EL34PP 만들기 - 2 - PP방식의 사전 기초지식 습득-그 둘째

정전류회로에 대해서는 많은 자료가 없더군요. 전회에 기술한 DHt sound의 기술forum란 중 위상반전회로 강의( http://www.dhtsound.com/cgi-bin/technote/read.cgi?board=forum_school&x_number=994560943&ryal=19&nnew=2 ) 말미에 조금 설명되어 있는 것외에, 일본사람의 글 ( http://home.highway.ne.jp/teddy/tubes/tips/b241.htm )이 도움이 되었습니다.

더불어 꼼방의 모든 분들 특히 꼼방기술진 중 한 분인 칼있으마님으로부터 많은 조언을 들었습니다. 이 자리를 빌어 감사드립니다.

오극관, CRD(정전류다이오드), CRD와 3극관의 조합 등을 사용한 정전류회로가 소개되고 있으나, CRD라는 것이 잡음이 있고 결정적으로 열에 약하다는 단점(즉 온도가 높을 경우 정전류특성이 변함)때문에 진공관 앰프에는 맞지 않다고 판단되었습니다. 그리하여 이를 제하고 남은 것은 5극관을 이용한 정전류회로 하나가 남는군요.


위 글 중 5극진공관 부분의 번역을 번역하면 아래와 같습니다(전체 번역은 doc문서로 자료창고/앰프회로도에 올리도록 하겠습니다).

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24.1.정전류 회로

정전류 회로란
「정전류 회로」란, 그 양단에 걸리는 전압의 대소에 관계없이, 항상 일정한 전류가 흐르는 회로입니다.저항이면, 그 양단에 걸리는 전압이 변화하면, 거기에 흐르는 전류도 그 변화량에 비례해 변화합니다. 이상적인 정전류 회로에서는, 그 양단에 걸리는 전압이 변화해도, 거기에 흐르는 전류의 변화량은 제로입니다. 그 때문에, 동작중의 정전류 회로의 양단에 신호 전압을 주어도, 정전류 회로에는 신호 전류는 흐르지 않습니다. 즉, impedance는 무한대(∞)라는 것이 됩니다. 직류는 흘리고 싶지만, 신호는 차단하고 싶은 것 같은 경우에 매우 편리합니다.
정전류 회로의 이러한 성질은, 증폭 회로에서는, 무한대의 값을 가진 부하 저항으로서 이용되거나 차동증폭 회로의 공통 음극(이미터)의 정전류원으로서 사용됩니다.


정전류 회로·· 5극관
차동증폭 회로를 이해해, 설계할 수 있게 되기 위해서는 「정전류 회로」에 대해 충분히 이해하지 않으면 안됩니다.




위 그림은, 5극관 전압 증폭관 6AU6의 Ep-Ip특성(실측)입니다. 가장 위의 Eg1=0V의 커브에 주목해 주세요. 플레이트 전압(Ep)이 10V때의 플레이트 전류(Ip)는 4.2mA군요. Ep가 40V로 상승하면(자) Ip도 5.8mA에 증가합니다만, 거기에서부터는 Ep를 높게 해 가도, Ip치는 그다지 증가하지 않습니다. Ep=40~150V의 범위에서, Ip=5.8~6.1mA사이에는 거의 일정하게 됩니다. 이와 같이, 회로의 양단에 걸리는 전압의 대소에 관계없이, 항상 일정한 전류가 흐르는 것 같은 성질을 「정전류 특성」이라고 합니다.다만, 음극 측에는, 이 Ip와 스크린 그리드 전류의 합계치가 흐르기 때문에, 이것은 따로 생각합니다.
그런데, Ep가 40V에서 150V까지 110V의 변화를 했을 때에, Ip는 5.8mA에서 6.1mA까지 0.3mA의 변화를 한 것이기 때문에, 이것을 오옴의 법칙에 적용시켜 보면, 110V÷0.3mA=366.7kΩ라고 하는 값을 얻을 수 있습니다. 이것이, 정전류 회로의 내부 저항입니다.(실제로는, Ep의 값에 의해 기울기=내부 저항치는 일정이 아닙니다.)




이번은, 중간 정도의 Eg1=-1V의 커브 부근에 주목해 보겠습니다. Ep=150V때, Ip=2mA가 되는 것 같은 Eg1의 값은, 대체로―1.1V정도 읽어낼 수 있습니다. 이 때의 스크린 그리드 전류는, 대체로 0.9mA입니다. 즉, 1.1V의 전압강하를 일으키게 하는 것 같은 음극 저항의 값은 1.1V÷2.9mA=379Ω가 됩니다.
거기서, 379Ω에 가까운 값이라고 하는 것으로, 390Ω의 음극 저항을 넣었을 경우의 Ep-Ip특성을 요구해 보면, 그림 중의 푸른 선을 얻을 수 있었습니다. 이것이, 390Ω의 음극 저항을 넣은 6AU6의 정전류 특성입니다. 전술한 Eg1=0V때와 비교해, 넓은 전압의 범위에 걸쳐서 안정된 정전류 특성을 얻을 수 있는 상태임을 알 수 있습니다.
정전류 회로의 일반적 성질로서 인가되는 전압이 있는 일정치 이하가 되면 정전류 특성은 자꾸자꾸 없어집니다. 6AU6의 경우에서는, 40V이하의 영역에서는 정전류 특성은 얻을 수 없습니다.

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5극관을 사용한 정전류회로에서 정전류효과를 높이기 위해 주의해야 할 점은 스크린그리드(SG2) 전압의 안정성입니다. 5극관은 이 스크린그리드전압이 안정되어 있다(예를 들어 플레이트 전압이 100에서 300V로 변하고 그에 따라 전류가 50mA에서 10mA로 변하건 간에 스크린 그리드전압은 변함없이 200V로 고정되어 있는 것)는 것을 전제로 모든 회로설계가 이루어지는데, 특히 정전류회로에서는 이것이 더욱 중요합니다. 이를 위해서는 여러가지 조치가 있지만 가장 중요한 것은 전원트랜스에서 전압을 안정적으로 유지해주는 것 즉, 전원부의 Regulation입니다(이에 대해서는 전원트랜스 부분에서 다시 보겠습니다).

정전류회로의 개략이 정해졌으면 정전류회로에 사용될 관이 정해져야 겠지요. 이 관의 선택 또한 쉬운 문제가 아닙니다. 5극관이면 모두 정전류특성이 있기는 한데, 전류를 몇 mA흘릴것인지가 먼저 정해져야할 것입니다. 그 다음으로 정해진 전류량을 안정적으로 흘려줄 수 있는 5극관을 선택해야 하는데 이때에는 관의 히터전압, 전류나 크기(miniature관인지 GT관 또는 ST관인지)도 고려해야 합니다. 히터전압이나 전류량은 전원트랜스의 크기때문이고, 관의 크기는 전체적인 외양 때문이지요.

가능하면 히터전류가 낮고 크기가 작은 관이 어울리겠지요. 그 관으로는 5mA보다 적게 전류를 흘린다면 6AU6이나 EF86 정도, 20mA정도 흘릴려면 6CL6 이겠지요. 물론 6CL6을 사용하여 공통캐소드에 5mA흘리는 것도 가능합니다. 더 많은 전류를 흘리려면 miniature관 중에 얼핏 떠오르는 것으로는 EL84(6BQ5)입니다. 50mA이상을 흘리려면 6V6등 GT형 대형출력관으로 가야겠지요.
이는 각 진공관의 Datasheet를 참조하여 잠정적으로 내린 결론입니다. 그 중 특히 그리드전압을 보면 그 관이 전류를 얼마나 흘릴수 있는지를 알 수 있고 플레이트손실(Plate dissipation)을 찾아보시면 흘리기를 원하는 전류와 전압대에서 진공관이 견딜수 있는 지를 알수 있습니다. 또하나 봐야 할 것은 Screen grid dissipation인데 스크린그리드(g2)의 허용전력손실 범위안에 들어가야 진공관이 안전합니다.

저는 위상반전단을 5687이라는 진공관을 사용하기로 진작부터 마음먹고 있었습니다(이 관을 선택한 이유는 다음 회에 미룹니다).
이 관은 쌍증폭관으로 증폭단 1개당 20mA까지 흘릴 수 있으므로 결론적으로 40mA까지 가능합니다. 40mA를 안정적으로 흘릴수 있는 관은 EL86이 적격이더군요. 6CL6이 5687과 높이가 같아 딱인데, 좀 부족한 듯 하여 불안해서요.


이리하여 정전류회로에 사용할 EL84를 이용한 정전류회로가 정하여졌고, 위상반전단, 초단, 그리고 출력단의 회로구성이 남게되었습니다. 다음 회에는 신호부의 회로 선택에 대해 보겠습니다.

언제나 그렇지만 독학은 잘못된 지식이 개입될 여지가 매우 높습니다. 만약 잘못된 설명이 있다면 덧글 부탁드립니다.