Single Stage(單段) PP(밀당: 밀고 당기고) Power Amplifier 제작기 II

조회 수: 1006, 2015-09-15 14:28:27(2015-09-15)

출력이 예상치의 절반 정도에 그쳤지만 조립과 배선을 끝낸 상태에서 일단 조정을 하고 시청을 해 보기로 하였다.   조정은 매우 간단하다.  시그날 제네레이터를 입력에 연결하여 1KHz  혹은 적당한 주파수의 정현파를 입력시킨다.  우선 캐소드 바이패스 캪을 임시로 떼어 놓고 스코프로 캐소드 저항 양단의 파형을 관찰하면서  회로도의 유일한 가변저항기 R3를 조절하여 스코프 상에 나타나는 파형의 진폭를 최소가 되도록 조절한다.   발란스가 많이 흐트러져 있으면 캐소드의 파형은 정현파로부터 심하게 일그러져 있을 수 있다.  발란스가 완전하다면 이론적으로는 캐소드의 정현파 진폭은 제로가 되고캐소드에는 직류전압만 걸리겠지만 실제에서는 그렇게 잘 되지는 않을 것 같다.  필자의 경우도 1V 피크투피크의 정현파가 관찰되었다.

이 정도면 캐소드 바이패스 캪은 생략해도 되지만 캐소드 바이패스 저항을 달아주면 출력이 약간 올라가는 것이 관찰되어 일단은 캐소드 바이패스 캪은 달아 놓는 것으로 결정했다. 

이 프로젝트는 설계치 보다 낮은 양극 전압을 증가시키기 위해 전원 트랜스를 교체해야 하고 또한  플라스틱 기판을 가려주는 금속제 상판도 제작하여 설치해 주어야 하지만 사용에는 지장이 없으니 당분간은 현 상태로 그냥 사용하려고 한다.  그래서 일단 현 상태의 사진을 올려본다. 위에 올린 사진은 상판을 제거한 사진으로 동작상태에서 찍은 것이다.

 

시청소감.

출력이 3W를 약간 상회하는 저출력 암프라서 음량이 부족할 것이라고 생각하였다.  그러나  죠단 모듈의 6.5인치 풀레인지 스피커는 전혀 부족함이 없는 음량을 듣게해 주었다.  이 정도면 보통의 거실에서 충분한 음량으로 음악을 감상할 수 있을 것 같다.  참고로 나의 거실은 16피트X 22피트의 면적에 9피트의 천정 높이를 가진 방으로 그리 작은 크기가 아니다.

사실 이 암프의 배선을 끝내고 조정을 하는 동안 대강의 주파스 특성을 측정해 보았었다.  그러나 사용한 출력트랜스가 신통치 않아 고역특성이 보잘 것이 없었다.  저역은 그런대로 쓸만한데 고역 쪽은10KHz 방형파 응답특성이 거의 정현파 모양이 될 정도로 나빴다.  물론 이런 현상은 순전히 출력트랜스 탓이다.  이런 연유로 시청을 했을 때 좋은 고역특성은 기대하지 않았었다.

그러나 몇몇 실내악을 들어보고  보이스도 들어 보았을 때의 느낌은 음질이 매우 투명하고 깨끗하다는 인상이다.  특히 현악기들의 소리가 다소나마 다른 암프들 보다 명료하고 각 악기들의 뉴앙스가 느껴지는 것 같기도 하다.  걱정했던 고역도 소리만 들어 보아서는 특별히 나쁘다는 인상은 없었다.  전체적으로 음질이 매우 좋다는 느낌이 들었다.

기술적인 측면을 생각해 보면 단단 암프는 암프의 전이함수(Transfer function)가 가장 간단한 형태가될 것이라는 생각이 든다. 전이함수가 간단하면  위상특성, 출력임피던스 등등이 간단한 형태가 된다고 생각한다.  스펙트럼 분석을 해 본다면 Frequency domain에서의 고조파 함유가 다단 암프에 비해훨씬 간단한 형태가 될 것이라고 믿는다.

한편 정현파를 입력시키고 출력을 관찰했을 때 최대 출력일 때의 파형을 관찰해 보면  출력파형이 상당히 뚱뚱한 형태가 된다.  즉 PP 암프임에도 불구하고 고조파 함유율이 높다는 증거로 보인다.  이런현상은 다깨스에 씨도 관찰하고 있다는 말씀을 들었다.  이 현상이 혹시라도 현악기 소리가 더 좋게 들리는 원인은 아닐까 추측해 본다.

단단 암프에서는 그 전단들에서 발생한 고조파들이 그 다음 증폭단에 다시 입력되어 더욱 복잡한 고조파를 발생시키게 되는데, 물론 그 과정에서 조건이 맞으면 서로 상쇄되는 현상도 있을 수 있다.  그러나 그런  확율 보다는 더욱 복잡한 고조파가 발생하눈 경우가 더 많을 것이다.   

여기에 단단 암프의장점이 있다고 생각한다.  그런 의미에서 관심있는 분들은 제작을 시도해 보시라고 권유해 드리고 싶다.  진공관의 갯수가 많다고 할 수 있지만 경비가 많이 들지는 않는다.  사용진공관들이 개당 1~2불 정도면 구입할 수 있는 것들이다.   필자도 향후의 프로젝트로 단단 싱글 암프에 도전해 보려고 한다.  아마도 세계에서 가장 간단한 암프가 될 것이라고 생각하면서.

출력단에 다수의 관을 병렬로 해서 동작시킬 때는 적어도 두가지 문제가 발생합니다. 첫째는 촐력관 상호간의 전류 발란스이고 둘째는 입력 용량의 증가입니다.

이 암프의 경우 각 관의 전류가 5mA 정도로 전류 발란스가 무너진다해도 큰 문제가 없을 것이란 가정하에 개별적인 전류를 측정하지도 않고 동작시키고 있습니다.

한편 4BS8은 원래 칼러TV의 튜너에 사용하는 관으로 입력 용량이 2.6pF정도로 작은 편입니다. 12개라해도 30pF를 약간 상회하는 정도로 오디오 주파수 대에서는 큰 문제가 아니라고 봅니다.

다수의 진공관을 병렬 연결하는 과정에서 신호통로가 다수인 것은 오디오 주파수 정도의 낮은 주파수에서는 큰 문제가 없다고 보는데 다만 전원 배선으로 인한 근접효과 때문에 험을 조심해야 합니다. 지금 이 암프는 금속 샤시를 사용하지 않고 베이크라이트 기판위에 만들어서 게인이 그리 크지 않음에도 불구하고 감도가 좋은 스피커를 연결하면 약간의 험을 들을 수 있습니다.

또한 주의해야 할 점은 기생발진입니다. 개별 진공관에 모두 그릿드 스톱퍼를 달아 주어 현재는 기생발진은 없습니다. 

최대 출력에서 출력파형이 뚱뚱해 지는 것은 대부분 진공관의 입출력특성 때문으로 판단 됩니다. 진공관, 특히 3극관의 입출력 특성 (X 축에 그릿드 전압, Y축에 양극 전류를 플로트한 특성곡선)은 대부분 포물선 성분, 즉 2차함수의 성분이 포함됩니다. 그릿드 입력전압이 커져서 스윙폭이 커지면 입출력 특성의 직선부분을 벗어나 포물선 영역까지 미치게 되는데 따라서 출력파형에 찌그러짐이 증가하게 됩니다. 이 암프에서와 같이 바이어스를 상당히 깊게 걸어주었을 때에는 이런 현상이 더욱 뚜렷해 질 것으로 보입니다.

12AX7같은 관은 출력관으로 쓰기에 적당치 않다고 생각합니다. 물론 이 관을 출력관으로 사용한 사례도 있지만 내 생각으로는 좋은 선택이 아닙니다. 무엇보다도 양극저항이 62Kohm~80Kohm으로 너무 큽니다. 4BS8은 5Kohm 정도입니다.

단단 암프의 잇점을 다시 한번 설명해 보겠습니다.

가령 한 증폭단에서 제2고조파 찌그러짐만 발생한다고 가정했을 때
그 암프가 이 증폭단만으로 구성된다면 찌그러짐은 제2 고조파 뿐이 됩니다. (말티 톤의 문제는 잡시 접어 둡니다)
그러나 암프가 같은 증폭기 2단으로 구성되어 있다면
첫단에서 발생한 제2 고조파는 다음 단에 입력되어 제2고조파의 고조파 즉 제4 고조파 뿐 아니라 제3고조파도 같이 발생합니다.
이런 고조파들이 3단으로 구성된 암프를 거친다면 고조파의 수가 거침없이 많아집니다.

이렇게 생각해 보면 단단 암프의 특성이 비교적 간단하다는 것을 알 수 있습니다. 즉 암프를 하나의 시스템으로 보고 그 전이함수를 생각해 보면 전이함수가 비교적 간단한 형태가 됩니다.