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자작 교실

진공관 앰프 자작시 필요한 기초 지식입니다.
작성자 DHTsound
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 9538      
  12-2. 전원설계-3(리플필터의 기초 1)

 

전원 설계-3 (리플 · 필터 회로의 기초)


전원의 잔류 리풀

정류 직후의 직류는, 많은 리풀을 포함하고 있습니다. 이 리풀이 남은 채로 직류가 증폭 회로의 전원으로서 공급되면, 리풀이 신호 경로에 침입해 험의 원인이 됩니다 . 전원에 남은 리풀을 잔류 리풀이라고 합니다. 잔류 리풀이, 어떻게 해, 어느 정도, 신호 경로에 영향을 미치는지를 모르면, 전원으로 포함되는 잔류 리풀을 어느 정도 제거해, 어느 정도 예쁜 직류로 하면 좋을까를 모릅니다.

전원의 리풀 · 필터 회로의 설계에는,

·잔류 리풀은 몇 mV(몇μV)이하 가 아니면 안될까
·설계 회로에서는, 잔류 리풀은 몇 mV(몇μV)정도가 되어야하나

이 2개에 대한 이해가 필요합니다.

증폭 회로는, 전원의 잔류 리풀의 영향을 받기 어려운 것과, 영향을 받기 쉬운 것도 있습니다. 그렇기 때문에, 비슷한 제작 사례의 전원 회로를 흉내내 리풀 · 필터 회로를 적용해도 , 생각하지 않은 험에 시달리거나, 역으로 과잉 투자가 되거나 해 버립니다. 「철저하게 리풀을 제거했다」라고 하는 것을 심술궂게 말하면「어둠구름에 리풀이라고 잡아 보았다」가 됩니다. 그렇지 않고,「목표값에 대해서 어느 정도 충분히 제거되고 있다」라고까지 단단히 파악 하는 것이 필요한 것은 아닐까라고 생각합니다. 왜냐하면, 어떠한 노력을 해도, 교류 전원을 정류해 얻은 직류를 사용하고 있는 한, 잔류 리풀은 제로로는 되지 않습니다. 반드시, 몇 mV나, 몇μV가 잔류하고 있기 때문입니다.


잔류 리풀을 측정한다

전원의 잔류 리풀은, 테스터의 교류 전압 레인지로 간단하게 측정 할 수 있습니다. 다만, 테스터의 타입에 의해서 측정 방법과 측정 레인지에 차이가 있읍니다..

미터식 테스터

피측정 전압을 전파 정류한 것을 직접 미터로 계측하는 타입의 것으로써, 미터 표시면이나 취급 설명서에「4kΩ/V」라든지「10kΩ/V」라고  표시가 있어, 측정 할 수 있는 최소 전압 레인지는 겨우 5V나 10V정도의 테스터입니다. 이 타입의 테스터의 경우는, 「1μF/630V」정도의 필름 콘덴서로 직류를 차단해 사용합니다. 0.1V이하의 리풀을 읽울 수 없는것이 난점입니다.


 

전자식 테스터

디지탈 표시 ,미터 표시 에 관계없이, 최근의 중급 기종 이상의 테스터는 거의 이 방식입니다. 10MΩ정도의 높은 내부 저항을 가져, 교류 레인지에서도 느닷없이 앰프의 B전원에 접속하여, 교류 성분만을 측정 할 수 있습니다. 미터식의 것에서도 AC300mV 레인지를 가지는 것이면, 30mV정도까지의 리풀을 정확하게 읽어낼 수 있습니다. 디지탈 표시의 것이 많게는, 1mV까지 표시 해 주는 것이 대부분입니다.

앰프를 자작할려면, 내부 저항에 의한 측정 오차가 거의 나오지 않은「전자식」테스터를 최저 1개 가져 주십시오. 아키 하바라의 아키즈키전자라면 ,예쁜 규중이 아닙니다가, 3000엔 ∼4000엔으로 매우 고기능의 것을 입수 할 수 있습니다.


회로 방식에 의한 잔류 리풀의 피영향도

<싱글 출력단>

출력 트랜스를 사용한 싱글 구성의 출력단에서는, 출력 트랜스의 1차측 코일에 걸리는 리풀 전압이 그대로 2차측에 나타나 잔류 험이 됩니다. 아애 같은 케이스에 대해서 계산해 봅시다.
  • 전원의 잔류 리풀 = 100mV
  • 출력 트랜스의 사양 = 2.5kΩ:8Ω
  • 출력관의 내부 저항 = 0.8kΩ (2A3경우)
  • 출력관의 캐소드측 = 교류적으로 접지됨

<2A3의 경우>

출력 트랜스의 1차측 코일에 걸리는 리풀 전압이 그대로 2차측에 나타나는 모습이, 윗 그림 왼쪽입니다. 출력 트랜스의 2차측 impedance은 2.5kΩ(실제로는 1.5∼2.2kΩ정도가 되어, 또한 스피커의 impedance의 영향도 크게 받는)입니다만, 출력관(내부 저항 0.8kΩ)에 직렬로 들어가기 때문에, 출력 트랜스의 2차측에 인가되는 리풀 전압은, 2.5kΩ/(2.5kΩ+0.8kΩ)=0.76배가 되므로 76mV가 됩니다.

그런데, 출력 트랜스의 1차 :2차 코일비는, impedance비(2500:8 즉 312.5:1)의 평방근이기 때문에, 17.7:1입니다. 1차측에 인가된 교류 전압의 1/17.7이 2차측에 나타나기 때문에, 2차측의 8Ω스피커 단자 에 있어서의 잔류 험은 4.3mV로 계산 할 수 있습니다.

잔류 험이 4.3mV라고 하면, 음악보다도 험이 걱정이 되어, 음악을 즐기는 것이 아닐 정도의 값입니다. 잔류 험은, 많아도 1mV이하로 누르고 싶은 곳이기 때문에, 이러한 조건으로 하기에는, 전원 에 있어서의 잔류 리풀은(역산하면 매우 싶습니다만) 20mV이하가 되어야 합니다.

그럼, 빔 튜브 6V6의 경우에 대해서 계산해 봅시다.

  • 전원의 잔류 리풀 = 100mV
  • 출력 트랜스의 사양 = 5kΩ:8Ω
  • 출력관의 내부 저항 = 45kΩ (6V6)
  • 출력관의 캐소드측 = 교류적으로 접지됨

<6V6의 경우>

와 같습니다. 전원의 잔류 리풀도 출력 트랜스도 같은 조건인데, 2차측의 8Ω스피커 단자 에 있어서의 잔류 험은 무려 0.4mV라는 계산 결과가 되어 버렸습니다. 6V6같은 다극관앰프에서는, 많은 경우,오버올의 부귀환을 걸칩니다. 가령 12dB(즉 게인은1/4이 되는)을 걸쳤다고 하면, 잔류 험도1/4로 줄어들기 때문에, 계산상의 잔류 험은 더욱 줄어들어 0.1mV가 됩니다. 내부 저항의 높은 5극관이나 빔 튜브가, 험에 강하다라고 말해지는 이유는 이런 곳에 있었습니다.

그렇기 때문에, 빔 튜브 싱글 · 앰프의 전원 경로를 그대로 유용해 3극관싱글 · 앰프로 개조한 경우, 빔 튜브시에는 없었는데 3극관으로 변경하고서 험이 나오게 되었다는 것이 많이 있을 수 있는 것입니다.

여기서의 계산은, 출력단만이 아니고, 인터 stage · 트랜스를 사용한 드라이버단등에도 응용 할 수 있습니다. 아래로 설명하는 푸시풀 회로도 같습니다.


<푸시풀 출력단>

출력 트랜스를 사용한 푸시풀 구성의 출력단에서는, 리풀 전압이 출력 트랜스의 1차측 코일로 걸리는 것까지는 싱글 동작의 때와 같습니다. 그 리고,푸 시풀 동작을 하고 있는 2개의 출력관마다에 각자 똑같이 리풀 전압이 인가됩니다.
  • 전원의 잔류 리풀 = 100mV
  • 출력 트랜스의 사양 = 8kΩp-p :8Ω
    따라서, 한쪽 편(1/2)코일로의 impedance비는 2kΩ:8Ω.
  • 출력관의 내부 저항 = 0.8kΩ (2A3)
  • 출력관의 캐소드측 = 교류적으로 접지됨

<푸시풀의 경우>

푸시풀용 출력 트랜스에서는, 1차 impedance의 값은 2개의 출력관의 플레이트 ∼플레이트간의 값으로 표시됩니다. B+전원은, 1차 코일의 중점으로부터 공급되기 때문에, 출력관 1개의 코일은 전체의 반이 됩니다. 그 경우, 1차 impedance의 값만큼은 반으로는 되지 않고 1/4이 됩니다. 윗 그림의 동작으로써, 출력관 1개의 1차 impedance가 8kΩ의 반인 4kΩ이 아니고, 2kΩ이 되는 것은 그러한 사정에 의합니다.

그런데, 윗 그림에 의하면 출력관마다 출력 트랜스의 1차 코일에 인가되는 리풀 전압은 각자71mV가 됩니다. 그 러나, 2개의 1차 코일은 서로 위상이 반대(이기 때문에 더욱 푸시풀 동작을 할 수 있는)이기 때문에, 인가된 리풀 전압은 예쁘게 상쇄되 0mV가 되어 버립니다.

가령, 출력 트랜스의 1차 코일의 권수에(많이 추측해)5%의 오차가 있었다 해도, 1차측에 인가되는 리풀 전압은 3.6mV이기 때문에, 2차측에 나타나는 잔류 험은 0.23mV이하라는 것이 됩니다. 푸시풀 회로가 극단적으로 험에 강하다라고 말해지는 것은, 이러한 이유에 의합니다.


<전압 증폭단· · 플레이트 출력의 경우>

전압 증폭단이 대부분 트랜스를 사용하지 않은 CR결합으로 구성되고 있습니다. CR결합 회로에서는, 전원의 잔류 리풀의 영향을 받는 것이 약간 다릅니다. 밑그림을 봐 주십시오.

<전압 증폭단의 경우>

전원의 잔류 리풀을 입력 신호로 간주해, 증폭 회로의 출력측에 어느 정도 잔류 리풀이 나타날지 생각해 봅니다. 전원측으로부터 입력된 신호(실은 잔류리풀=10mV)는, 플레이트 부하 저항(47kΩ)을 거쳐 출력측에 나타날 때에, 전압 증폭관(6FQ7)의 내부 저항(rp=10kΩ)과 감쇠 합니다. 감쇠율은, 10kΩ/( 10kΩ+47kΩ=0.175배입니다.

가령, 이 전압 증폭단이 2A3싱글의 출력단을 드라이브하고 있다라고 합니다. 이 전압 증폭단의 잔류 험이 어느 정도될까를 계산해 봅시다.

RCA 발표의 2A3의 동작으로 생각합니다. Ep=250V, Ip=60mA, RL=2.5kΩ ,Rg1=-45V, Po=3.5W라하는 동작입니다. 8Ω부하로 3.5W라고 하면, 그 때의 신호 전압(실효값)은, 평방근(3.5W×8Ω)=5.3V입니다. 이 때의 2A3의 그리드 입력 전압은, 45V / 1.414 = 32V이기 때문에, 그리드 ∼8Ω간의 이득은, 5.3V / 32V = 0.17배입니다. 즉 ,8Ω출력에 있어서 0.5mV가 되는  그리드 입력 전압은, 0.5mV / 0.17 = 2.9mV인 것을 압니다. 이것 즉, 드라이버 출력 에 있어서의 잔류 험의 값입니다.

이것을, 먼저 구한 감쇠율(0.175배)로 나누어 주면, 드라이버단 에 있어서의 전원의 잔류 리풀 위한값이 구해집니다.  즉, 2.9mV / 0.175 = 17mV입니다.

실제의 설계에서는 좀 더 여유를 가진 리풀 제거를 하기 때문에, 잔류 리풀 은 계산값의 1/5∼1/10정도로 생각하는 편이 좋겠죠. 그리고, 내부 저항이 높은 전압 증폭관의 경우는, 전원의 잔류 리풀이 거의 감쇠하지 않고 전부 그대로 출력측에 나타나기 때문에 주의해 주십시오.


<전압 증폭단· · 캐소드팔로워 경우>

소드팔로워 회로에서는 어떻게 될까요. 캐소드팔로워에서는, 캐소드 전위는 플레이트 전압에 관계없이 그리드 전위에 의해서 중간 강제적으로 결정되어 버립니다.

<캐소드팔로워의 경우>

그러나, 그리드와 플레이트와 사이에는, 전원의 잔류 리풀 분의 교류 전압이 걸립니다. 이 영향이,캐소드로부터의 출력에 어느 정도 영향을 주느냐는, 그 관의 3정수중의「μ」로 결정됩니다. 캐소드측에 나타나는 신호 전압은, 그리드 ∼플레이트간 에 걸칠 수 있던 교류 전압(10mV)의 대체로「1/μ」이 됩니다. 12AX7(μ=100)이면 1/100의 0.1mV, 6FQ7(μ=20)이면 1/20의 0.5mV입니다. 캐소드팔로워회로는, 일반적으로 전원의 잔류 리풀에는 강합니다.

다만, 캐소드측이 직접 접지되지 않고, 마이너스 전원이 되는 경우는 이러한 계산은 할 수 있지 않습니다. 전술의 전압 증폭단(플레이트로부터 출력을 꺼내는)과  같이, 마이너스 전원중에 잔류하는 리풀의 영향을 스트레이트로 받습니다 주의 주세요.


잔류 리풀은 어느 정도하면 될까

이야기를 돌려,증 폭 회로의 각stage마다에「잔류 리풀은 어느 정도하면 될까」에 대해서 생각합니다.

<스피커 출력>

8Ω출력에 있어서「1mV」이하, 할 수 있으면「0.3mV」이하입니다. 매우 조용한 환경으로 음악을 들으려고 한다면「0.3mV」로도 부족한 경우도 있을 수 있습니다.

<드라이버 출력>

출력관의 감도가, 「최대 출력시의 입력 전압의 1/10000」근처가 최저 라인입니다. 2A3인 경우 3.2mV가 경계선이 됩니다. 6BQ5의 5극관접속등은 극단으로 고감도이기 때문에, 최저 라인은 0.3mV이하의 오더가 됩니다.

<프리 출력>

메인 앰프의 이득에 의해서 크고 좌우되어 버립니다만, 어떤 메인 앰프를 접속해도, 스피커로부터 걱정이 되는  잔류 험이 나오지 않는 것은,「0.1mV」가 최저 라인이겠지요. 이것으로도, 1V출력에 대해서의 S/N 비는, 60dB 밖에 잡히지 않습니다.

앞서 말한 것처럼, 회로 방식에 의해서 전원의 잔류 리풀이 어느 정도 출력 신호에 혼입하느냐는 다릅니다. 스피커 출력, 드라이버 출력, 프리 출력등들 각각의 stage에 있어서, 잔류 험이 문제없게전원 회로 · 리풀 · 필터 회로를 설계 하지 않으면 안 됩니다.

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