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자작 교실

진공관 앰프 자작시 필요한 기초 지식입니다.
작성자 DHTsound
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  Ep-Ip 특성곡선특론

 

Ep-Ip 특성 곡선특론

진공관 앰프 설계시 , Ep-Ip 특성곡선데이터는 매우 도움이 됩니다. 여기에서는, Ep-Ip 특성의 버릇, Ep-Ip 특성 곡선 데이터의 신빙성, Ep-Ip 특성 곡선 데이터가 없는 경우 추정법을 설명합니다.

Ep-Ip 특성 곡선의 버릇

똑같이 보이는 Ep-Ip 특성에도, 진공관 종류마다 다양한 버릇이 있습니다. 아래에, 6종류의 3극관을 비교하겠읍니다. 관에 따라 플레이트 전류 스케일이 다릅니다만, 여기에서는, 전체의 형태를 봐 주십시오.

먼저, 12AX7과 6FQ7입니다. 그림 같이, 플레이트 전류나 바이어스 전압의 스케일은 대단히 다릅니다만, 전체적인 형태는 아주 비슷합니다. 또한, 플레이트 전압 200V이상에서도 두드러진 직선성의 열화는 보이지 않습니다. 비교적 고압에서도 직선성이 좋은 특성을 얻을 수 있는 관입니다(밑그림).

                                  12AX7                                                                   6FG7

 

12AU7에서는, 플레이트 전압이 150V를 넘어가면, 특성 곡선의 사이 간격이 벌어지기 시작하는 모습을 알 수 있읍니다. 12AX7나 6FQ7와 비교하여 2차 일그러짐이 좀 많이 나오는 것은, 이러한 이유에 기인합니다. (밑그림왼쪽). 6DJ8의 특성 곡선이 좀더 서 보이는 것은, 내부 저항이 낮은데 비해 스케일이 12AU7와 같은 이유입니다. 플레이트 전압 150V정도까지, 특성 곡선의 사이간격은 벌어지지 않기 때문에, 비교적 저전압으로 동작 시키는 관치고는, 뛰어난 직선성을 가진 관이라고 생각합니다 (밑그림오른쪽).

                                  12AU7                                                                    6DJ8

6AH4GT의 특성 곡선의 경향은, 지금까지 보아온 공과는 꽤 달라, 플레이트 전압이 높게 되면, 특성 곡선의 각도는 자꾸자꾸 줄고 동시에, 간격도 벌어지고 있습니다. TV관은 대체 이러한 경향이 있어, 6BX7GT, 6CK4, 12B4A, 6EM7 모두 같은 경향을 가지고 있습니다. 이러한 관은, 직선성이 나쁘고, 2차 일그러짐이 많이 발생합니다.(밑그림왼쪽). 밑그림오른쪽은, 5965와 12AT7를 하나의 그래프상에 모아 둔 것입니다. 모양은 6AH4GT과 비슷합니다만, 직선성이 좋지 않음을 알 수 있읍니다. 12AT7같은 고주파 증폭용 관은, 대체로 이러한 특성을 가지고 있습니다.

                             6AH4GT                                                              5965 / 12AT7

Ep-Ip 특성 곡선의 허실

이번에는, 3극관 6G-A4(흑색)와 5극관 EL34/6CA7의 3극관접속(녹색)의 특성 데이터입니다 (위쪽그림). 6G-A4의 데이터는 도시바 발, EL34/6CA7 데이터는 一木吉典저 "진공관 메뉴얼"에 게재된 것입니다

우선,6G-A4(흑색)의 데이터에 주목해 봅시다. 커브 전체의 분위기는 먼저 본 12AU7에 아주 비슷해, 매끄러운 곡선을 그리고 있습니다. 그럼, EL34/6CA7(녹색)의 커브는 어떨까요. 우선, 1줄 1줄이 묘하게 서 있습니다.  곧바로 0mA에 부딪쳐 버릴 것 같은 분위기입니다. EL34/6CA7라고 하는 관의 3결 특성은 이렇게 서 있기 때문에 좋다고 할 수 있읍니다.

보통, 바이어스가 깊게 되면 1줄 1줄이 눕게되고, 간격이 벌어집니다만 , EL34/6CA7의 -30V ∼-50V의 커브는, 변함없이 넓은 간격을 유지하고 있습니다. 이것으로, EL34/6CA7의 3결, 매우 뛰어난 직선성을 가진 관 같이 생각됩. 실제, 이 데이터를 근거로한 EL34/6CA7의 3결은 훌륭한 직선성을 가지고 있다라고 쓰여된 기사를 읽은 적이 있습니다.

그런데, 여기에 흥미 깊은 데이터가 있습니다. 그것은, 본 홈 페이지에서 소개하는「6G-A4범용 싱글 · 앰프 그 1 」의, 6G-A4와 EL34(3결) 교체 비교 데이터입니다. 성도 완전히 다른 이 2개의 출력관을 바꾸어 넣어 측정한 결과는 ,기가 막힐 정도로 비슷합니다.  왜율 특성은, 수치와 특성 커브도 전부 비슷합니다  앰프의 종합 이득도, 댐핑 · 팩터도  기가 막힐 정도로 일치해 버렸습니다. 이 같은 결과는, 이 2개 출력관의 특성 곡선 1줄 1줄의「간격」과「각도」가 같다라는 것을 의미합니다. 구런데 왜, 위 데이터 에 있어서 2개 관의 특성곳선에「간격」과「각도」가 차이가 나는가.

그 해답은, 전술한 EL34/6CA7(3결)의 데이터에 대한 의문입니다. 그림중의 EL34/6CA7(3결)의 데이터에는,(어떤 좋은 점이 있었는지는 모릅니다만) 분명히「거짓말」이 있는 것입니다. 한명의 아마츄어 진공관 앰프 자작가가 , 이 데이터의 허를 간파하였읍니다.

이것을 증명 해 주는 실측 데이터가, 라디오 기술 4월호 별책「진공관 파워 · 앰프 작품집」(사토정히로시저/라디오 기술사)의 EL34(3결)싱글 앰프의 제작 기사중에 있습니다. 그런데, 윗 그림에 사토씨가 실측한 EL34(3결)의 Ep-Ip 특성 데이터를 가는 빨강선으로 그려 넣어 보면 · · 어떻습니까 · · 6G-A4(검은 색선)와 딱 일치하는 것이 아닙니끼. 이것이, EL34(3결)의 진정한 모습이었던 것입니다. 이것이라면, 6G-A4와 EL34(3결)의 교체 데이터는 모두 일치하여야 당연합니다. 그리고, 교체 데이터가 모두 일치한다면, 이 2개 관의 Ep-IP 특성이 같아야지 설명이 가능한 것입니다.

결론은, 도시바 발표의 6G-A4의 Ep-IP 특성 데이터는 신뢰 할 수 있고, 사토씨 실측 EL34(3결)의 Ep-Ip 특성 데이터도 신뢰 할 수 있읍니다. 그러나, 一木吉典저 "진공관 메뉴얼"에 게재된 EL34(3결)의 Ep-Ip 특성 데이터는「거짓말」이라는 것입니다.

EL34/6CA7 뿐만 아니라「잘못된」 Ep-Ip 특성 데이터는 많이 있습니다. 12AX7, 6F6GT(3결), 6SL7GT은 모두 잘못된 대표예겠지요. Ep-Ip 특성 곡선 뿐만 아니라, 수치 데이터에도 허실이 많이 있습니다. 앰프를 설계, 제작, 그리고 측정을 하여「이상하다」라고 생각되면, 가지고 있는 데이터가 옳지 않을지도 모른다라고 생각하는 편이 현명하겠지요. 비록 그것이 메이커 발표 데이터였다고 해도 말입니다.

여담입니다만, 테크놀로지의 세계에서는, 사람이 말한 것이나 상식을 가지고 잇으면, 아무 진보도 해결방법도 없는 경우가 많습니다. 특히, 오디오의 세계에서는, 프로 · 아마추어를 불문하고, 어쩐지 이상한 이론이나 풍설을 쉽게 믿어 버려, 단정한 경우가 많기 때문에 주의를 기울일 필요가 있읍니다. 물론, 훌륭한 연구 활동, 깊이 생각한 가설이나 정중하게 검증된 이론도 많이 있습니다.

얻을 수 있는 정보로부터 Ep-Ip 특성 곡선을 추정한다

대부분 오디오 출력관에는, Ep-Ip 특성 데이터가 발표되고 있습니다. 그러나,TV관에는 대부분 Ep-Ip 특성 데이터를 입수 할 수 없읍니다. 아주 얼마 않되는 단편적인 특성 데이터 밖에 입수 할 수 없는 것이 보통입니다. 여기서는, 이러한 경우라도, 얻을 수 있는 단편적인 특성 데이터로부터, Ep-Ip 특성의 개요를 추정하는 방법에 대해서 설명합니다.

<6AH4GT의 경우 · · ·6AH4GT전단차동푸시풀 · 앰프에서 발췌>

6AH4GT라는 관 대해서, Ep-Ip 특성 데이터를 입수 할 수 없읍니다. 알고 있는 것은,

  • Ep=250V, Eg1=-23V, Ip=30mA때,
  • rp=1.78kΩ, μ=8, gm=4.5이며,
  • 이 때의 추천 부하 impedance는 5kΩ이다,
정도입니다. 그러나, 이 정도의 정보가 있으면, 대체적인 Ep-Ip 특성을 짐작 할 수 있습니다.

위 그림을 참조해 주십시오. 우선, Ep=250V, Ip=30mA의 포인트(A점)에 있어서 바이어스가 -23V로써, 그 때의 내부 저항(rp)이 1.78kΩ이기 때문에, A점을 통과하는, rp=1.78kΩ의 직선(본래는 곡선)을 그려봅니다. 하는 김에, 바이어스가 -20V와 -26V의 때의 직선(본래는 곡선)도 그려 보았습니다.

다음, A점과 같고 Ip=30mA로써 ,바이어스가 0V인 포인트를 구해 봅니다. μ가 8이기 때문에, 23V×8=184V가 되므로,2 50V-184V=66V가 B점입니다. 일반적으로, 바이어스가 얕게 됨에 μ도 약간 증가하므로, B점이 되는 것은 여기에서 약간 왼쪽편이 됩니다.

하나 다른 어프로치도 해 봅시다. Ep=0V, Ip=0V(즉 좌측밑구석)를 기점으로 하여, rp=1.78kΩ인 직선도 그려 봅니다. Eg1=0V인 특성 곡선은, B점부근을 통과해, rp=1.78kΩ의 직선에 근접하고, 실제로는 활 모양의 곡선이 됩니다. 이러한 짐작으로 그려본  것이 B' 곡선입니다. 직선성이 좋은 직열3극관에서는 굵은 흑색선의 각도에 가깝게 되고, 직선성이 나쁜 방렬3극관에서는 가는 곡선 같은 경향이 있습니다.

마지막으로, A점을 통하는 5kΩ의 로드 라인(C)을 그립니다. 어떻습니까? 이만큼 정보가 갖추어지면, 동작 조건이 바뀌어도, 대체적인 설계를 할 수 있다고 생각됩니다. 진공관 데이터에서는, 이러한 사용법이 가능 할 수 있도록, 중요한 동작 포인트를  발표하고 있습니다. 그 중에, Eg1=0V의 데이터가 보충적으로 제공되는 경우도 많아, 이것을 알면 Eg1=0의 케이스에 대해서 좀 더 정확하게 파악 할 수 있습니다.

그런데, 실제 6AH4GT의 특성 데이터는 어떤 모양일까요. 하야시씨가, 6AH4GT의 데이터를 보내 주었으므로, 그 데이터를 위에서 추정 Ep-Ip 특성에 겹쳐 봅니다. (위, 청색의 실선)

바이어스가 0V때 의 특성은, 추정값과 거의 일치했습니다. 이 특성은,앰프 설계시에 가장 중요한 데이터이기 때문에, 이것을 정확히 추정 할 수 있었다는 것은 큰 의미가 있습니다.

그런데, 실제 6AH4GT의 특성 데이터에서는, Ep=250V,Ip=30mA의 포인트(A점)에서 바이어스는 약 -21V 정도로 읽어낼 수 있습니다. 발표값 -23V와는 차이가 나고 있습니다. 이 용도의 텔레비젼관은, 불균형이 꽤 있기 때문에, 발표 데이터와의 사이에서 오차가 발생한 것입니다.

이 방법에 의한 Ep-IP 특성의 추정법이, 꽤 실용적이다는 것을 이해할 수 있읍니까.

<6CK4의 경우>

6CK4라고 하는 관에 대해서도, Ep-Ip 특성 데이터를 입수 할 수 없어나, 6AH4GT에 비하면 좀 더 정보가 있습니다. 즉, 6AH4GT에서는 알지 못했던 바이어스 =0V 시의 데이터입니다. 같은 데이터를 입수 할 수 있는 나머지 관들을 포에 모았습니다.
6CK4 6BX7-GT 6R-A6
Ep 100V 250V 100V 250V 100V 250V
Eg1 0V -28V 0V -16.4V 0V -12V
Ip 125mA 40mA 80mA 42mA 60mA 26mA
gm - 5.5 - 7.6 - 8.5
rp - 1.2kΩ - 1.3kΩ - 1.75kΩ
μ - 6.6 - 10 - 15

 

위그림을 참조해 주십시오. 먼저, Ep=250V, Ip=40mA의 포인트(A점)에 있어서의 바이어스가 -28V이고, 이 때의 내부 저항(rp)이 1.2kΩ이기 때문에 ,A점을 통하는, rp=1.2kΩ의 직선(본래는 곡선)을 그립니다. 하는 김에 ,바이어스가 -25V와 -31V의 때의 직선(본래는 곡선)도 그려 보았습니다.

다음에, 기존의 바이어스가 0V의 포인트를 도상에 그려 봅니다. Ep=100V ,Eg1=0V때 의 Ip가 125mA이기 때문에, 이 포인트가 도상의 점 B'가 됩니다. 또한, Ep=0V, Ip=0V(즉 왼쪽 하 구석)를 기점으로 하여, rp=1.2kΩ의 직선도 그려 봅니다. 실제  Eg1=0V의 특성 곡선은, B'점 상을 통해, rp=1.2kΩ의 직선에 유사하면서, 활 모양인인 곡선이 됩니다.이러한 짐작으로 그려본 것이 B"의 곡선입니다.

참고를 위해서, 6AH4GT 때와 똑같이, A점과 같고 Ip=40mA로써, 바이어스가 0V인 포인트를 구해 봅니다. μ가 6.6이기 때문에, 28V×6.6=184.8V가 되므로, 250V-184.8V=65.2V가 B점입니다. 또한, A점을 통하는 5kΩ의 로드 라인(C)을 그려보았습니다.

그리고, 이번에도 실제 6CK4의 특성 데이터를 위 추정 Ep-Ip 특성에 추가로 그려 봅니다. (위그림, 청색 실선)  이번에도, 바이어스가 0V때의 특성은, 훌륭하게 추정값과 거의 일치했습니다.  6CK4에서는, Ep=100V, Eg1=0V때 의 Ip가 125mA(B'점)라는  것을 알수 있습니다.

그럼, Ep=250V, Ip=40mA의 포인트(A점)는 어떨까요. A점에서 바이어스는 약-28∼-29V 정도로 읽어낼 수 있습니다. 발표값 -28V에 꽤 가까운 값입니다. -25V나 -31V 포인트의 추정 데이터도 충분히 사용할 수 있을 것 같습니다.

이와 같이, Eg1=0V때 의 Ip가 1개인 포인트 만으로도 알수 있어, Ep=250V, Ip=40mA 같은 표준 동작에 가까운 그런 바이어스 · 데이터가 있으면, 결과는, 모든 Ep-IP 특성이 없어도, 충분히 앰프 출력단의 설계는 가능합니다.

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