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출력단 회로 구조 연구 

이 연구의 목적은 출력트랜스와 플레이트를 연결하는 여러가지 방법을 연구하고 각각의 장단점을 찿는 것이다. 표준적인 트랜스 결합, 파라피드, 저항부하 콘덴서 결합, 진공관부하 콘덴서 결합, 반도체부하 콘덴서결합등 5가지 방법에 대해 연구해 보자. 

본 연구는 싱글 및 푸시풀 양 회로에 모두 적용된다. 싱글회로를 예를 들어 설명하고, 푸시풀회로에 응용하는 법을 기술할 것이다

 5가지 출력회로

1)    트랜스결합 회로

 먼저 표준적인 트랜스 결합 회로를 보자. 싱글 상황에서 가장 중요한 단점은 트랜스가 회로에 흐르는 평균DC전류를 지원하여야 한다는 것이다. 이것때문에 트랜스를 DC전류에 포화되지 않게 하기 위하여  상대적으로 크게 만들어야 한다. 비교적 간단하기 때문에 출력단회로에서 가장 많이 사용되는 방법이다. 무신호 상태에서 전원 전압은 플레이트에 인가되고 있으며, 신호가 동작하는 상태에서는 출력은 인가된 전원전압을 중심으로 아래, 위로 스윙한다.

다른 출력단회로 구조는 이 트랜스결합회로와 비교될 것이다.

 2)    파라피드(Parafeed)

 Parafeed( Parallel Feed)는 플레이트에 DC전압을 공급하기 위하여 큰 초크를 이용한다. 이 초크는 값이 큰 것이어야 하며, 오디오주파수에서 상대적으로 높은 임피던스를 제공하여야한다. 출력트랜스는 플레이트와 콘덴서 결합을 한다. 콘덴서가 플레이트와 트랜스 사이에 위치하는 경우와 (위 회로에 표시됨), 트랜스는 플레이트에 바로 접속되고, 콘덴서는 어스측에 넣는 방법이 있다.

 이 회로의 장점은 초크와 출력트랜스는 각각 최적화가 될 수 있다는 것이다. 즉, 초크는 포화를 담담하고, 반면에 트랜스는 DC 전류가 흐르지 않기 때문에, 상대적으로 크기가 작아지며, 일차측 인덕턴스에 비해 낮은 분포용량과 리키지 인덕턴스를 가능케 한다. 광대역의 주파스특성을 얻는 좋은 방법으로 널리 사용되고 있다.

 이 회로에는 4가지 장점이 있다.

1)      삽입되는 콘덴서는 트랜스의 인덕턴스와 콘덴서 값으로 인해 저역 특성을 확장하는 작용을 한다.

2)      저역 부밍 현상을 쉽게 콘트롤 할 수 있다. ( 콘덴서와 초크의 인덕턴스는 설계를 자유롭게 해준다)

3)      험을 감소시킨다. 일반 트랜스회로에서, 험전압은 플레이트 저항과 부하저항 값에 의해 나누어진 전압을 가진다. 플레이트저항이 낮은 경우, 전원 리플은 출력으로 나타난다. 파라피드회로에서는 전원리플은 초크와 전압을 나누므로, 출력에 나타나지 않는다. 그러므로 전원부의 특성이 출력과 더 많이 분리되는 것이다.

4)      트랜스에 높은 DC전압이 인가되지 않으므로, 트랜스는 autoformer(single tapped winding)로 대체가 가능하며, 이는 최적화하기가 더 쉬워진다.

 트랜스 결합회로와 같이 파라피드회로에서 초크는 인가된 전원전압을 중심으로 출력이 스윙하다.

 파라피드 회로의 단점은

1)      회로상에 두개의 큰 트랜스가 포함되므로, 크기, 무게, 비용이다.

2)      신호흐름에 콘덴서가 포함되고, 이 콘덴서에 상대적으로 큰 AC전류가 흐르므로, 회로상에서 비직선성을 추가할 가능성이 있다. 콘덴서의 위치가 어디에 있는가 하는 것은 문제가 되지 않으며, 모두 신호전류가 흐른다.

3)    저항 부하, 콘덴서 결합

 이 회로에서는 출력관은 큰 저항에 의해 전원전압을 공급 받으며, 출력은 트랜스와 콘덴서 결합하고 있다. 이 방법은 일반적인 프리앰프단에서 많이 사용되고 있다.

 이 회로는 전원전압이 저항에 의해 공급되므로, 더 높은 전압이 필요하다.

 여기서 간단한 예를 연구해 보는 것도 가치가 있을 것이다. 진공관 10(801도 좋음)의 싱글출력단을 살펴보자. 이 관은 직열3극관이다. 동작점을 350V, 11mA(바이어스 약 -30V)로 하자. 일반 트랜스결합방식에서는 필요한 전압은 약 360V(10V는 트랜스 DCR에 의한 전압강하)이다. 12k AC부하를 고려하면, 700mW가 나타날 것이다.

저항부하인 경우, 35k부하 저항에는 735V 전압이 필요하다. 무신호시 11mA는 35k 저항에 385V 전압강하가 나타나고, 플레이트에 350V가 가해진다. 트랜스와 결합하여, 진공관의 부하는 35K와 12K의 병렬치인 약 9k가 된다. 700mW의 출력이 나타나지 않고, 약 500mW출력이 나타난다. 그리고 35k는 약 4W이상 손실이 된다.

 이 회로의 장점은 다음과 같다. 파라피드와 같이 트랜스에 DC전류가 흐르지 않으며, 더 작은 크기가 가능하다. 큰 초크가 상대적으로 작은 저항으로 대체되었다. 부하의 관점에서, 35k는 플레이트저항과 병렬치이므로, 댐핑은 다소 좋아진다. 초크의 포화 문제도 없다. 이 회로에서 가장 광대역의 주파수 특성이 나타난다.( 트랜스에 플레이트저항 단독인 경우보다 더 낮은 저항이 나타나고, 저역을 제한하는 병렬 인덕턱스가 없기 때문에, 저역특성이 개선된다. 초크에 있는 사실상의 분포용량이 없기 때문에 고역도 개선된다.) 파라피드와 같이 험도 개선되며, autoformer의 특성도 같이 적용된다.

 이 회로의 단점은 열이 많이 나며, 출력은 약간 줄고, 전원은 더 높은 전압을 공급하여야한다. 출력은 전압이상을 스윙할 수 없으므로, 전압은 기대하는 스윙을 수용할 수 있도록 충분히 높게 공급하여야 한다. 이 방법은 오랫동안 사용되었으며, AC부하라인과 DC부하라인을 분리하는 좋은 방법이다.

아마 이 방법을 사용하는 회로를 본 적은 별로 없을 것이다. 이유는 앞에서 언급한 단점 때문이다. ( 단점에도 불구하고, 사운드가 매력적인 점을 부기하고 싶다)

정전류부하에 대한 아이디어는 정전류부하로 진공관은 가장 완벽한 직선성을 거의 제로에 가까운 디스토션과 함께 가진다는 것이다. 그러나 AC부하는 임피던스를 가지는 트랜스에 있다는 점은 약점이다. 그러나, 근본적으로, 이것은 좀더 완벽한 초크를 가지는 파라피드 회로라 할 수 있다. 높은 AC임피던스와 전원공급을 가지고 있다. 더 완벽한 특성은 높은 임피던스는 초코와 다르게 주파수에 따라 변하지 않는다. 2가지 방법을 연구하고자 한다.

 4)    진공관 정전류 부하

 위 회로에서 나타난 바와 같이 정전류소자(6SN7)에 385V, 11mA가 인가된다. 실질적인 임피던스는 약 50k정도이다. 6SN7GTB가 450V, 11mA정도를 견딜 수 있으므로, 별 문제가 없다.

 장점 : 앞 2회로에서 본바와 같이, 트랜스에 DC가 없다. 저역에서 실질적인 임피던스의 손실이 없으므로, 주파수특성은 충분히 좋다. 출력은 파라피드보다 약간 낮다.(중역에서의 저항이 초크보다 낮으므로) 그러나 저항결합보다는 좋다. 파라피드 보다 사이즈나 무게에서 유리하다. 그리고, 저항에서의 예와는 다르게, 출력관이 컷오프점으로 스윙하면, ( 무신호전압보다 더 높게), 전류는 일정하게 흘러서, 부하에 잘 전달된다. 즉, 실제상 저항부하에서의 예와 같은 동일한 출력을 전달하기 위하여 더 낮은 B+를 공급해도 잘 동작한다는 것이다. (예 에서는 6SN7 양단에서 80V 전압강하가 일어난다. 따라서 735V 보다 낮은 600V만 공급해도 된다.) autoformer에 관한 내용은 동일하게 적용된다.

 단점 : 저항부하와 같이 더 높은 전압이 필요하다. 특수진공관이 필요하다. 파라피드나 트랜스 보다 능률이 낮다.

 정전류부하에는 곤란한 단점이 있다. 이 이론은 단지 3극관에만 적용가능하다. 또한 바이패스 콘덴서가 있는 캐소드바이어스 회로에서는 성공적으로 적용이 불가능하다.

 5)    FET정전류 부하

 위 그림에서 나타난 예는 385V 전압강하에 11mA가 필요하다. 부품에서 보면 실제 인피던스는 약 400k이다. ( 고로 이것은 아주 좋은 정 정전류소스이다) 정전류회로 양단에 1000V를 가하고 20V의 전압강하가 되는 것이 효과적이다. 이것은 전류소스 양단에 500V무신호 상태를 가능케한다. ( 위예에서 B+는 약 1000V까지 가능하다).

 장점 : 근본적으로 4)와 같다. 차이점은 더 높은 임피던스, 트랜스결합 단독사용시 보다 더 높은 출력이 가능하다는 점이다. 위 예에서 B+는 단지 550V만 필요하다. 최소필요전압 550V와 FET가할 수 있는 최대 전압 1000V와 사이에 상당한 여유가 있는 점에 주목하라.

 단점 : 4) 와 비슷함. 이외에 2가지 단점이 있음. 방열판이 필요하며, 해결방법이 진공관이 아닌 반도체임.

PP회로의 구조

PP회로는 SE회로가 출력트랜스에 대해 가지지 못하는 장점이 있다. 트랜스 양단에 인가되는 DC전류가 같다면, 트랜스코아의 실질적인 DC는 상쇄되며, 큰 DC부품을 사용할 필요가 없다. 이것이 PP회로가 거의 대부분 트랜스결합회로를 사용하는 이유이다.

 그러나, 현실적으로는 회로상에 약간의 DC언밸런스가 발생하며, 출력이 크기와 시간 경과에 따라 앰프의 특성에 변화를 준다. 이 문제는 출력관에 DC경로를 제공하기 위하여 SE회로에서 연구한바와 같은 기술을 사용하므로서 회피할 수 있다. 위 회로에서 TR정전류회로가 사용되었다. 적용에는 위에서 본 같은 단점이 적용됨에 유의하라. 즉 B+는 진공관이 무신호점 이상에서 스윙하기 위하여 더 높은 전압이 인가 되어야 한다.

Steve