Hz, 1KHz, 10KHz 방형파 응답특성이다. 위 쪽이 출력, 아래 쪽이 입력파형이다.  

출력레벨은 4V 피크 (1W)이고 이때 부하저항은 8옴. 6dB NFB 적용.

조정과 삽질 (트라불 슈팅)

이 암프는 출력관을 8개나 채용했기 때문에 양극전류가 상당히 크다.  62mA/tube x 8 = 496mA 가 되어 거의 0.5A라는 대 전류(?)가 흐르게된다.  따라서 배선을 끝 내고 그냥 전원스위치를 넣으면 휴즈가 나가기 십상이다.  먼저 출력관 그릿드 바이어스에 적정 전압이 걸리는지 확인해야 한다.

물론 전원을 넣기 전에 오배선 여부를 확인해야 한다.  배선이 모두 제대로 되었다면 일단 출력트랜스의 중간탭을 메인 B 전원에서 끊어놓아 출력관 B전압을 차단한다.  문제는 출력관에 전류를 흘리지 않으면 흔히 전원부의 내부저항 관계로 전압이 상승하게 되는데 이를피하려면 B 전원에 다미로드를 달아주면 좋다.  대략 750옴에서 800옴 혹은 1K, 200W 의 저항을 임시로 출력관이 공급될 B 전원에 달아준다.  이런 것이 없으면 약간의 전압 상승을 감수하고 그냥 삽질을 시작하는 수 밖에 없다.

출력관이 드라이버 관과 직결되었기 때문에 암프를 시동하는게 그리 간단치 않은 측면이 있다.  일단 출력관 B 전원을 차단해 놓은 상태에서 전원스위치를 넣는다.  그리고 각 부분의 전압을 측정해 본다.  드라이버 관 4개의 양극전압과 캐소드 전압을 측정하고 적정치에 근접해 있는가를 확인한다.  한편 드라이버단 캐소드에서 출력관 그릿드로 연결된 배선을 임시로 떼어 놓고 (이렇게 하지 않으면 출력관 그릿드가 다이오드로 작동하게 되어 전류 측정이 부정확하게 된다)  CF 드라이버 (V4)의  두 캐소드 전압이 대략 -45V 정도가 되도록 가변저항기를 조절한다.

조절이 끝나면 출력단의 그릿드 회로와 CF 드라이버의 캐소드를 다시 연결해 주고 출력트랜스 중간탭에 B전원도 다시 연결해 준다.  물론 다미로드를 연결했다면 이를 제거한다.  다시 전원을 넣고 각 부의 전압을 측정하여 적정 전압을 확인한다.  출력관에 전류가 흐르기 시작하면 B 전압 전체가 약간 감소할 것이다.  이는 전원트랜스의 직류저항 과 전원부의 내부저항등으로 인한 전압강하 때문이다.  어쨋든 CF 드라이버의 캐소드 전압이 -45V 정도이고 출력관 캐소드 전압이 대략 15V 정도라면 출력관 바이어스는  60V 정도가 되어 적정치가 된 셈이다.  이 때 출력관 캐소드에 설치된 CCS의 부하 10옴 저항의 양단의 전압을 측정해 본다.  

10옴 저항의 양단 전압이 0.62V라면 이 출력관 양극전류는 62mA이다.  출력관의 캐소드 전압이 대략 15V 에서 20V 사이가 되면 CCS가 잘 동작하는 것 같다.  출력관 전류는 이 CCS에 의해 결정 되니까 출력관 캐소드 전압이 다소 이와 다르더라도 전류치는 같다.  다만 전압이 너무 높으면 CCS의 내부손실이 커져 CCS가 너무 뜨거워지게 될 것이다.  이 손실을 줄이려면 CCS의 동작전압을 최소한으로 줄이고 그 줄인 만큼 바이어스 전압을 높여 (즉 더 마이너스가 되도록) 주어야 한다.

일단 암프가 시동이 되면 입력측에 1KHz  정현파를 입력하고 위상반전단 양극에 설치된 가변저항기를 드라이버단의 두 출력파형의 진폭이 같도록 조절한다.  

측정결과

먼저 입력측에  0.1V 피크의 정현파를 입력하고 각 증폭단의 출력파형을 관찰하였다.  여기서 특별한 언급이 없는 한 전압치는 모두 피크치를 나타낸다.  전압계가 없이 스코프만 사용하는 관계로 피크치가 읽기에 편한 점이 있다.

0.1V 의 정현파를 입력 했을 때  초단의 CF 와 결합된 캐소드 접지 증폭기의  풀레이트애서 신호 출력 전압을 재 보면 1.4V 가 나온다.  이는 초단 CF단과 다음의 캐소드 접지 증폭기의 이득이 14배가 된다는 말이다.  다음 위상반전단의 양극 출력 신호전압은 13V가 되어 위상반전단의 이득은 9.3배다.  다음의 차동증폭기와 CF 단에서 CF단 캐소드의 출력전압은 137.5V 가 되어 이 두단의 총  이득은 10.5배이다.  CF단 자체만의 이득은 항상 1 이하인 점을 상기하시라.  결과적으로 드라이버 단의 총 이득은 1,367배 (62.7dB)나 되어 상당히 고이득이다.

NFB를 걸지 않은 상태에서 4옴 로드일 때 입력측에 10mV의 정현파를 입력하면 출력트랜스 2차측의 출력전압은 3.4V 가 나온다.  따라서 4옴 부하인 경우 암프의 총 이득은 340배 (50.6dB)이다.  이때 암프의 내부 임피던스는 0.94 옴 정도이다.  무궤환일 경우 댐핑팩터가 대략 4 정도가 되는 셈이다.

4옴 로드일 때  입력신호를 증가하면서 출력파형을 관찰했을 때 정현파가 찌그러지기 직전의 최대 전압은 20V를 약간 상회한다. 즉 최대 출력이 대략 50W 정도라는 말이다.  이는 임시 출력트랜스로 측정했을 때 보다 현저하게 낮은 출력이다.

NFB를 걸지 않은 상태에서 1KHz 를 입력하고 암프 출력전압이 대략 11V 정도가 되었을 때 주파수 특성을 재 보았다.  흔히 주파수 특성은 1W 출력에서 재는 것인데 그렇다면 출력전압을 2.8V 가 되도록 입력을 줄이고 측정해야 한다.  그렇지만 여기서는 출력이 거의 15W 일때를 측정한 것이다.

이 상태에서 20Hz 때의 출력전압은 9V,  40Hz: 11V, 25KHz: 10V, 40KHz: 9V, 54KHz: 7.5V, 66KHz: 7V, 76KHz: 6V,  92KHz: 5V,  100KHz: 4.5V 가 관찰 되었다.  대략 40Hz 부터 20 KHz 까지는 평탄한 셈이고 저역에서는20Hz 에서 2dB 감쇄, 고역에서는 40kHz 에서 2dB 감쇄한다.   참고로 10Hz 정현파가 찌그러짐 없이 재생되는 최대 출력전압은 7.5V 로 대략 7W 정도의 출력이다.  20Hz 정현파가 찌그러짐 없이 재생되는최대 전압은 15.5V 로 대략 30W 의 출력이 된다.

부하를 8옴으로 하면 최대 출력 전압이 31V 로서 이 때 출력은 60W 이다.  Rnfb, 즉 NFB 저항을 75.5 Kohm으로 하면 대략 6dB 의 NFB가 걸린다.

이 상태에서 출력 전압을 4V, 즉 출력 1W 때의 주파수 특성을 재 보았다.  1KHz때 출력 전압을 4V 로 했을 때 저역 10Hz에서 0.2V 감쇄, 20Hz에서 0.1V 감쇄 , 30Hz 부터는 평탄하고 고역 90KHz 에서 0.4V 감쇄, 124KHz 에서 0.8V 감쇄 한다.  즉 저역 1dB 감쇄 점은 10Hz 미만이고 고역 1dB 감쇄점은 90KHz, 2 dB 감쇄점은 124KHz 라는 말이다.  사진에 방형파 특성을 보였다.

6dB NFB를 걸었을 때 암프의 내부 임피던스는 0.8옴 (8옴 부하 때) 정도가 되어 댐핑팩터가 대략 10 정도로 개선되었다.  NFB 저항을 13.3Kohm으로 하여 14.5dB 의 NFB를 걸어 보았는데 이 때는 출력임피던스가 너무 낮아져서 스코프 만으로는 측정이 가능하지 않았다. 즉 8옴 부하를 걸어주었을 때의 출력 전압이나 이 부하저항을 떼어냈을 때, 죽 무부하 상태의 출력 전압이 거의 변동이 없었다.

여기서 볼 수 있는 것은 주파수 특성이 출력에 따라 상당히 달라질 수 있다는 점이다.  이는 이 암프 뿐 아니라 기성제품도 크게 다르지 않다고 보인다.  MC275가 우수한 암프인 것은 전출력 주파수 특성이 20Hz ~ 20KHz 라는 점일 것이다.

(3부로 계속)