火星人이 만든 Amp - #4

조회 수: 7435, 2012-06-30 10:52:10(2012-06-27)

3.4 Kohm 를 Plate Load 로 택합니다. 
저 전압, 고 전류이고 Grid 에 필요한 전압이 110V pp 가 되서 150Vpp 보다 Drive 하기가 쉬워서 입니다. 400V 전원 이나 6K ohm 에 쓸 수 있는 OPT 가 있는 경우는 높은 Load Impedance 를 사용 하는 것도 나쁘지 않습니다. 장점은Linearity 도 더 좋고 출력도 더 많이 나옵니다. 

300B 에서 많은 사람들이 선호하는 Load Impedance 가 3.5K ohm 이지만 설계자의 선택입니다. Trans 자체에 있는 고유정수가 아니고 2차측 Speaker 의 Impedance 가 권선비에 따라서 1차측으로 전달되는 것입니다. 이점을 잘못 알고 있는 사람들이 많이 있습니다. 

여기서는 Load Impedance 라고 하면서 선 하나 긋고 설계를 끝냈지만 실제로는 Resistor 선을 긋고 있는겁니다. 실제 Impedance 는 알수도 없기 때문에 Resistor 로 대치해서 설게한 겁니다.

Driver Stage 에 쓸 진공관.

Driver 단에서 110V pp 의 출력 전압이 나올랴면 3V pp입력으로 110/3= 36.6약 40x 의 증폭이 되야 합니다.

저는 쉽게 규격표를 볼 때 나와있는 증폭율 mu 의 반이 실지로 이용할 수 있는 수치로 봅니다. Plate 에 내부저항하고 같은 값의 외부저항을 사용하면 실제Gain은 반이 됩니다. 여기서 외부저항은 Capacitor 는 빼고 Plate Load 와 Grid측 저항을 모두합친 병열값을 의미 합니다.

이렇게 따지면 규격표에 mu 가 80 은 되야하고 약간의 NFB(6db) 를 걸어준다면 80x2 =160 은 필요 합니다. 

물론 5극관 하나로 가능 하겠지만 제2고조파 우세형 Amp를 생각해서 5극관은 피하고 3극관 하나 만을 쓸려고 하는데서 오는 문제입니다.

3극관 2개면 신경 쓸 필요가 없지요. 실제로 사용할 14BL11 에 있는 3개의 진공관을 검토 해봅니다.

아래는 이들의 3극관 Plate 특성입니다.

 

진공관 규격표에 있는 2개의 3극관의 mu 는 각 각 69, 40 으로 나와 있습니다. Mu 69 의 진공관은 여러분이 잘 아시는 12AT7 하고 비슷한 규격입니다.

Pd 가 2.5W의 5극관에 기대를 걸어 봤지만 3극관으로의 실측치 mu 는 36으로 3개의 진공관 중에서 제일 작습니다. 별로 선택의 여지가 없습니다. 재주를 피워서라도 Pd 가 1.5W 의 Sec-1의 3극관을 쓸 수밖에 없습니다. 실측 mu 가65 가 나왔습니다. 

Mu 를 최대로 하는 방법은 Constant Current operation 아니면 Transformer coupling 으로 No load 상태로 쓰면 infinite load 가 됩니다. 그리고Transformer 의 권선비로 신호 전압을 역간 올려줄수도 있습니다. 또한 Rule을 고처서 최대 출력을 내는 입력전압을 4V pp 로 잡으면 여유가 생겨서 약간의 NFB 도 가능 하게 될 것 같습니다. 

실제로 Plate V/I 특성표에 rp 보다 몇배 되는 큰 값인 50 Kohm 와 150 Kohm의 load line 을 그렸습니다. 

Vg= 0 는 곡선은 꾸부러짐의 방향이 다른 곡선들하고 반대가 돼서 불안정할 가능성이 있습니다. -0.5V 부터 쓰기로 하고 bias 는 3Vpp 의 반인 -1.5V, 여기서 -0.5V 를 옮겨와서 -2V 가 됩니다. 

표에서 얻어지는 출력전압이 각각 140V 와 148V로 예상대로 NFB 를 걸어줄 여유가 없습니다. (NFB 없이는 OK). 결국 Inter-Stage Trans를 써야겠습니다.

가는 줄로 IST 감는 재주는 없으니 자작은 포기하고 Internet 에서 Inter-Stage Trans 를 알아 봤습니다. 

한국서도 잘 알려진 Norway Lundahl Trans 가 있습니다. Inter-Stage 용 Trans LL1660 이 여기 용도에 아주 잘 맞습니다. 권선비를 여러가지로 선택 할수가 있어서 모자라는 증폭율 보상이가능합니다. 

  
미국 대리점에 알아보니 재고가 있다고 해서 당장 Paypal 로 한쌍을 구입 했습니다.
IST 를 승압 Trans 로도 씁니다. 이제 Amp 의 윤곽이 잡혔습니다. 

전원부 를 포함한 Amp 회로도 입니다. 
표준 회로라서 특별히 설명 할 것은 없습니다. 건전지 기술의 발달로 요사이 건전지 Shelf life (보관 기간)가 6년이 넘습니다. 위 그림과 같이 전지의 –극을 grid에 직접 연결하면 전극이 진공속에 떠 있어서 10년은 충분이 갈 겁니다.

인체 속에 Implant 해서 계속 사용하는 전지도 10년의 수명을 보장 하고 있습니다. 

이것으로 Amp 설계의 96% 가 끝났습니다. 남은 4%는 최종 조정 과정에서 마무리 됩니다. 앞으로 OPT와 전원부 를 만들고 다시 Amp 로 돌아 옵니다. 

        

 다음은 OPT 제작이 되겠습니다.

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본문 설명 보충 입니다

초단의 Bias 를 -2V 라고 하고 1.6V 전지를 grid 에 연결 했습니다. 
남어지 0.4V 는 cathod 저항 이 담당합니다.
전류가 3-5ma 가 되면 Bias 전압은 -2V 가 됍니다.

Control grid 에 - 전압을 걸어 주기위한 것이 "C"전원으로 가장 많이 쓰는 방법은 

Cathode 저항에 전류를 흘려서 거기서 생기는 전압 강하를 이용 합니다.

이런식으로 Grid 에 직접 C" 전원을 연결해주면 초보자에게는 "C"전원의 개념 도 쉽게
알수 있스리라 고 봅니다.

여기서 저는 흔한 AAA Alkaline Battery 를 사용 했지만 
여자용 손목시계에 쓰이는 Silver Oxiide Battery가 소형이고 더 좋습니다.

Battery 는 불안해서 못 쓰겠다는 분도 많을것 같습니다

Battery : 전원으로는 Battery 이상 좋은 것이 없습니다. 

물론 내부 저항 (등가 회로에서 말하는 series resistance/Impedance 로 우리가 쓰는 주파수 대에서는 구태여 Impedance 라고 안 해도 됩니다) 이 없는 것은 아니지만 충분히 큰 용량이라면 무시 할 수 있는 수치입니다. 

Grid 에 직접 연결하면 A1 급 동작에서는 전류=0 라서 Battery 고유전압 외에는 다른 요소는 없습니다. 
악영향=0 입니다. 

저는 작은 시계용 전지에 직접 납땜질 할때 높은 온도의 가열로 Battery 가 잘못될 것 같아서 AAA Battery 를 사용 했습니다

이런 용도는 쓰지 않고 보관하는 상태나 같습니다. 3-4 년만 같은 전압이 유지되면 저의 용도로는 A-OK. 
그러나 보통 진공관 Amp 내부는 온도가 100도 C 가 된다면 수명 단축이 되겠지요. 
불량품은 속의 화학액이 새나옵니다.

하여튼 저의 방식 입니다. 다음은 Self Bias 와의 비교 입니다

Self Bias 

Cathode 에 흐르는 전류를 저항을 통해서 Ground 로 가도록 합니다. 
Control Grid 전위가 Ground 와 같으면 이 저항에 발생하는 전압이 Bias 전압이 됩니다. 

이 전압은 진공관 에 흐르는 전류를 감소 하게 작용 합니다. 보호장치 역할을 합니다. 
아마 이 점이 Self Bias 를 사용하는 제일 큰 이유라고 봅니다. 

이 전압에 신호 전압도 포함 되여 있스면 이 신호 전압 역시 증폭된 전압을 감소 시킵니다. 
즉 증폭 능률이 감소 됩니다. 

신호 전류에 의한 Negative Feedback 작용입니다. 

보통은 이 NFB를 원하지 않습니다. 대용량 Capacitor 로 신호 전류를 Ground 로 빼냅니다.

이상이 동작 원리 입니다. 이 대용량 Capacitor 를 제거하면 
Distortion 이 개선 되서 전에 자기가 듣던 소리가 달라집니다

자기가 듣던 소리가 많은 화장으로 만든 소리라면 이제는 화장을 지운 얼굴이 나타납니다. 
--- 원상복구 해야지요


신호 통로에 Capacotor 가 있고 또 일부러 Capacitor 로 신호 통로를 만드러 줍니다.

So far so good. 다음은 Capacitor 의 특성 입니다. 

Capacitor는 고음은 잘 통과 시키고 저음은 그와 반대입니다

HiFi 영역에서 20Khz 신호 는 20Hz 신호의 1,000배 더 잘 통 과 시켜줍니다.
따라서 Grid 에 연결된 Capacitor는 저음 고음을 최고 1,000베 나 차별 합니다.

Battery 는 차별 안합니다!!!. 

Capacitor 로 통과하는 신호는 모두 이러한 차별을 받습니다. 

우리가 보통 알고있는 Amp 는 Grid 에 Capacitor 가 연결 되여 있고 
Return Path (전원) 역시 capacitor 로 filter 되여 있습니다. 

Capacitor 가 들어있는 회로는 모두 저음에는 아주 인색해서 당연히 저음쪽이 부족 하게 되여 있습니다. 

앞으로 기회있으면 그때 다시 계속 하겠습니다

Battery 는 진공관시대 초기부터 사용됬습니다.

이때 나온 단어가 A,B.C Battery 입니다.
A는 Filament 용
B는 Plate 용
C는 Grid Bias 용 입니다.

그때 Radio 에는 Battery 상자가 따로 있섰습니다. 그러다가 정류관이 나오면서 Battery 를 대체하게되자 
이런 Radio를 Eliminator 라고 불렀습니다

625 때 Battery 시대가 우리에게 다시 찾아 왔습니다

Self Bias 에서 제가 싫어 하는것은 열을 많이 내는 Power Resistor 입니다. 

그리고 Battery 수명은 Plate 전류로 판단하면됩니다.

Battery는 고급 시계에 쓰이는 Silver Oxide 를 사용 하면, 우리가 우려 하는것들을 이미 다른사람들이 오래 전에 다 했습니다.

저의 application 은 Shelf life 가 중요 합니다.
참고 하십시요

예, 전류가 안흐릅니다. Plate행 전자가 붇이치는수는 있습니다.

Grid leak 라고 해서 옛날 Radio 에 1meg ohm 저항을 써서 Bias 를 합니다. 저는 잘쓰는 방식입니다.

Tube Amp는 열이 많이나고 고온에 동작 한다는것을 고려하시고 쓰신다면 소형 손목시계용을 추천합니다.

battery 로서의 부하특성은 Lithium 이 좋으나 장기보관 에 관한 Data 는 아마 Silver Oxide 나 Alkaline 이 좋다고 봅니다.

제가 남을 가르키는데 제일 힘드렀던 것이 Motorola 반도체 공장에서 전국서 일류라고 모여든 Application Engineer 들이였습니다. 기회가 있스면 별도로 글 올릴가 합니다.

인간이란 세뇌, 설득으로 세상도 바꾸지만 그반대의 고집 불통도 있습니다. 저도 이젠 늙은이 지만 늙은이가 더 문제 였습니다.

올리신 표에서보면 Lithium Battery 의 Shelf life 가 10 년이 넘네요. 제일 좋은 Battery 인것 같습니다.

사람몸속에 Implant 하는 심장 Pace maker 에 쓰는 Battery가 무엇인지 알아 봐야 겠습니다. 10년 보장이라고 하는데----

최근에 Battery 의 성능이 많이 좋아 젔습니다. 우리가 새로운 Data 를 만드러야 합니다. 
이런 문제는 남에게 의존할 것이 아니고 선구자 입장에서 Lead 해야 합니다.

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