안녕하십니까? 정호윤입니다.
드디어 벼르고 별렀던 전단차동 PP 파워앰프를 만들었습니다.
국내에서는 거의 이야기되지 않는 구성인데, 용기를 내어 시도했습니다.
전단차동 PP 파워앰프는 모든 증폭단이 차동회로로 구성됩니다.
차동회로의 장점은 다음과 같습니다.
1. 잡음에 강하다.
- 차동회로의 특징 중 가장 큰것으로 두 입력에 들어오는 같은 형태의 신호를 지워버리는데, 이것을 동상제거라고합니다.
차동회로의 입력의 상은 서로 반대이며, 같은 상이 들어오면 증폭되지 않는데,
의도적으로 정상과 역상을 넣는 차동입력에 들어오는 동상 신호라면 잡음밖에 없습니다.
이러한 특징으로 장거리전송이 필수적인 프로오디오의 입력회로는 100% 차동회로로 구성됩니다.
장거리 전송 중 끼어든 잡음은 정상과 역상에 대하여 동상이므로 차동회로에서 이것을 지워주는것입니다.
2. 언밸런스-> 밸런스 변환(위상반전)의 정확도가 높다.
- 개별소자를 사용한 차동회로의 경우 언밸런스 입력을 밸런스로 바꿀 수 있는데,
이것을 진공관 PP회로의 위상반전에 적용할 경우 뛰어난 성능을 얻을 수 있습니다.
위상반전회로에서는 트랜스포머를 비롯해 고전형, 오토밸런스형, PK분할형, 멀라드결합형 등등이 있는데,
출력전압의 균형이 안맞는것부터 출력임피던스가 다르다거나하는 일은 거의 무시되고 사용됩니다.
하지만 같은 소자가 정전류회로의 전류량을 나눠 동작하는 차동회로의 경우 출력임피던스도 같고, 출력전압의 오차도 거의 없습니다.
단점이라면 정전류회로를 꾸며아하는 불편함 정도입니다.
전단차동 PP 파워의 큰 특징은 출력단까지 정전류회로를 사용한 차동회로로 구성하는것인데, 이로 인해 몇가지 큰 특징이 생깁니다.
1. 신호경로가 단순화됩니다.
- 기존 PP 파워에서는 신호가 케소드로 돌아오기위해서는 출력트랜스포머의 B선에 이어진 커패시터를 통해 접지로 떨어진 후
접지경로를 따라 흘러 케소드로 돌아가야했지만, 차동회로에서는 정전류회로 때문에 접지에서 케소드로 올라가는것은 불가능해서
건너편 플레이트를 통해 케소드로 돌아가게 됩니다. 접지 경로에 신호가 흐르지 않는 큰 장점이 있습니다.
2. 부하선 적용이 단순화됩니다.
- 정전류회로 덕분에 A급동작만 가능해지기 때문에 P-P 간 임피던스의 절반이 각 관의 1차임피던스가 됩니다.
5K PP 출력트랜스포머를 기존 PP에 사용하면 1.25K+1.25K로 놓고 부하선을 그렸었지만,
차동PP에서는 2.5K의 SE로 놓고 부하선을 그리게 됩니다.
3. 출력이 적습니다.
- 겉모양으로는 SE 파워를 두개 겹치는것과 비슷하므로 출력은 SE 때의 두배에서 두배를 조금 넘는 정도가 나옵니다.
출력관이 2A3이라 할때 일반 PP에서는 15W 동작예가 있지만, 차동 PP로 구성될 경우 5~6W 정도가 예상 출력이됩니다.
진공관 설명
6CG7 (GE사 규격집 <-클릭! )
- 드라이버관으로 자주 사용되는 쌍 삼극관입니다. 전기적 성질은 6SN7과 거의 같다고
보시면 되며, 공표 증폭율은 20, 최대 Ip는 20mA 정도입니다. PP 파워에서 드라이브단이나
플레이트팔로워를 두번해서 SE 파워에 이용되기도 합니다. 케소드 팔로워에도 단골로
사용되는 녀석입니다. 역시 여러회사에서 제작되었으나 으뜸으로 치는 녀석은 역시
RCA사의 클린탑 혹은 사이드게터로 게터가 머리가 아닌 사이드에 부착되어 있습니다.
비슷한 구조의 12AU7도 고가로 거래되는 품목입니다.
호환관으로는 플레이트 사이 차폐가 없는 6FQ7, 히터가 틀린 8CG7이 있습니다.
후기에 들어서는 6CG7도 차폐가 없어지고, 두 마킹이 한관에 존재하게 되었습니다. (6CG7/6FQ7)
KT66 (마르코니사 규격집 <-클릭! )
- 따로 설명이 필요없는 유명출력관입니다. 6L6GC와 비슷한 규격을 가지고 있으며,
태생이 영국이다보니 영국 및 유럽 파워앰프에 많이 사용되었습니다. (QUAD II 등)
구관은 구하기도 어렵고 가격도 높으나 신관이 많이 생산되고 있어 수급에는 문제가 없을것으로 생각됩니다.
6CJ3 (GE사 규격집 <-클릭! )
- TV 브라운관의 역기전력을 소모할 목적으로 생산되었습니다만, 고내압, 대전류의 특징을 가지고 있는터라
요즘에는 오디오에도 곧잘 사용됩니다. 전원인가 후 제대로 동작하기까지 시간이 매우 길어 지연회로를 꾸미는데
안성맞춤이며, 대출력 PP 파워에서 2개를 쓰면 최대 700mA까지 쓸 수 있는 대형 정류관입니다.
이번에는 정류보다는 반도체다이오드 정류로 인한 높은 출력의 영향을 막기위해 지연회로로 썼습니다.
이번에 만든 전단차동 PP 파워의 회로입니다.
회로적 특징으로는 역시 모든 증폭단이 차동회로로 적용되었다는것입니다.
처음 회로를 구상했을때 초단의 정전류원 전원이 가장 큰 문제였습니다. -전원을 만들 여유가 없었던것입니다.
히터를 배전압정류를 할까도 생각했지만, 회로가 너무 복잡해지기 때문에 생각하는 방향을 바꿨습니다.
일반적으로 전단차동 PP 파워 출력단에는 자기바이어스로 생성되는 전압으로 정전류회로를 구동시키기 때문에
별다른 바이어스를 걸지 않습니다. 걸더라도 아주 얕게 출력관의 전류 오차를 지워주는 정도입니다.
여기서 생각한것이 바이어스가 깊게 걸리는 전압증폭관의 자기바이어스를 쓰면 되겠구나~! 라는 생각이 들었습니다.
12AU7을 비롯해 6CG7/6FQ7, 6H30 등등 이 생각났고, 있는 진공관들을 뒤져보니 6CG7이 조금 나와 바로 설계에 들어갔습니다.
초단 정전류원의 경우 LM317의 TO-92 형을 생각해두고 있었는데, 전류설정 저항을 작업하는 등의 불편함이 있어 구해두었던
2SK30 GR등급으로 바꾸었습니다. 게이트와 소스를 이어 Idss를 모두 쓰는것으로 하고, 병렬로 이어 전류량을 늘리기로했습니다.
2SK30을 사용한 정전류회로가 안정적으로 동작하기 위해서는대략 5~6V 정도의 전압이 필요해서 바이어스전압을 중점적으로
사양서를 살펴본 결과 360V, 39KR, -6.5V, 4.5mA 로 결정하였습니다. 2SK30은 두개를 병렬로 이어 9mA를 맞췄습니다.
[배선할때 편하게 하는것과 동시에 열결합을 위해 케이블타이로 묶은 2SK30 두개입니다.]
단단으로는 KT66를 구동할 전압출력이 나오지 않을것이 뻔하므로 똑같은 동작점을 가진 증폭단을 드라이브단으로
한단 더 두어 높은 출력전압을 얻었습니다. 물론 초단과 드라이브단 사이는 커플링으로 직류를 끊었습니다.
출력단은 KT66의 3결로 결정했습니다. 부하선은 10KPP로 놓았습니다.
사용한 출력트랜스포머는 5KPP였지만, 4OHM 단자에 8OHM 스피커를 물리는 방식으로 10KPP로 사용했습니다.
전원트랜스포머의 한계로 전류량으니 출력관당 50mA, 대신 전압을 가능한 높게 거는방향으로 가닥을 잡았습니다.
전류량 오차 제거는 별도의 -전압이 없었기 때문에 B전압을 분압해 출력관 그리드에 넣는 방법을 썼습니다.
거의 쓰이지 않는 방법이지만 안 쓰이지 않는것이 이상할정도로 편리한 방법입니다.
단점으로는 그리드전위를 들어 올리므로 전원전압을 낮아지는 효과가 생깁니다.
전원부에서는 단파전원을 UF5408로 브리지 정류한 후 급격히 올라가는 전원전압으로 인한 영향을 줄이기 위해
댐퍼다이오드 6CJ3을 사용해 지연회로를 구성했습니다. 6CJ3을 통과하면서 전원전압이 조금 내려가지만
느긋하게 올라가는 전원전압을 보고 있도라면 십수V 정도는 아깝지 않습니다.
따라서 전원부는 나름 복잡하게 구성되어 배선이 조금 날라다닙니다.
출력단은 전류량을 확인하기 위한 10R 저항이 들어가 일반적인 출력단과 모양이 비슷합니다.
출력단의 정전류회로입니다. TI의 TL783을 사용했습니다.
바이어스 전압이 약 37V이고, 전류량이 약 103mA이므로 발생하는 발열은 약 3.8W, 이것이 두개이므로
출력단에서 발생하는 발열은 7.6W가 됩니다. 방열판을 따로 쓰지 않고 상판에 붙여놨더니 열이 펄펄 납니다.
전체적인 배선 사진입니다. 생소한 구성을 처음 만들다보니 엉망입니다.
클릭하시면 큰 사진이 뜹니다.
전기적 특성입니다.
※ 전기적 특성은 사람의 신체검사와 같은것으로 기계적인 특성을 나타낼 뿐입니다.
기계적 특성이 재생음색을 나타내는것도 아니고, 기계적 특성의 우수함만을 목표로 하지도 않습니다.
단지 제가 만든 기기의 신체검사를 통한 건강상태를 알고 싶을 뿐입니다.
모든 결과는 별도의 알림이 없으면 왼쪽 채널 기준입니다.
이득 20.4배 26.2dB @ 1KHz, 뒤집어 되먹임 -4dB
잔류잡음 : 왼쪽-1.5mV, 오른쪽-0.5mV (초단 및 드라이브단 관의 문제로 차이가 있습니다.) - 입력은 접지와 단락 @8OHM
최대출력 : 클립직전 13.3W @ 8OHM, 1KHz 530mV 입력 - 이때 찌그러짐 4.7%
주파수 특성입니다.
-3dB로 12Hz~33KHz, 가청주파수대역 20Hz~20KHz는 -0.12dB~-1.26dB 입니다.
뒤집어되먹임의 LPF 시정수는 -3dB에서 80KHz로 설정했습니다.
입출력 특성입니다.
클립직전 13.3W를 지나 정현파 끝이 뭉개지기 시작하고 14W 이후로 급격한 감쇄가 이루어집니다.
찌그러짐 특성입니다.
주파수 별로 큰 차이가 없습니다. 8W까지는 1% 안쪽으로 유지되고 그 이상 급격히 증가합니다.
여러가지 의미를 담고 있는 이름의 파워로 만들길 잘했다. 라는 생각을 하게 되었습니다.
자작을 시작하고 몇번의 충격을 받았었는데, 이번 전단차동 PP 파워가 또 한번의 충격을 주었습니다.
인켈 프로-9로도 이런 소리도 가능했었던가... 싶습니다.
그럼 이만...
드디어 벼르고 별렀던 전단차동 PP 파워앰프를 만들었습니다.
국내에서는 거의 이야기되지 않는 구성인데, 용기를 내어 시도했습니다.
전단차동 PP 파워앰프는 모든 증폭단이 차동회로로 구성됩니다.
차동회로의 장점은 다음과 같습니다.
1. 잡음에 강하다.
- 차동회로의 특징 중 가장 큰것으로 두 입력에 들어오는 같은 형태의 신호를 지워버리는데, 이것을 동상제거라고합니다.
차동회로의 입력의 상은 서로 반대이며, 같은 상이 들어오면 증폭되지 않는데,
의도적으로 정상과 역상을 넣는 차동입력에 들어오는 동상 신호라면 잡음밖에 없습니다.
이러한 특징으로 장거리전송이 필수적인 프로오디오의 입력회로는 100% 차동회로로 구성됩니다.
장거리 전송 중 끼어든 잡음은 정상과 역상에 대하여 동상이므로 차동회로에서 이것을 지워주는것입니다.
2. 언밸런스-> 밸런스 변환(위상반전)의 정확도가 높다.
- 개별소자를 사용한 차동회로의 경우 언밸런스 입력을 밸런스로 바꿀 수 있는데,
이것을 진공관 PP회로의 위상반전에 적용할 경우 뛰어난 성능을 얻을 수 있습니다.
위상반전회로에서는 트랜스포머를 비롯해 고전형, 오토밸런스형, PK분할형, 멀라드결합형 등등이 있는데,
출력전압의 균형이 안맞는것부터 출력임피던스가 다르다거나하는 일은 거의 무시되고 사용됩니다.
하지만 같은 소자가 정전류회로의 전류량을 나눠 동작하는 차동회로의 경우 출력임피던스도 같고, 출력전압의 오차도 거의 없습니다.
단점이라면 정전류회로를 꾸며아하는 불편함 정도입니다.
전단차동 PP 파워의 큰 특징은 출력단까지 정전류회로를 사용한 차동회로로 구성하는것인데, 이로 인해 몇가지 큰 특징이 생깁니다.
1. 신호경로가 단순화됩니다.
- 기존 PP 파워에서는 신호가 케소드로 돌아오기위해서는 출력트랜스포머의 B선에 이어진 커패시터를 통해 접지로 떨어진 후
접지경로를 따라 흘러 케소드로 돌아가야했지만, 차동회로에서는 정전류회로 때문에 접지에서 케소드로 올라가는것은 불가능해서
건너편 플레이트를 통해 케소드로 돌아가게 됩니다. 접지 경로에 신호가 흐르지 않는 큰 장점이 있습니다.
2. 부하선 적용이 단순화됩니다.
- 정전류회로 덕분에 A급동작만 가능해지기 때문에 P-P 간 임피던스의 절반이 각 관의 1차임피던스가 됩니다.
5K PP 출력트랜스포머를 기존 PP에 사용하면 1.25K+1.25K로 놓고 부하선을 그렸었지만,
차동PP에서는 2.5K의 SE로 놓고 부하선을 그리게 됩니다.
3. 출력이 적습니다.
- 겉모양으로는 SE 파워를 두개 겹치는것과 비슷하므로 출력은 SE 때의 두배에서 두배를 조금 넘는 정도가 나옵니다.
출력관이 2A3이라 할때 일반 PP에서는 15W 동작예가 있지만, 차동 PP로 구성될 경우 5~6W 정도가 예상 출력이됩니다.
진공관 설명
6CG7 (GE사 규격집 <-클릭! )
- 드라이버관으로 자주 사용되는 쌍 삼극관입니다. 전기적 성질은 6SN7과 거의 같다고
보시면 되며, 공표 증폭율은 20, 최대 Ip는 20mA 정도입니다. PP 파워에서 드라이브단이나
플레이트팔로워를 두번해서 SE 파워에 이용되기도 합니다. 케소드 팔로워에도 단골로
사용되는 녀석입니다. 역시 여러회사에서 제작되었으나 으뜸으로 치는 녀석은 역시
RCA사의 클린탑 혹은 사이드게터로 게터가 머리가 아닌 사이드에 부착되어 있습니다.
비슷한 구조의 12AU7도 고가로 거래되는 품목입니다.
호환관으로는 플레이트 사이 차폐가 없는 6FQ7, 히터가 틀린 8CG7이 있습니다.
후기에 들어서는 6CG7도 차폐가 없어지고, 두 마킹이 한관에 존재하게 되었습니다. (6CG7/6FQ7)
KT66 (마르코니사 규격집 <-클릭! )
- 따로 설명이 필요없는 유명출력관입니다. 6L6GC와 비슷한 규격을 가지고 있으며,
태생이 영국이다보니 영국 및 유럽 파워앰프에 많이 사용되었습니다. (QUAD II 등)
구관은 구하기도 어렵고 가격도 높으나 신관이 많이 생산되고 있어 수급에는 문제가 없을것으로 생각됩니다.
6CJ3 (GE사 규격집 <-클릭! )
- TV 브라운관의 역기전력을 소모할 목적으로 생산되었습니다만, 고내압, 대전류의 특징을 가지고 있는터라
요즘에는 오디오에도 곧잘 사용됩니다. 전원인가 후 제대로 동작하기까지 시간이 매우 길어 지연회로를 꾸미는데
안성맞춤이며, 대출력 PP 파워에서 2개를 쓰면 최대 700mA까지 쓸 수 있는 대형 정류관입니다.
이번에는 정류보다는 반도체다이오드 정류로 인한 높은 출력의 영향을 막기위해 지연회로로 썼습니다.
이번에 만든 전단차동 PP 파워의 회로입니다.
회로적 특징으로는 역시 모든 증폭단이 차동회로로 적용되었다는것입니다.
처음 회로를 구상했을때 초단의 정전류원 전원이 가장 큰 문제였습니다. -전원을 만들 여유가 없었던것입니다.
히터를 배전압정류를 할까도 생각했지만, 회로가 너무 복잡해지기 때문에 생각하는 방향을 바꿨습니다.
일반적으로 전단차동 PP 파워 출력단에는 자기바이어스로 생성되는 전압으로 정전류회로를 구동시키기 때문에
별다른 바이어스를 걸지 않습니다. 걸더라도 아주 얕게 출력관의 전류 오차를 지워주는 정도입니다.
여기서 생각한것이 바이어스가 깊게 걸리는 전압증폭관의 자기바이어스를 쓰면 되겠구나~! 라는 생각이 들었습니다.
12AU7을 비롯해 6CG7/6FQ7, 6H30 등등 이 생각났고, 있는 진공관들을 뒤져보니 6CG7이 조금 나와 바로 설계에 들어갔습니다.
초단 정전류원의 경우 LM317의 TO-92 형을 생각해두고 있었는데, 전류설정 저항을 작업하는 등의 불편함이 있어 구해두었던
2SK30 GR등급으로 바꾸었습니다. 게이트와 소스를 이어 Idss를 모두 쓰는것으로 하고, 병렬로 이어 전류량을 늘리기로했습니다.
2SK30을 사용한 정전류회로가 안정적으로 동작하기 위해서는대략 5~6V 정도의 전압이 필요해서 바이어스전압을 중점적으로
사양서를 살펴본 결과 360V, 39KR, -6.5V, 4.5mA 로 결정하였습니다. 2SK30은 두개를 병렬로 이어 9mA를 맞췄습니다.
[배선할때 편하게 하는것과 동시에 열결합을 위해 케이블타이로 묶은 2SK30 두개입니다.]
단단으로는 KT66를 구동할 전압출력이 나오지 않을것이 뻔하므로 똑같은 동작점을 가진 증폭단을 드라이브단으로
한단 더 두어 높은 출력전압을 얻었습니다. 물론 초단과 드라이브단 사이는 커플링으로 직류를 끊었습니다.
출력단은 KT66의 3결로 결정했습니다. 부하선은 10KPP로 놓았습니다.
사용한 출력트랜스포머는 5KPP였지만, 4OHM 단자에 8OHM 스피커를 물리는 방식으로 10KPP로 사용했습니다.
전원트랜스포머의 한계로 전류량으니 출력관당 50mA, 대신 전압을 가능한 높게 거는방향으로 가닥을 잡았습니다.
전류량 오차 제거는 별도의 -전압이 없었기 때문에 B전압을 분압해 출력관 그리드에 넣는 방법을 썼습니다.
거의 쓰이지 않는 방법이지만 안 쓰이지 않는것이 이상할정도로 편리한 방법입니다.
단점으로는 그리드전위를 들어 올리므로 전원전압을 낮아지는 효과가 생깁니다.
전원부에서는 단파전원을 UF5408로 브리지 정류한 후 급격히 올라가는 전원전압으로 인한 영향을 줄이기 위해
댐퍼다이오드 6CJ3을 사용해 지연회로를 구성했습니다. 6CJ3을 통과하면서 전원전압이 조금 내려가지만
느긋하게 올라가는 전원전압을 보고 있도라면 십수V 정도는 아깝지 않습니다.
따라서 전원부는 나름 복잡하게 구성되어 배선이 조금 날라다닙니다.
출력단은 전류량을 확인하기 위한 10R 저항이 들어가 일반적인 출력단과 모양이 비슷합니다.
출력단의 정전류회로입니다. TI의 TL783을 사용했습니다.
바이어스 전압이 약 37V이고, 전류량이 약 103mA이므로 발생하는 발열은 약 3.8W, 이것이 두개이므로
출력단에서 발생하는 발열은 7.6W가 됩니다. 방열판을 따로 쓰지 않고 상판에 붙여놨더니 열이 펄펄 납니다.
전체적인 배선 사진입니다. 생소한 구성을 처음 만들다보니 엉망입니다.
클릭하시면 큰 사진이 뜹니다.
전기적 특성입니다.
※ 전기적 특성은 사람의 신체검사와 같은것으로 기계적인 특성을 나타낼 뿐입니다.
기계적 특성이 재생음색을 나타내는것도 아니고, 기계적 특성의 우수함만을 목표로 하지도 않습니다.
단지 제가 만든 기기의 신체검사를 통한 건강상태를 알고 싶을 뿐입니다.
모든 결과는 별도의 알림이 없으면 왼쪽 채널 기준입니다.
이득 20.4배 26.2dB @ 1KHz, 뒤집어 되먹임 -4dB
잔류잡음 : 왼쪽-1.5mV, 오른쪽-0.5mV (초단 및 드라이브단 관의 문제로 차이가 있습니다.) - 입력은 접지와 단락 @8OHM
최대출력 : 클립직전 13.3W @ 8OHM, 1KHz 530mV 입력 - 이때 찌그러짐 4.7%
주파수 특성입니다.
-3dB로 12Hz~33KHz, 가청주파수대역 20Hz~20KHz는 -0.12dB~-1.26dB 입니다.
뒤집어되먹임의 LPF 시정수는 -3dB에서 80KHz로 설정했습니다.
입출력 특성입니다.
클립직전 13.3W를 지나 정현파 끝이 뭉개지기 시작하고 14W 이후로 급격한 감쇄가 이루어집니다.
찌그러짐 특성입니다.
주파수 별로 큰 차이가 없습니다. 8W까지는 1% 안쪽으로 유지되고 그 이상 급격히 증가합니다.
여러가지 의미를 담고 있는 이름의 파워로 만들길 잘했다. 라는 생각을 하게 되었습니다.
자작을 시작하고 몇번의 충격을 받았었는데, 이번 전단차동 PP 파워가 또 한번의 충격을 주었습니다.
인켈 프로-9로도 이런 소리도 가능했었던가... 싶습니다.
그럼 이만...
