DHT SET 암프의 출력관 점화문제

글쓴 시간: 2012-07-09 15:53:27 

DHT SET 암프의 출력관 점화문제

강 오엠께서 제안 하신 808 암프가 가장 중요한 부품인 출력트랜스 문제로 약간 답보 상태에 있는 것으로 보인다.  그러나 이 문제는 극복할 수 없는 어려움은 아니고 결단만 내리면 언제고 해결될 문제다. 그러니 조속한 시일 내에 암프의 제작이 본격적으로 시작될 것이라고 본다.

제2 고조파 우세형 암프를 만드는 것과 같은 좀더 근본적인 문제는 강오엠께서 이미 접근하고 계시니까 나머지 소소한 문제들을 생각나는 대로 정리해서 실제 제작에 대비해 볼가 한다.  이런 의미에서 먼저 출력관 필라멘트 점화 문제부터 짚어 보겠다.  특히 요 밑의 이성철 오엠께서도 지적하셨듯이 이 문제는 암프의 “험”의 문제와 직결된다.  그리고 808이 아니더라도 100TH, 혹은 845, GM70 등등 DHT 진공관을 사용해서 SET 암프를 제작하는 경우에도 같은 문제에 봉착하게 된다.

험의 문제:

암프의 제작기사에는 “험”의 문제를 잘 다루지 않는 경우가 있지만 특히 SET암프, 그중에서도 무궤환 암프는 가장 골치거리의 하나가 이 험을 최소한으로 줄이는 문제다.  특히 SET암프에서는 전원부를 통해 들어오는 험을 상쇄주는 장치가 없다보니 이를 줄이는 것은 그리 간단치가 않다.  일점 접지등등 알려져 있는 배선 요령들을 다 적용해 보아도 계속 골칫거리로 남는 경우가 많다.

얼마전 필자가  제작한 845 싱글의 경우 음악이 나오고 있는 때는 잘 못느끼지만 일단 음악 신호가 없어지면 성가실 정도로 험이 크게 들린다.  이 문제를 해결해 보려는 동기에서 인터넷도 뒤져보고 이것 저것 해 볼수 있는 방법을 생각하게 되었다.

암프에서 험의 원천은 필라멘트 전원일 터인데 출력관이 직열관이다 보니 점화방법에 따라 험의 정도가 달라질 것이다.  여기서는 우선 이 문제부터 이야기 해보자.

직열 출력관 점화방법:

대략 세가지로 대별해 볼 수 있을 것이다: AC 점화, DC점화 그리고 RF점화.

AC점화는 더 설명이 필요 없을 것이다.  이것이  옛날 기기에서 쓰던 방법이다.  험을 줄이는 장치는 소위 험발란서 밖에는 없다. 이 방법은 어느 정도까지는 험을 줄일 수는 있으나 실제 회로에서 완전제거는 매우 어렵고 또 조정이 까다로운 모양이다. 그리고 출력관의 증폭도가 비교적 높은 경우에는 더욱 더 “험” 의 영향을 받게된다.  

DC 점화는 정류해서 DC를 공급하는 방법인데 잘 구현하면 효과가 좋은 것 같다. 여기에 정전압 소스 혹은 정전류 소스를 덧 붙이기도 한다. 흔히 두 방법 중 정전류소스로 하는 것이 유리하다고 하는데 필자도 이에 동의한다. 이 방법은 정전류 소스 자체가 높은 내부임피던스로 인해 격리되는 효과가 있을 것이라고 생각된다.

정류회로는 흔히 실리콘 부릿지 정류기에 용량이 큰 전해콘덴사를 붙여 놓은 회로가 대부분인것 같은데 이것은 상당히 좋지 않다고 한다.  필자도 별 생각 없이 이 회로를 사용하고 있는데 암프 출력단자에 적정한 부하저항을 달고 잡음신호의 파형을 관찰해 보니 60Hz (혹은 120?)의 험에 정말 지저분한 신호들이 덧실려 나오는 것을 볼 수 있었다.  이것을 피하려면 정류에 쇼트키 다이오드로 부리지를 만들어 정류하고 LC휠터와 CMC휠터롤 사용하라는 것이다.  필자가 보기에도 이 방법이 좋을 것 같다.  우선 적당한 CMC휠터부터 달아볼 생각이다. 그리고 정류기도 교체하는 것이 좋을 것 같다.

RF점화는 20KHz를 훨씬 상회하는, 예를 들어 100Khz 정도의 전원으로 점화하는 방식인데 몇가지 짚어보고 구현해야 할 것이다.  먼저 이것으로 필라멘트의 국부가열 문제는 없을까?  필라멘트 자체의 인닥탄스 문제는 어떨가?  고주파 에나지의 누설문제는?  그리고 다른 디지털 기기들과의 간섭문제는 없을까?  등등의 문제를 고려해 보아야 할것이다.  인터넷을 뒤져보니 몇사람들이 해 본 모양인데 음질이 개선되엇다는 사람도 있고 그렇지 않다는 사람도 있어 결론은 불분명하다.

언젠가 강 오엠께서도 지적하셨듯이 DC점화의 경우 진공관 내부에서 필라멘트를 따라 전계의 그래디언트가 생기게 되어 방사된 전자의 분포가 불균일 하게 되고 그래서 진공관 수명이 단축되지는 않을까 하는 염려가 있었다.  그런데 가만히 생각해 보니 순간적으로는 AC점화를 하든 RF점화를 하든 이 문제는 상존하는 것이 아닌가 하는 생각이든다.  그리고 필라멘트가 진공관 하부에서 시작하여 상부에서 꺾여 하부로 내려가는 구조라면 전계의 크기가 평준화 되는 경향이 있지 않나 하는 생각이 드는데 그렇다면 방사되는 전자의 분포도 어느 정도 균일하게 될 수도 있을 것 같다.  진공관의 구체적 구조는 아마도 강오엠께서 잘 아실 것이다.

여하튼 이 문제는 피할 수 없는 것 같은데 RF점화를 쓴다면 필리멘트의 수명에 대한 걱정은 완화될 것이다.  당장에는 DC점화가 제일 실제적으로 보이는데 수명이 걱정된다면 DC 전원의 극성을 전원 스위치와 연계하여 바꾸어 주면 해결될 것이다.  즉 암프를 켤때마다 극성이 바뀌도록 하면 오랜기간 평균적으로 되어 수명에 지장이 없게 될것이란 생각이겠다.

필라멘트 회로 배선 방법:

AC점화의 경우 A전원 트랜스의 중간 탬을 캐소드로 생각하여 사용하거나 함발란서의 축을 캐소드로 사용하는 것이 일반적인것 같다.

DC점화인 경우 필자의 경우 50옴 정도의 저항 두개로 인위적인 중간탭을 만들어 캐소드 단자로 썼고 필라멘트 의 양 다리를 모두 바이패스 하였다.  인터넷에서 본 사레인데 필라멘트의 +단자에는 바이패스 콘덴사를 접지하고 – 단자에는 캐소드 저항을 접지한 사례도 보았다.  재미있는 착상인것 같다.  808 암프 회로는 어떻게 했는지?  이런 소소한 부분들은 제작시 측정을 해 보면서 결정해 나가는 것이 좋을 것 같다.

YM: 808 시작할때 강박사님의 캐소드 점화를 ac 혹은 dc로 할것 인가에 대한 글도 있어 유심히 보았습니다만, 2a3 앰프때는 dc 점화후 함 발란서로 최소화 시켜 무신호시에도 들을만 했었는데, 845 경우는 쵸크에 C도 30,000uF 로 키워가며 잡아 보려고 했는데도 신경이 너무도 거슬려 결국은 능률이 떨어지는 스피커로 전환해서 듣습니다.

정선배님의 스위칭 회로 전원을 사용해 보라는 지도를 받았으나 아직 시험을 못했습니다

A: "험"을 잡으려 한다면 먼저 그 소스가 어디인가를 알아야 합니다. 먼저 출력단자에 작은 스피커를 연결해 놓습니자. 그리고 입력단자를 접지해 둡니다. 입력단자에 짧은 실드선을 연결하고 실드선 양단을 쇼트시키면 됩니다.그리고 출력단부터 시작하여 그리드를 접지하고 스피커를 들어 봅니다.

스피커 대신 4옴 혹은 8옴 다미로드를 연결하고 스코프로 파형을 보셔도 됩니다. 그리드 접지는 고정바이어스인 경우 그냥 접지하면 큰일이 나겠지요. 출력관에 대 전류가 흘러 양극이 빨갛게 달아 오를 수도 있겠지요. 이런 경우 DC접지를 하면 안됩니다, AC접지를 해야 하는데 캐패시터 1.0 혹은 0,5 정도 내압이 충분한 것으로 접지 시키면 됩니다. 그렇게 해 놓고 각 증폭단을 출력단부터 시험해 보면 어디서 부터 나오기 시작하는지 알 수 있습니다.

본인의 경우 845의 그리드를 1.0 마이크로로 접지한 다음 스피커를 귀에 대고 들어도 될 정도로 조용합니다. 드라이버 단 까지도 조용했습니다. 문제는 초단에서 발생하고 있군요. 그래서 로칼 휘드백을 시도해 보았습니다. 휘드백을 걸기 전에는 수백 밀리볼트 정도의 잡음이 수십 밀리볼트로 떨어지는군요. 그런데 본인의 경우 한쪽 챤넬이 더 큰 문제 입니다. 다른 챤넬은 휘드백이 없이도 휘드백을 걸어준 챤넬과 비슷한 레벨의 잡음이 나네요. 아마 부품중 나쁜 부품이 있는 것 같기도 합니다.

그런데 이런 테스트는 휠라멘트 전원 잡음뿐 아니라 B전원 잡음까지도 테스트 하는 셈이니 정확한 원인을 알려면 A전원에 AC성분이 얼마나 새 나오는지를 알아야 합니다. B전원도 리플이 얼마나 나오는지 재보는 것이 좋은데 고압이니 매우 조심해야 합니다. 먼저 저항 두개로 전압을 스텝다운 시키고 캐패시터로 DC를 차단시키고 AC성분만 스코프로 보시면 되겠지요.

그런데 30,000 정도에 쵸크까지 썼는데 험이 없어지지 않는다면 아마도 845때문은 아닐것이라는 생각이 드네요. 아마도 입력 증폭단에서 나올 가능성이 큽니다. 845 그리드를 1.0혹은 0.5 등등의 커페시터로 접지하고 들어 보세요. 계속 잡음이 들리면 B 전원 평활회로에 용량부족일 수도 있습니다. 싱글은 전원부가 매우 좋아야 합니다. 본인의 겨우 1,000마이크로에 오일을 80마이크로 병렬로 연결해 두었습니다.

하여튼 싱글은 '험'이 골치아픈 문제인데 지금까지 "험"이 가장 적은 암프는 6BL6싱글로서 전원부는 강오엠께서 제작하신 SMPS입니다. 이것은 B전원까지 모두 공급하는데 RF점화는 아닙니다. 그런데 '험'이 귀신같이 시라지는 군요. 입력단자를 접지하고 작은 스피커를 연결하고 들어보면 전혀 아무 소리도 안들립니다. 이것은 강오엠께서 20년도 더 전에 만드신 것인데 출력 부분만 고압 400V 와 6.3V가 나오도록 개조한 것입니다. '험' 에 관한한 종결자로 보이네요.

본인이 만든 845싱글은 지겹도록 무겁습니다. 달아 보지는 않았지만 아마도 100파운드가 넘을 것 같네요. 80 마이크로 오일이 두개 들어 갔는데 이놈이 실상 고압트랜스 보다도 무겁습니다. 여기에 전원트랜스가 2대 쵸크가 4개 필라멘트 트랜스가 별도로 두개 등등. 그래서 이번에 손 댄김에 어떻게든 험을 잡아볼려고 단단히 마음을 먹었습니다.

문제는 양 챤넬이 대단히 틀리다는 점입니다. 동일한 회로 인데도 말입니다. 입력을 접지하고 출력의 잔류노이스를 스코프로 보면 한쪽은 40mV PP가 좀 넘는 60Hz 사인 웨이브가 나오고 다른 쪽은 랜덤한 파형으로 10MV PP이내의 파형이 보입니다. 한참 씨름을 하다 보니 결국 필라멘트 정류회로에는 아무 이상이 없다는 결론을 내리게 되었습니다. 진작 알아챠렸어야 했는데 60Hz 가 보이는 것을 이상하다고 느끼지 못한 것이 문제였습니다. 필라멘트 양 다리를 모두 스코프로 관찰해 보니 깨씃한 (?) 120Hz 리플이 보이네요. 대략 40mV정도의 리플로 양챤넬 동일합니다. 이것은 출력관 그리드를 AC접지하고 관찰한 결과들 입니다.

그제서야 깨닫고 그리드를 직접 관찰해 보니 그릿드에 60Hz의 깨끗한(?) 험이 보였습니다. 접지에 사용한 캐패시터가 아직도 작았던 모양입니다. 이 회로는 입력트랜스를 사용하고 있었기 때문에 이번에는 입력트랜스의 2차측, 즉 출력관에 연결된 쪽을 쇼트해보니 출력에 나오던 60Hz 험이 사라져 버리네요. 문제는 입력트랜스가 전원부의 트랜스 중 한 놈에서 누설되는 자속선을 픽업하고 있는 것 이었습니다. 입력트랜스 부착용 스크류 등을 풀고 입력트랜스를 좌우로 약간 회전시켜보니 험이 조금 줄었다 늘었다 하네요. 양 챤넬이 달랐던 이유가 이것 이었습니다.

그러니 808 제작시에도 입력트랜스의 자기쉴드에 신경을 좀 쓰셔야 하겠습니다. 원인은 찾았지만 이 와중에 전원트랜스 하나를 태워 먹었네요. 실수였는데 감전 안당한 것을 다행으로 여겨야 할 것 같습니다.

YM: 저도 스코프로 리플만 보고 C 용량만 키웠습니다. 그 외는 트랜스를 쉴드시킬 깡통을 구하러 다녔지요. 그리고는 출력단에서 입력 측으로 거슬러 올라 가면서 드라이버를 대고 어디서 험이 증폭이 되나를 보았는데, 이번 정선배님 하시는것을 보니 트랜스 자계의 영향이 오묘하다는 생각이 듭니다.

그런데 저는 1,000V 나 흐르는 회로에 손대는것이 겁납니다. 아무것도 모를때 TV 브란운관에 손댓다가 안죽은 다음부터는 .....

A: 845는 증폭도가 비교적 낮은 관이라서 필라멘트에 약간의 리플은 그리 큰 영향을 주지는 않는 것 같네요. 리플 전압이 20mV내외 정도 된 것 같은데 출력에는 나타나지 않았습니다. 입력회로의 접지. 평활회로 등에 더 신경을 쓰시는 것이 도음이 될 것 같습니다. 다만 본인의 경우 필라멘트 정류회로에 L을 넣었습니다. 

인닥탄스가 얼마나 될지 몰라도 12V 300mA 도란스 망가진것을 분해하고 굵은 선을 감을 수 있는 만큼 감아 급조한 쵸크입니다. 하여튼 없는 것 보다는 나을 것 같아서 써 보았습니다. 참고로 누설 자속이 심한 트랜스는 한국에서 감아온 것으로 5V 2A가 두게 나오는 것인데 왜 그런지는 모르겠네요, 하여튼 모종의 조치를 취해 보려 합니다.

간단한 실험을 해 보았습니다. 본인이 가지고 있는 12V 300mA 작은 도란스 일차측 (혹은 권수가 많은 권선에) 에 스코푸 푸로브를 물리고 이 작은 도란스를 시험해 보려는 트랜스 가까이 접근 시키며 파형을 관찰해 보았습니다. 이 작은 트랜스가 일종의 자력선 픽압인 셈인데 그런대로 도란스에서 어떻게 자속선이 누설되는지 볼 수 있습니다. 몇개의 도란스들을 조사해 보았는데 대략 대소동이 합니다. 폿팅 되어 잇는 도란스들은 조금 나을 줄 알았는데 별 차이가 없네요. 도란스 2차측에 부하를 걸거나 안걸거나 큰 차이가 보이지 않습니다.

YM: 이론적으로는 분명히 차이가 있어야 하는데 변화가 없으니 저 같은 경우는 난감해 집니다. 이것이 실력 차이 입니다.

다음 정선배님의 조치가 기다려 집니다. 이래서 배우는 것입니다.
그래도 기계전공한 사람이 무슨 말인지 아는 것만도 관심 있어서 아는 것일것이거요.
회사에서는 기계한 사람은 약전이나 강전이나 무조건 모른다고만 합나다.

A: 우선 이 오엠이 쓰신 회로에는 IPT가 없으니 누설자속 픽압 문제는 없겠지요. 그러나 6SL7을 증폭도가 비교적 높은 진공관입니다. 출력단 보다는 초단관에서 유입되는 험이 클 것입니다. 첵크 리스트를 만들어 하나하나 첵크해 보세요. 

먼저 전원부: A 전원, B전원의 평활 회로들을 점검해 보시고 전원회로에서 누설 자속등이 초단관에 영향을 끼치는지 여부도 살펴 보십시요. 출력단, 드라이버단, 초단의 증폭부 등등의 그릿드를 AC접지 했을때 계속해서 같은 정도의 험이 들리면 이는 B전원의 평할부족일 수가 있습니다. 싱글 암프에서는 PP회로 처럼 출력단에서 상쇄작용이 없어서 좀 더 철저한 평활회로가 필요합니다. 가능하면 2단 평활을 해 보십시요.

초단에서 함이 유입되는지 여부를 확실히 보시려면 암프 입력을 쇼트시키고 드라이브단의 풀레이트에서 파형을 관찰해 보세요. 물론 플레이트에 고압이 걸려 있으니 캐패시터로 직류를 차단하고 푸로브를 대야 합니다. 스코프 자체내에 AC 카풀링하는 스위치가 있기는 하지만 조심스러우니 여부로 내압이 견딜만한 것으로 직류차단을 하는 것이 좋습니다. 그러면 험의 출처를 분명히 알 수 있겠지요.