3극관, 5극관 그리고 초3결 (II)

조회 수: 1732, 2014-01-14 10:39:05(2014-01-14)

필자가 더 계속하기 전 분명히 지적해 둘 것이 있다.  필자가 이 글을 쓰는 이유는 초3결을 폄훼하려는 것이 아니다.  반대로 필자는 이 회로의 발명자인 가미조 상의 실험정신을 높이 평가한다.  우리나라 오디오 애호가들 중에도 이런 실험과 도전정신을 가진 사람들이 많이 나왔으면 하는 바램이있다.

 

각설하고… 앞서 언급한 대로 필자의 의문은 초 3결 회로가 통상적 5극관 싱글, 그리고 3결한 5극관싱글, 초3결한 5극관 싱글을 비교했을 때 어느 만큼의 성능향상을 볼 수 있는가에 있었다.

 

인터넷에서 이 초3결 회로에 대한 오디오 애호가들 간의 논의를 모아 놓은 싸이트를 본 적이 있다. 회로의 성격에 대해 어떤 사람은 롭틴 화이트 회로와 비교하기도 하고  또 다른 사람은 SRPP회로와 비교하기도 하지만 이런 지적들은 별로 적절한 코멘트는 아닌 것 같다.  하여튼 공통된 의견은 이 회로를 구현시켰을 때 저역이 확장되는 것을 느낄 수 있었다는 것이고 혹자는 KT88 싱글을 구현시켰을 때 출력이 2W에 그쳤다는 불평을 늘어 놓은 사람도 있었다.

 

여기서 저역이 어느정도 확장된 느낌을 받았다는 주장은 어느정도 수긍이 가는 주장으로 보인다. 거의 100%에 가까운 피드백으로 인해 출력관의 양극저항이 대폭 감소했다면 당연히 약간의 저역확장은 기대해볼 수 있기 때문이다.  KT88 싱글로 겨우 2W 밖에 얻지 못했다는 보고에 대해서는 그 이유가 불분명 하다고보인다.  여기서 한가지 의문은 이런 것이다.  

100%에 가까운 피드백으로 인해 출력관의 증폭율은 최대 1.0이다.  그렇다면 출력관 입력전압과 출력전압은 같다는 이야기 인데…  이런 경우 가령 출력트랜스의 1차임피던스가 3.6Kohm 이고 2차가 4ohm 이면 출력트랜스의 권수비는 30:1이 된다.  이 경우에 출력이 8W라면 4옴 부하에 걸리는 전압은 8V피크 이고  1차에 유기되는 전압은 240V 피크가 된다.  즉 전압스윙이 480V나 되는데… 이 때 출력관 그릿드 바이어스가 –50V 정도라면 이 출력관은 어떤 모드로 동작할까 하는 의문이 생긴다.

 

이런 의문을 뒤로 하고 우선 간단한 회로를 꾸며 시험을 해 보기로 하였다.  가지고 있는 5극관 중 26LW6를 선택하였고 초 3결용 피드백과 전압증폭용으로 6EM7을 골라보았다.  26LW6는 칼라TV용 수평출력관으로는 가장 큰 진공관에 속한다.  양극 손실이 40W급이지만 약간의 남용은 거뜬히 견디어 내는 듬직한 진공관이다.  강기동 박사님께서 이 진공관의 3결 특성을 이 싸이트에 올려주신 적이 있다.  이에 따르면 3결시 내부저항은 520옴 정도로 300B에 비해 약간 작은 편이며 증폭율은 4 정도로 300B와 비슷하다.  직선성도 300B에 비해 결코 뒤진다고 할 수 없는 좋은 진공관이다.  꽤 오래전 어느 오디오 잡지에 6LW6 PP로 150W를 뽑아낸 암프 제작기사가 실린적이 있다고 한다.  그바람에 개당 5불 정도 하던 싸구려가 개당 25불 정도로 가격이 치솟았다고 한다.  얼마전 필자도 26LW6 3결 PP 제작기사를 이 사이트에 올린 적이 있다.

 

6EM7은 쌍 3극관이지만 두 유니트가 매우 다른 3극관들이다. 하나는 고 증폭율 3극관이고, 다른 하나는 저 증폭율의 3극관인데  이 유니트는 양극 손실이 10W 나 되어 출력관 으로도 손색이 없다. 이 실험에서는 고 증폭율 유니트를 전압증폭관으로 사용하고 저 증폭율 유니트를 초 3결 회로의 피드백 패스에 넣어 보았다.

 

별도사진에 실험용 회로를 올렸다.  초단의 전압증폭관 V1은 초3결 부궤환 3극관 V2의 그릿드에 직결로 되어 있다.  초 3결 부궤환 관은 캐소드 훨로워로 동작하는 셈인데 그 부하는 CCS로 되어 있다.  출력관 V3는 통상적 캐소드 접지 5극관 회로이다.  전압증폭부의 출력 전압은 거의 100V에 달해 이 암프의 드라이브에는 큰 문제가 없다는 것을 확인하였다.

 

이 회로에서 V2의 양극을 B+에 연결하면 보통의 5극관 싱글 암프가 될 것이다.  초 3결 회로에서는V2의 양극이 출력관의 양극에 연결된 형태로서 V2의 양극저항과 CCS가 일종의 볼트에이지 디바이더가 되어 있는 꼴이다.  이렇게 되면 출력전압이 V2와 CCS로 구성된 볼트에이지 디바이더로 분압된 전압이 출력관의 그릿드에 공급된다.  그런데 V2의 양극저항은 1Kohm 도 채 되지 않는 반면(6EM7의 경우 750 Ohm 정도) CCS는 수백 Kohm 에서 Meg ohm 정도가 되어 대부분의 출력전압은 출력관의 그릿드에 궤환되어 거의 100% 피드백이 되는 것이다.  초 3결 회로를 드라이브 하는 방식은 여러가지가 있지만 여기서는 설명을 생략한다.  자세한 내용은 원 사이트에 가면 볼 수 있다.

 

초 3결 시험을 하기 전에 우선 V2의 양극을 B+에 연결하여 실험회로를 통상적인 5극관 싱글 회로로 배선해 놓고 출력을 재 보았다.  공급전압은 300V 이지만 셀프 바이어스로 바이어스 전압이 거의 50V를 상회하니 양극전압은 250V 가 채 못되는 셈이다.  스크린 그릿드 는 바로 B+에 연결하였으니 스크린 그릿드 전압도 대략 250V 정도가 된다.  실제로는 양극에 출력트랜스 직류저항으로 인한 전압 강하가 있어 양극전압보다 약간은 높다.  이 경우 스코프로 출력파형을 관찰 했을 때 찌그러짐이없는 파형의 전압은 4ohm 부하 때 최대 5V 가 되었다.   이 때 출력은 3W 가 조금 넘는다.

 

같은 회로에서 V2의 양극을 B+가 아닌 출력관의 양극에 연결해 주어 초3결 회로를 구성하고 같은실험을 반복하였다.  역시 찌그러짐이 생기기 직전 최대 출력전압은 전과 동일하다. 대략 3W가 조금 넘는 출력을 얻었다.

 

마지막으로 V2의 양극을 B+ 연결하고 출력관의 스크린 그릿드를 출력관 양극에 연결하여 출력관을 3극관 접속으로 변경하였다.  이 경우 약간 더 큰 출력을 얻었다.

 

위에 기술한 3가지 경우 모두에서 출력을 1W로 조절하고 각각 100Hz, 1KHz, 10KHz 의 방형파 응답파형을 관찰하여 보았다.  세 경우의 방형파 사진을 올려본다.  첫번째가 5극관 싱글, 두번째가 초3결, 세번째가 3결한 5극관 싱글의 경우로 각각100Hz, 1KHz, 10KHz의 방형파 응답파형이다.

 

여기서 볼 수 있는 대로 초 3결의 경우 5극 출력관에 비해 저역특성의 개선을 볼 수 있다.  그러나 통상적 3극관 결합도 이와 별 차이를 볼 수 없었다.  더구나 고역특성은 초 3결 보다 오히려 보통의 3극관 결합의 경우가 좋아 보인다.  초 3결이나 보통의 3극관 결합회로나  적어도 주파수 특성에 관한한 별 차이가 관찰되지 않았다.

 

이런 현상은 초 3결의 원 발명자가 만든 암프의 성능에서도 어느 정도 느낄 수 있다고 본다.  가미조상의 사이트에 가 보면 그가 만든 여러 종류의 초 3결 암프 제작기사를 볼 수 있는데 그가 올린 주파수 특성들에는 별 특이점이 보이지 않는다.  필자가 실험에 사용한 출력트랜스는 고역특성이 별로 신통치 못한 출력트랜스다.  필자가 직접 감은 출력트랜스 인데 갭이 없는 경우 누설인닥탄스는 4mH 가 채 되지 않는다.  갭을 넣고나니 누설인닥탄스가 4.5mH 로 증가하였다.  그러나 부유용량이 제법 큰 모양이어서 고역특성은 방형파가 시사하는 대로 별로 좋지 못하다.

 

초 3결 회로나 5극관의 3결 싱글이나 저역특성에 있어서 별 차이가 없는 것은 아마도 한계효용의 법칙 같은 것 때문이 아닐까 생각해 본다. 초 3결로 수십 Kohm 의 출력관 내부저항이 100ohm 미만으로 감소 했다고 하지만 통상적 3극 관 결합만으로도 26LW6의 경우에는 520ohm 정도가 되어큰 차이를 볼 수 없는것 같다.  

결론적으로 초 3결 회로는 아마도 트랜지스터 회로에 적용한다면 좀더 효과가 클 것 같다.  그렇지만 5극관 싱글 회로에 적용할 경우 보통의 3극관 결합에 비해 두드러진 성능의 향상은 크게 기대할 수 없어 보인다.  어떤 사람들은 초 3결 회로를 2A3 같은 3극관에도 적용하는 것을 보는데 여기서 무슨 성능의 향상을 기대할 수 있겠나 하는 의문이 든다.

 

또 한가지 초 3결 회로에서 보는 스톱퍼 다이오드와 리네어라이저 다이오드는 그 기술적 근거를 찾을 수 없다.  필자의 의견으로는 전혀 기술적 근거가 없어 보인다.  하지만 크게 비용이 드는 것도 아니니까 시험해 보는 것은 무방할 것이다. 그렇지만 선입감을 가지고 대하면 근거 없는 결론에 도달할 수가 있으니 조심해야 할 것이다.  

(끝)