출력 Trans -Extra

조회 수: 6352, 2015-07-28 01:56:34(2012-09-17)

 

“火星人이만든 Amp #5” 를 보완한 글입니다.

 

Transformer 이야기

Transformer 는 2 Way Device 로 적어도 2개의 권선이 있습니다,

하나는 Input 가 되고 나머지는 Output 가 됩니다. Output 에는 Load 가 연결 됩니다.

신호나 Power 의 흐름의 방향을 말하는 것으로 사용자가 정하는 것입니다.

( Auto Trans 는 공통되는 두 권선이 합친 상태 )

 

전원 Trans

110V AC input, 220V out put 의 Trans 를 예로 들면

– 미국에서 220V 용으로 만든 기계를 쓸려면 위의 Trans 를 사용 합니다.

꺼꾸로 한국에서 미국에서 쓰는 110V 용 기계는 110V AC 가 out put 가 돼서 

220V AC를 Input 로 연결 합니다. (bi directional)

220V/6.3V Trans 는 1차 220V때 2차 가 6.3V 가 된다는 것이고 1차에 220V 보다 낮은 200V 를 연결 한다면 Output 에는 6.3V보다 낮은 전압이 나옵니다. 250V 를 연결 한다면 이차 전압은 6.3V 보다 높게 나옵니다.

전원 Trans 는 Input 가 변하면 권선 비에 따라서 Out put 가 변합니다. 모두가 잘 아는 사실입니다.

Output (Load) 에 나오는 전압은 (권선비에 따라) input 가 정해줍니다.

 

Out Put Trans (OPT)

Output Trans 도 Input(1차) Output (2차) 가 있습니다.

권선 비 (Turn ratio), Inductance, Capacitance 등은 고정 특성이지만 Impedance 는 고정 특성이 아니고 교류 전류가 흘러서 만들어지는 정수로 Trans 자체 특성에는 Impedance 라는 것은 없습니다.

Input Impedance 는 Output (2차) Impedance 가 (권선비에 따라) 정해 줍니다.

여기서 Out put Impedance 는 연결하는 Speaker 의 Impedance 를 말합니다. 

전원 Trans 와 반대로 되여 있습니다.

더 혼동 스러운 것은 “권선비에 따라” 가 “권선비 제곱 에 따라” 입니다.

보통 OPT 규격이란 제조자가 추천하는 동작 조건에 지나지 않습니다.  Trans의 기본 정수인 권선비는 표시 안하고 제조자가 Impedance 를 고유 특성처럼 Spec 대신 사용 하고 있는 것 입니다.

같은 Audio 용 인 Interstage Trans 에서는 권선비와 때때로 1차 Inductance 로 규격을 표시 합니다.

 

3.4K/8 ohm 10W OPT 제작

그림을 추가해서 설명 합니다. 
재료는 일본 Kawasaki 제철의 Audio 용 C-core로 한국서 고급 OPT 에 쓰고 있는 것이라고 합니다.

 

 

1차 권선으로는 AWG30 선을 씁니다. 저의 권선 능력의 한계 입니다. AWG30은 최고 200ma 의 전류를 흘릴 수가 있어서 설계치 64ma 의 3배 이상의 여유가 있습니다. 저주파 특성을 좋게 하려면 inductance 값이 커야 함으로 가능한 한 최대로 감고 Core 의 Gap 으로 최종 값을 정합니다. 

Core 손실을 무시한다면 1차 와 2차 권선 ”구리” 의 체적은 같아야 합니다. 그러나 실질적으로 Trans 에서 이들의 체적비는 1차는 가는 선으로 감기 때문에 60:40 정도가 됩니다. 1차 2차 1차 2차, 4층 구조로 감기로 합니다. 

Bobbin 이 2개 라서 위로 4층 옆으로 2분할 – 실질적으로 8층 구조와 비슷 합니다. 
1차는 설계치 3.4 Kohm, 2차는 8 ohm 로 합니다. 저는 8 ohm 하나만 있스면 됩니다. 8 ohm 권선 중간에서 윗 층으로 이동 할 때 나오는 선 (몇 ohm이 되던 상관 없습니다) 이 외부에 나옵니다. 
저는 항상 정열권선-整列捲線 에 Full Layer Winding 을 지킵니다. 안 쓰더라도 Tap으로 내기로 합니다.
이상이 저의 Trans 권선 Spec 입니다.

 

사용 선의 굵기
1차선 굵기는 이미 정해 졌고 2차에서 제일 굵은선은 4 ohm 선입니다.
이 선으로 2차를 전부 감기로 합니다. 저의 설계 방법입니다.
10W 기준으로 W=I x I x R 식을쓰면 I=1.58A
두개의 Bobbin 의 연결은 일차는 직열, 이차는 병열로 합니다.
따라서 2차선 전류는 위의 1/2 이 됩니다. 1.58A/2=0.79A 
아래의 권선표에서 AWG#23 을 선택 합니다

 

 

1차 권선은 최대 몇번 감을수있나 ? -

어쨋던 1/3 은 1차 권선으로 채워야 합니다. 
AWG30 선으로 6층을 감아 보니 감을 수 있는 높이의 30% 가 되고 권수는 1137 였습니다.. 

여기서 30% 예측 자체가 주먹 99 식이지만 주어진 공간을 제대로 채우는데 매우 중요합니다. 

잘못 예측/판단하면 다시 시작 해야 합니다. 그러나 중요한 권선 Data 는 얻어 집니다.

40%의 높이를 2차 권선에 주고 나머지 30%는 다시 1차를 감게 됩니다. 
두 Bobbin 의 총 1차 권선수는 4548 turn 이됩니다. 첫번 Data 가 나왔습니다.
4548 Turn 이 3.4 Kohm 일때 8 ohm 권선수를 알아봅니다. 

Impedance 비 는 권선비의 제곱 입니다.

Z1/Z2=(N1/N2)x(N1/N2)

Z1=3400, Z2=8, N1=4380, N2= ?, 답은 N2= 220.8

2차는 221 turn 이 되고 둘로 갈라서 감는데 꼭 1/2로 할 필요는 없고

일단 #23으로 감아 보고 결정합니다. – 감으면서 설계 -

2층을 Full 로 감아서 174 Turn (x-turn)이 됐습니다. 한층 만으로는 반이 안됩니다.

모두가 Full Layer Winding 의 정열 권선 (整列捲線)입니다. 그대로 쓰기로 합니다.

4층은 221-174=47 turn (y- turn) 이 됩니다.

Trans design 끝!!

최후 조립에서 Gap 을 조절해서 1차 Inductance 가 24 Henry 가 되도록 했습니다.

2차선 중간 Tap “X” 의 Impedance 는 (174/221)제곱 = X/8

X=4.96 ohm ---- 4 ohm 이 아니고 5 ohm Tap 입니다. 이 Tap 에 4 ohm speaker를 연결 한다면

출력관은 어떤 Load Impedance 로 동작 하는지 계산해 보십시요 .

 

병열 연결

여기서 2차는 병열 연결입니다.

두 권선을 병열 –Parallel- 할 때 반듯이 똑 같은 조건의 권선 을 써야 합니다.

권선수 만 같다고 해도 굵기나 권선 위치에 따라서 특성이 미소 하나마 달라 집니다.

Trans 의 권선은 일종의 발전기 입니다. 
Audio Trans 는 20-20Khz 를 취급하기 때문에 한 주파수 60Hz 만 취급 하는 전원 Trans 하고는 조건이 다릅니다. 반듯이 Bifilar (두선 같이 감는 것) 방식을 쓰도록 합니다. 두 권선의 기전력이 다른 경우 권선 내에 외부에서 알 수 없는 순환 전류가 흘러서 Trans 를 가열합니다.!!!

또한 가장 알아야 될 것은

2개의 같은 권선을 병열로 연결해도 그 값이 달라지지 않습니다.

Battery 두 개를 병열 연결 하는 것과 같습니다. 달라 지는 것은 전류 용량이 2배가 됩니다.

 

Push Pull 용 Trans

2개의 Bobbin 을 사용하기 때문에 Push Pull 용 OPT 만드는데 편리한 구조 입니다. 1차 권선의 중간이 Center Tap 이 되고 여기에 Plate 용 고압 B 전원을 연결 하면 됩니다.

1차 권선수가 반이 됨으로 2차 권선 는 위 SE Trans 와 같은 방식으로 다시 계산합니다.

같은 양의 직류가 반대방향으로 흐르기 때문에 포화 방지용 Gap 은 필요 없습니다.

따라서 1차 Inductance 는 커집니다. SE Trans 에 비해서 1.5-2배의 전력을 취급할 수가 있습니다.

 

Speaker 의 Impedance 와 출력관 Load Impedance.

 

 
앞에서 Speaker 의 Impedance 가 출력관의 Load Impedance 를 정해 준다고 설명 했습니다.

 

전번에 3.4K 와 6.3K – Speaker 대신 2차 Load 에 저항을 연결해서 출력단 설계를 했습니다. 그런데 위 표 에서 보는 바와 같이 실제 Speaker Impedance 는 일정하지가 않고 저역에는 큰 Peak가 있습니다.

여기서는 또한 최저가 9 ohm 인데 공식 Impedance는 8 ohm 으로 나와 있습니다.

- 도대체 뭘 보고 공식으로는 8 ohm 라고 했는지 ?? 다른 Speaker 도 모두 이런 식 입니다.

 

이런 Speaker 를 연결해 놓고 출력관의 Plate Load 를 따지고 설계하는 것도 사실 웃기는 일입니다. OPT 의 주파수, Distortion 특성은 까다롭게 따지면서 여기에 연결하는 Speaker 는 적당히 4-8-16 으로 잡고 있습니다. Speaker 특성에는 공식(추천) impedance 와 DC resistance 값도 나와 있습니다.

실제 speaker Impedance 에는 Inductive, Capacitive Reactance 가 포함되어 있습니다. 공식 Impedance가 실존치가 아니고 (주파수에 따라서 계속 변화) Reactive 요소 역시 권선비 제곱으로 출력관 Plate Load 에 전달되면 Plate Load 를 Resistance 로 대체해서 만든 설계는 의미도 없어지고 동작시에는 Load 선이 흔들리고 또 꾸부러집니다.

Speaker 연결도 적당히 6 ohm 은 4 나 8 ohm 에, 12 ohm 이면 8 이나 16 ohm 단자에 연결 하게 되여 있어 모두가 “적당히” – 엉터리 입니다. 2way, 3way Speaker 는 내부에 RLC 로 구성된 Network 가 들어 있어 더 복잡합니다.

 

Load 특성이 안 맞으면 Amp는 엉뚱한 동작을 하게 됩니다. Speaker , Amp 모두 제 특성이 안 나오게 되고 결국 좋은물건도 나쁘게 평가 됩니다. 궁합이 안 맞는다 고도 하고 마치 어린아이에 아버지 옷을 입혀 놓은 꼴입니다. Amp 에서 작은 저항 연결도 순수 저항이 아니라고 방향을 따지는 사람이 있는가 하면서  중요한 Speaker 연결/ matching 에는 관심이 없거나 무식 합니다.

 

기술적인 면에서 내용을 드려다 보면 “비도 안 오는데 우산 쓰고 다니고 눈이 안 오는 지방에서 자동차 에 Snow Tire 를 달고 다니는” 이런 식의 Amp 大家 도 자주 봅니다.

High End 진공관 Audio 는 이렇게 재미나는 세상 이기도 합니다.

 

본문에 2개의 Bobbin 권선 방법이 있습니다. 같은 권선을 병열 로 할때는 Impedance 에 변화는 없습니다

직열인 경우는 모든 권선을 합해서  전부가 한곳에 감겼다고 생각 하시면 됩니다 

3.4 Kohm 는 4개의 권선의 직열 연결한 값입니다.

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Speaker 를 "일류 Designer 의 의상", Amp 를 "일류 배우" 
개별 적으로는 최고 입니다.

둘을 합치는것을 생각하면 Amp/Speaker 연결도 같은 맥락 으로 볼수 있습니다. 

일류 배우라서 제대로 어울려서 최고로 멋있게 보일수도 있고 

아무리 일류 배우라도  옷이 안 맞고 어울리지도 않아 꼴불견 이 됄수도 있습니다

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