36LW6 SET Amp II

조회 수: 4776, 2015-07-28 02:25:42(2012-12-08)

고전압 Cap 이 없어서 2개 Cap 직열 연결했고 Resistor 는 전압 Balance 용 입니다.

 Trans 에서 6LW6, 26LW6, 36LW6 모두 쓸수 있도록 전압이 3 가지가 나와 있습니다. 

36LW6 SET 암프 자작기 (2부)

 

요 며칠 비가 계속 된 데다가 배탈이 나서 한 일주일간 고생하느라 암프 프로젝트가 예정대로 진행되지 못했다.본래 뒷마당에서 작업을 하곤 했으니 비가오면 공을 치게 되어있다. 이런 와중에 지저분한 쟝크들을 리빙룸에 야금야금 옮겨놓고 땜질을 하다보니 어느덧 배선은 끝이났다. 

 

지난 1부에서는 300B에 대한, 혹은 DH SET에 대한 신화를 깨뜨리는 “디미스티피케이션”에 상당한 지면을 할애했는데 소기의 목적을 달성했는지는 모르겠다. 미국 건국의 아버지 중 한 사람인 제퍼슨이 그랬다던가?  기억이 약간 흐려져 있지만 그가 했다는 말 중 이런게 있다. “지금의 종교는 훗날에는 웃음거리가 될 것이다”.  한때 그리스의 수호여신(?) 아테나 여신을 지금 숭배한다면 웃음거리로 여기겠지만 당시에는 대단한 종교 였다. 지금의 대단한 종교들도 수백년 뒤에는 같은 운명에 처하게 되지는 않을까?  300B를 신의 위치에 올려놓고 거기에만 매달리는 사람들이야 그럴 운명까지는 가지 않겠지만 36LW6 암프 선호자들 보다는 쓸데없는 데에 엄청난 돈을 쓴 것만은 아마도 확실히 밝혀질것 같다.  자, 이제 구라는 그만 때리고 암프 이야기로 돌아가 보자.

 

이 암프를 구상할 때 2가지 진공관 라인업을 생각했었다. 하나는 5842(417A) - 5687 - 36LW6로 3구의 구성이고 다른 하나는 6EM7 - 36LW6의 2구로 구성한 것이었다. 첫번째 라인업에서 5842는 고 GM관으로서 437A만은못하겠지만 꽤 괜찮은 진공관으로 알려져 있고 5687은 쌍 3극관이어서 이것을 병렬연결하여 드라이버로 쓸 수도 있고 아니면 한 쪽은 그라운드 캐소드로 하고 다른 한 쪽은 캐소드 훨로워로 하여 드라이브 할 수도 있을 것이다.  이 구성이 바로 곤도상이 그의 8만불을 호가하는 211 싱글에 쓴 회로다. 그런데 이번에는 5687을 가지고 있는 것이 없었고 5842도 새로이 구입해야 하기 때문에 이 라인업은 잠시 접어두기로 하였다. 6EM7은 비대칭 쌍 3극관으로 결국 이 라인압도 실효적으로는 3구의 구성이다. 앞에서도 말했던 것 같은데 이 관의 한 쪽은 증폭도가 비교적 높아 거의 6SL7과 비슷한 성격이고 다른 한 쪽은 양극손실이 10W나 되고 내부저항이 750옴 정도로 작아서 드라이브에는 적격인 관이다. 이 관은 당장수중에 있어서 이 라인압을 시도해 보기로 하였다.

 

또 다른 측면의 구상으로 초단관과 드라이브단을 직결로 하고 암프의 신호패스에 단 하나의 커패시터만 있게 하자는 생각이 있었다. 이것을 선호했기는 했지만 드라이브의 요구사항이 200볼트가 넘는 전압스윙이기 때문에 직결을 위한 바이어스 회로에 전압배분 관계상 이번에는 포기하였다. 출력단을 fixed bias로 하느냐 self bias로 하느냐의 선택도 B전원의 공급 전압을 고려해저 정하게 되었다. 여기서도 어느 회로가 음질에 좋으니 나쁘니 하는이론이 분분한 적도있었지만 장단점이 있어서 어느쪽이 좋다고만은 할 수 없다고 본다.

 

셀프 바이어스로 할 때에 출력관의 풀레이트-캐소드 간의 요구전압이 대략 450볼트 정도이니 바이어스에 필요한 110볼트 정도의 전압이 더해지면 요구되는 공급 전압은 560불트 정도가 된다. 이 회로의 단점은 고압의 평활커패시터가 필요하다는 점이다. 공급 전압을 450볼트하면 내압 450볼트의 커패시터를 사용할 수 있겠는데 공급전압이 이보다 높아졌으니 630볼트 짜리가 필요하게 되었다. 이를 극복하기 위해서는 400볼트 내압의 커패시터를 2개 직렬로하여 내압을 높여주어야 하는데 그때마다 저항이 들어가고 커패시터가 2배로 늘어나게되어 파트 카운트가 상당히 증가한다. 그러나 이번 프로젝트에서는 전원도란스를 주문해서 맞춤으로 할 형편이 못되어 가지고 있는 트랜스를 활용하다보니 별 수 없이 셀프 바이어스로 하면서 B전원을 560V 정도로 잡게 되었다.

 

우선 회로도를 올려 본다. 여기서 볼수 있는대로 캐소드접지 증폭단에 RC카풀링으로 일관한 평범한 회로다. 보통이 정도의 회로라면 배선후 한번 점검하고 전원을 넣으면 우선 소리는 나게 되어있다. 물론 함도 나고 이곳 저곳전압배분이 예상에서 벗어나긴 하지만 동작하기는 한다. 이런 점이 진공관 회로의 강점이기도 하다.

 

그런데 때때로 이런 간단한 회로도 말썽을 부리는 경우가 있는데 이 암프가 바로 그런 경우가 되었다. 우선 한쪽챤넬에 스피커를 연결하고 기다리는데 툿 툿 툿 툿…. 하는 소리가 들린다. 모타보팅이다. 다른 챤넬을 점검해 보니 마찬가지다.

 

우선 드라이버관인 6EM7을 뽑아놓고 출력단부터 점검해 보기로 하였다. 그런데 마찬가지다. 출력관 하나만 동작시키는데도 모타보팅이 난다?! 출력관 그리드를 접지하면 모타보팅이 멈춘다. 그런데 이상한 일이 생긴다. 테스터두대로 이곳 저곳 전압을 측정하는데 한 테스터는 리드선을 대지도 않았는데 바늘이 움직인다. 그리고 출력관의 풀레이트 전압이 한쪽 챤넬은 나오는데 한쪽은 마이나스가 된다?!! 마치 귀신에 홀린 기분이다.

 

이때 까지 스코프를 동원하지 않았는데 우선 출력에 무엇이 나오나 보기로 하였다. 스코프를 출력단자에 대고 파형을 보니 웬 알수없는 고주파가 나온다. 주파수가 82MHz쯤 된다. 출력관이 기생발진을 하고 있는 것이다.  모타보팅도 이 기생발진이 원인인 것 같다.  그런데 알고 보면 이런 종류의 5극관은 기생발진을 하는 경우가 많다고 한다. 특히 풀레이트 꼭지가 진공관 위에 달린 것들은 주의해야 한다는 것이다.

 

원래 RC결합 증폭단은 진공관 증폭단을 이상적 암프로 가정하면 카풀링 커패시터와 그리드 저항이 하이패스 필터를 형성하게 된다. 순전히 주파수 특성만 고려한다면 이 암프는 2단 휠터에 출력트랜스로 형성된 파이형태의 필터가 덧붙여진 것으로 간주할 수 있다. 흔히 모타보팅은 전원회로의 디카풀링 회로가 신통치 않으면, 즉 임피던스가 높으면 이로 인한 피드백으로 모타보팅이 나는 경우가 있다. 한 증폭단에서 입출력은 위상이 반대가 되는데 2단의 RC 증폭단의 경우 위상 변이가 더해져서 위상이 180도 로 되면 포지티브 피드백이 걸려 발진이 생길 수 있다. 따라서 적어도 2단 증폭기를 거칠 때마다 디카풀링 커패시터를 달아주어야 한다. 그렇지만 이번 암프는 그런 이유로 모타보팅이 생긴 것은 아니다. 그런식으로 모타보팅이 생겼다면 디카풀링 회로를 보강해 주고 카풀링 커패시터와 그리드 저항치를 바꾸어 주면 피할 수 있을 것인데 이번 경우는 출력관 하나만 동작시켜도 모타보팅이 발생하고 있다.

 

하여튼 이것저것 시도해 보다가 결국 1K ohm스크린 그릿드 스톱퍼 저항을 달아주었더니 기생발진이 멈추고 동시에 모타보팅도 사라졌다. 아마도 기생발진으로 인한 고주파 에너지가 입력 카플링 커패시터를 충전시켜서 출력관을 카트오프 시켰다가 이것이 그리드 저항을 통해 방전하면 다시 충전이 시작되고… 이 과정이 되풀이 되면서 모타보팅이 일어나게 된 모양이다. 하여튼 이로서 암프는 일단 정상적인 동작을 하게되었다.

 

그런데 두 챤넬을 모두 동작시키면서 B전원의 전압을 재 보니 500V정도밖에 나오지 않는다. 출력관 캐소드 전압이 90V정도가 되는데 그렇다면 양극 전류는 90/1.5 = 60mA가 되는 셈이다. 예상보다 15mA정도 적다. 드라이버 단의 전압배분들도 예상과는 꽤 다르다. 그러나 이런 암프를 만들다 보면 전압이 50V정도 차이가 나는 일은 예사다. 그래도 진공관 암프는 동작한다. 솔리드 스테이트 암프라면 어림도 없을 것이지만…

 

먼저 스퀘어 웨이브 테스트를 해 보았다. 그런데 예상보다 저역이 형편 없다. 20Hz 싸인 웨이브도 찌그러지고 100Hz 스퀘어 웨이브도 너무 많이 기운다. 1Khz 스퀘어 웨이브 조차도 윗 부분이 약간 기울어 있다. 즉 저역이 나쁘다는 증거다. 무엇이 잘 못 되었을까? 36LW6의 내부저항이 강 선배님이 측정한 것과는 다르다는 말인가? 한참 고민스러웠지만 결국 문제는 출력트랜스의 코아 갭이 부족했던 것이었다. 코아가 직류전류에 의해 포화가 되면 인닥탄스가 거의 없어진다. 따라서 초저역의 레스폰스가 개판이 될 수 밖에 없었던 것이다. 출력트랜스를 분해하여 갭에 얇은종이 한장 (칼스쥬니어 햄버거 싸주는 유지)을 더 끼워주니 문제가 말끔히 사라졌다. 그 바람에 16H 쯤하던 출력트랜스 1차인닥탄스가 12H로 줄었지만 이제는 10Hz 싸인웨이브도 깨끗히 재생된다. 스궤어웨이브도 100Hz, 1KHz 모두 깨끗하다. 10KHz도 형태가 그런대로 보존되어 나온다. 흔히 SET 암프들은 10KHz 스퀘어 웨이브가 깨끗하게 나오는 경우는매우 드믈다. 이 정도의 낮은(?) 1차 인닥단스로 저역특성이 잘 나오는 것은 순전히 출력관의 낮은 내부저항 덕분이다. 강 선배님의 측정치가 정확했다는 증거다. 

 

현재로서는 일단 출력이 9W정도 밖에 안된다. 아직 여기저기 파인튜닝을 해야 제 출력을 얻을 것 같다. 그리고 전원 전압이 예상보다 낮아져서 목표했던 출력을 얻지는 못할 수도 있으나 드라이버단의 바이어스와 출력단의 바이어스모두 재 조정을 해야할 것 같다. 여하튼 이 암프에 6인치의 죠단 모듈 스피커를 걸어서 베토벤 3번 교향곡 전 악장을 들어 보았다. 소리가 나쁘면 전 악장을 다 듣기 전에  중단하게 되는데 어렵지 않게 거의 1시간을 들을 수 있었던 것을 생각하면 음질이 꽤 좋았던 것 같다. 이 죠단 모듈 스피커는 6인치의 작은 스피커지만 40Hz까지 내려간다고 한다. 내 300B암프와 비교한다면? 훨씬 좋다는 인상을 받았다. 구체적인 파인튜닝 결과와 스퀘어 웨이브 측정사진은 3부에서 다루기로 한다. 

(2부 끝)

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회로도에 빠진 부분 (물음표 있는 곳)은 디카플링 커패시터입니다. 여기서도 내압이 맞는 전해콘덴사가 없어 2개를 직열연결해 썼습니다만 친구가 콘덴사를 보내주어 교체했습니다. 지금은 120마이크로 450볼트와 40 마이크로 450볼트짜리를 썼습니다. 평활회로의 첫 콘덴사도 3개직렬이 아닌 2개 직렬로 교체할 예정이고 카풀링 콘덴사들도 용량이 적은 것으로 교체했습니다. 캐소드 저항들은 파인튜닝을 하면서 약간씩 바뀔 것입니다. 진공관에 따라 바이어스 전압이 상당히 달라질 수 있기 때문에 동작중에 전압을 측정하면서 바꾸어 봅니다.

다시 보니 회로가 한군데 틀렸네요. NFB를 따는 곳은 바로 초단관 캐소드로 부터 따야 하는데 저항으로부터 따는 것은 틀린 것입니다. 지금 대로라면 NFB가 동작하지 않습니다. 제가 그릴 때 착각한 모양입니다. 정정해 주시면 감사하겠습니다. 그리고 NFB가 작동하려면 출력트랜스 극성들이 맞아야 합니다. 아니면 NFB가 아니라 PFB가 될 수 있으니까요. NFB저항은 실험적으로 정해 보려고 명기하지 않았습니다.

예 맞게 됐습니다. 이렇게 해도 되지만 43옴 저항과 1킬로옴/바이패스 캡을 바꾸어 달고, 즉 43옴을 접지 시키고 피드백을 43옴 상단에서 빼도 됩니다. 그리고 디카풀링 캡은 모두 450볼트 짜리 한개로 교체했습니다. 원래 달았던 것은 카메라 풀레시용으로 용량은 많지만 필터용이 아니라 온도 상승에 문제가 있다고 합니다. 수정하는 김에 이것도 고치는 것이 좋겠네요. 여러가지로 수고 많으시고, 감사드립니다.

몇가지 조언을 드립니다.

출력트랜스 1차 임피던스: 5K 정도로 잡아주면 3.5K로 잡아 주었을 때와 비교하여 출력은 약간 줄어들지만 디스토션은 개선됩니다.

바이어스: 고정바이어스와 자기바이어스는 장단점이 있어서 어느 것이 더 좋다고 하기는 힘듭니다.  자기 바이어스가 만들기도 쉽고 동작도 잘 하지만 B 전압이 바이어스 전압 만큼 높아집니다.  또 자기 바이어스는 출력관이 자동적으로 보호됩니다.  양극 전류가 커지면 바이어스 전압도 증가하기 때문에 양극 전류가 자동적으로 조절되는 잇점이 있습니다.

고정 바이어스로 하면 양극 전압은 대략 350V 정도로 하면 되니까 전원회로 만들기가 쉬워집니다.  평활 콘덴사의 내 전압도 400V 나 450V 정도면 됩니다.  다만 이 때는 양극 전류가 과대하게 흐르게 되는 경우 출력관을 보호하는 장치가 없게 됩니다.  또 한가지 RC 카풀인 경우 출력관 입력측과 드라이버 관을 결합해 주는  카플링 캪이 너무 크고 그릿드 리크 저항값이 너무 크면 모타보팅 현상이 일어날 가능성이 있습니다.  이 점을 유의해 주시면 별 문제 없이 동작합니다.  

고정 바이어스 때 캐소드에 10옴 1/8W 저항을 접지해 주면 이 저항이 휴즈의 역할을 하면서  출력관 보호기능도 하고 양극 전류를 측정할 수 있는 장치도 됩니다.  이 저항 양단의 전압을 재면 양극 전류를 알수 있습니다. (즉 1V가 걸리면100mA)

싱글 암프 회로 구성에 대한 생각:

진공관 전성시대의 문헌들을 참고해서 이상적(?!)인 회로 구성을 생각해 보았습니다.

초단을 CF로 구성하고 정압 증폭단을 거쳐 또 다른 CF를 설치, 이 CF는 출력관과 직결한다

이런 구성에서 초단 CF는 소위 소스 인디펜던스를 실현하기 위함입니다.  즉 입력 소스의 출력임피던스에 관계없이 암프 동작을 최적화 하려는 시도로 바퍼 암프를 설치한 것입니다.  출력관 입력측에 CF를 직결하는 것이 문헌들에서 권고하는 방법입니다.  그 정확한 이유는 잘 모르겠는데 과거 회로에 이를 채용한 경우는 많습니다.  Mac 275 암프도 그렇고 곤도의 8만불 짜리 211 싱글도 그렇습니다.

제가 만든 36LW6에서도 6EM7의 3극관 한 쪽을 (Low Mu) CF로 변경했습니다.  그러나 직결은 하지 못하고 RC카플링으로 했는데 이렇게 하니까 고역 특성이 약간 개선되었습니다.  다만 이렇게 하면 전체 이득이 부족하게 되는데 입력감도를 희생하는 차원에서 만족하고 있습니다.  6EM7의 다른 3극관 쌕션은 증폭도가 68(?) 정도로 높아서 웬만한 소스는 사용에 전혀 문제가 없습니다.  그렇지만 NFB는 걸어 주기가 힘들게 됩니다.  충분한 이득이 없기 때문입니다.  무궤환 암프가 목적이라면 물론 아무 문제가 없습니다.