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작성일 : 16-06-14 08:23
[자작] 앰프 쉽게 설계하기 (1) ... 6CY7 SE 초단, 출력단
 글쓴이 : j
조회 : 2,249  

**** 브라우저 버젼에 따라서 그림이 안보일 수 있습니다.

      링크를 클릭하여 보시기 바랍니다.

      참고로 구글 크롬에서는 잘 보입니다.



쉽게 따라할 수 있는 싱글앰프 설계입니다.

이론상으로  gm, u 등 설계 계산이 복잡합니다만 여기에서는 계산을 최소화 합니다.


오디오 전용관들은 가격이 비쌉니다.

비교적 가격이 저렴하고 하나의 진공관에 2개의 증폭소자가 들어가 있는  TV용 수직증폭관을 이용해 봅니다.

보통은 소신호증폭 3극관과 파워증폭의 5극관이 많으나, 여기에서는 6BM8보다 크기가 작은 두개의 3극관이 들어가 있는

6CY7을 활용해 봅니다.


이 관을 이용한 앰프들은 거의 보이지 않으나 초단과 출력관의 특성을 보면 상당히 좋아보입니다.

(최근에 검색해 보니 일본에서 6CY7 싱글앰프가 검색이 됩니다. 이베이에서 몇 천원에 구입할 수 있었는데 요즘은 3~40$ 하는 이유 인듯 하네요))

다만 관의 크기가 작다보니 출력에 문제가 있습니다.

데이터시트에는 약 1와트 정도의 출력이지만 동작점을 최적화시키면 약 1.5Watt까지는 올릴수 있을겁니다.


이 수직증폭관들은 대부분 초단은 전원전압이 높고( 증폭률도 크고), 출력관은 전원전압이 낮아 앰프를 설계하기가

까다롭습니다.  6EM7같은 관도 마찬가지입니다.


설계 순서는 (1) 출력단 설계 (2) 입력(초단) 설계 (3) 앰프 회로도 그리기 (4) 전원부 설계 순으로 정합니다.





1. 출력단의 설계

 


  

1)  먼저 진공관 특성곡선에 최대 플레이트 정격을 표시합니다.

       데이터시트에서 보면, 출력부의 최대 플레이트 손실은 5.5Watt입니다.

       오옴의 법칙에 의해서 플레이트 전류  = ( 5.5Watt / 플레이트 전압) 를 몇 군데 지정하여 계산하고

       특성곡선에 점을 찍은 후 곡선을 그려 둡니다.

       이유는 가능한 진공관의 정격 이내에서 동작시켜 진공관 수명을 길게 하기 위함입니다.


  2) 3극관의 동작곡선을 보면 기울기가 일정한 직선이 아닙니다.

      플레이트 전류가 작아질수록 기울기가 누워지는 특징을 가집니다.

      또, 플레이트 전압이 높아질 수록 곡선의 간격이 좁아지는 경향을 보입니다.

      싱글 앰프의 경우 1개의 진공관으로 음악신호를 증폭하므로 이 곡선의 간격이 일정한 부분으로 증폭하기가 매우 어렵습니다.

      즉, 곡선 구간이 일정하지 않다는 말은 증폭된 신호의 찌그러짐이 증가한다는 말이죠.

      출력 파워를 최대한으로 끌어 올리고 또, 찌그러짐도 최소화 하는 동작점을 찾는 것이 싱글 앰프의 설계 포인트입니다.


  3) 먼저 데이터 시트에 표시되어 있는 적정동작점 Vb = 150Volt, 30mA 때 출력트랜스의 임피던스를 5K로 그려봅니다.

      위 그래프에서 청색선입니다.

      신호가 0 일 때 그리드의 전압이 -22Volt입니다.

      신호의 꼭지점이 최대일 때와 최소일 때의 ( 그리드 전압이 0일 때와 -44Volt ) 플레이트 전압을 44Volt에서 240Volt를

      스윙하게 됩니다. 그리드 전압이 +로 변하면 그리드에 전류가 흘러 앞단의 임피던스가 낮지 않으면 증폭이 이루어지지 않습니다.

      따라서 이 구간을 넘어서면 출력이 심하게 찌그러집니다.

      150Volt 플레이트 전압과 5K 로드로 얻을 수 있는 출력신호의 Peak TO Peak 전압은 (240Volt - 44Volt) = 196 Volt가 됩니다.

       출력의 Vrms = ( 196 /2 ) / 1.4 = 70 Volt가 나옵니다.

       5K : 8옴의 출력트랜스의 권선비는 25 : 1입니다. 고로 8옴 부하에는 70 Volt / 25 = 2.8 Volt입니다.

       따라서 최대 출력은 오옴의 법칙에 의해 8옴의 부하를 걸었을 때  2.8 * 2.8 / 8 = 0.98 Watt, 약 1와트의 출력입니다.


  4) 이번에는 동작점을 190Volt로 올리고 약 7K 의 출력트랜스를 걸어 보겠습니다.

      그림에서처럼 출력신호는 40Volt에서 315Volt를 스윙하게 됩니다. 적색선입니다.

      출력 Peak to Peak 전압은 (315 - 40) =  275 Volt입니다.

      이 때 출력 Vrms = (275 /2) /1.4 = 98 Volt 입니다. 

      7K 출력트랜스의 권선비는 29.6 : 1이므로 8옴 부하에는 3,3 Volt까지 출력합니다.

      최대 출력은 3.3 * 3.3 / 8 = 1.36 Watt 입니다.


  출력단의 설계는 플레이트 전압 190volt, 플레이트 전류 26mA, 출력트랜스의 임피던스는 7K로 정합니다.

  위 그림에서 플레이트 부하에 따르는 플레이트 전류와 플레이트 전압의 관계 직선을 로드라인이라고 합니다.



2. 초단부 설계


앞에서, 출력단의 플레이드 전압을 190Volt로 하였습니다.

이 때 캐소드 전압이 30Volt, 그리고 출력트랜스의 직류 저항에 의한 전압 강하분 약 5~10 Volt를 고려하면

+B 전압은 225~230Volt가 되어야 합니다.


(1)  초단부는 험에 예민하므로 RC필터를 한단 더 추가해야 합니다.

      이 필터의 전압강하분 약 20~30volt를 빼면 초단부에 가해지는 전압은 200Volt 정도가 됩니다.


      전류를 많이 흘리고 싶지만, 출력단에 인가하는 전원전압의 제한이 있습니다.

      또, 로드저항이 너무 작으면 증폭률이 작아지거나 초단관의 내부저항이 너무 크게 되면 음질 악화의 원인이 됩니다.


      이 설계에서는 초단의 플레이트 전압 100Volt,  전류를 0.85mA로 설정합니다.


(2)  먼저 이 동작점에서의 내부저항을 먼저 계산해야 합니다.

      내부저항보다 작은 로드는 음질을 악화시키기 때문입니다.

      일반적으로 로드저항은 내부저항보다 크게, 보통 2배 이상을 사용합니다.

      뒷단의 그리드 저항과 병렬로 되기 때문에 더 작아지죠..


      그래프에서 동작점에 표시한 삼각형 "A"에서 플레이트의 내부저항은 오옴의 법칙에 의해서

      Rp = ( 플레이트 전압 Vp의 변화량 ) / ( 플레이트 전류 Ip의 변화량 ) = 40 Volt / 0.7mA = 60K 정도입니다.


(3)  로드저항을 120K로 설정해 봅니다.

      뒷단 그리드 저항을 330k를 사용하면 실제 로드저항은 120k와 병령이 되므로 

      Rload = ( 120k * 330k ) / ( 120k + 330k ) = 88k 오옴이 됩니다.


      이 때의 증폭률은 눈대중으로 계산하면 38배 정도 됩니다.


(4)  출력단의 최대출력에 필요한 전압 30Volt를 얻기 위해서는 30Volt / 38배 = 약 0.8Volt 입력때

      찌그러짐 없는 최대출력이 나오게 됩니다.


     그리드 전압이 (+)로 가도록 설계를 하면 안됩니다. 반드시 (-)쪽에 동작점을 설정해야 합니다.

     대부분의 진공관은 (+) 그리드 전압에서는 전류가 많이 흐르게 됩니다. 

     예외적으로 대부분의 송신관이나 일부의 고전관에서 (+) 그리드 전압으로 드라이브 하는 경우가 있습니다.

     (+) 그리드 전압의 경우 앞단의 임피던스가 매우 낮아야 하며 대출력 송신관의 경우 앞단 진공관을 수 와트 이상의

     신호파워를 가지는 소형 출력관을 사용하여야 합니다.




 
 

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