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자작 교실

진공관 앰프 자작시 필요한 기초 지식입니다.
작성자 DHTsound
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  5. 로드라인 그 1 (기초편)
 

진공관(3극관)증폭 회로의 기본 동작

 
자, 이제 로드 라인을 알아봅시다. 로드 라인에 대해서 설명하기 전에, 진공관(3극관)증폭 회로의 기본 동작에 대해서 먼저 알아봅시다.


여기에, 쌍 3극전압 증폭관 6FQ7의 캐소드는 접지(지구)되고, 플레이트에 39KΩ 저항이 접속되고, 또한 220V의 전원이 인가되고 있는 회로가 있습니다 (위그림). 전원 전압이 220V인 것에 대해 특별한 의미를 부여하지 마시고 그저 하나의 예라고 생각하십니쇼. 진공관 증폭 회로는, 그리드에 적당한 마이너스 전압(바이어스)을 걸어 주어 회로의 동작 조건을 결정합니다만, 지금은 그다지 깊게 생각하고 마십시요. 여기서, 6FQ7에,  플레이트 전류가 흐르지 않다(Ip=0mA)고 합시다. 39KΩ 저항에 흐르는 전류도 0mA이기 때문에, 오옴의 법칙(E=IR)에 의해, 0mA × 39KΩ = 0V 가 되어, 39KΩ 양단에 생기는 전압은 0V입니다. 즉 6FQ7의 플레이트 전압은 전원 전압과 같고 220V가. 그럼, 6FQ7에 1mA의 플레이트 전류가 흐르고 있다고 하면 어떨까요. 1mA × 39KΩ = 39V 이기 때문에, 저항으로 전압 강하는 39V가 되고, 따라서 6FQ7의 플레이트 전압은, 220V로부터 39kΩ 저항에 의한 전압 강하분을 뺀, 220V - 39V = 181V 가 됩니다. 똑같이 , 0mA, 1mA, 2mA, 3mA· · ·로 하여 플레이트 전압(Ep)이 제로가 될 때까지 계산해 가면,  
플레이트 전류 Ip(mA) 39KΩ의 전압 강하 플레이트 전압 Ep(V)
0mA 0V 220V
1mA 39V 181V
2mA 78V 142V
3mA 117V 103V
4mA 156V 64V
5mA 195V 25V
5.64mA 220V 0V
라는 결과를 얻을 수 있습니다. 6FQ7의 플레이트 전류가 변화하는 것에 따라, 플레이트 전압이 220V부터 0V까지 변화하는 것을 알 수 있읍니다. 이 모습을 그래프로 그리면 아래 그림 같이 됩니다.


이「Ep=220V, Ip=0mA」점과「Ep=0V, Ip=5.64mA」점을 잇는 선을「39KΩ 로드라인」라고 합니다. 이 회로에서는, 플레이트 전압과 플레이트 전류는 반드시 이 로드 라인상에 있습니다.


플레이트(Ep-Ip)특성은


 
그런데, 진공관 메뉴얼등의 자료에는 위그림 같은 플레이트(Ep-Ip)특성이라는 그래프가  실려 있습니다. 오위 그림은, 6FQ7의 실측 플레이트 특성 데이터입니다.
플레이트(Ep-Ip)특성은, 그 진공관의 특성을 전체적으로 1개의 그래프로 표현한 것입니다. 이것을 잘 알면,그 관이 어떠한 성질을 가지고, 어떠 동작 조건을 주면 좋을까를 모두 알 수 있는 매우 중요한 데이터입니다.  6FQ7관의 그리드를 캐소드와 같은 전위로 했다고 합시다. 즉, 바이어스는 마이너스가 아니고, 딱 0V로 한 경우입니다. 그리고, 플레이트 ∼캐소드간에 0V부터 100V정도까지, 전압을 건 때,  어느 정도의 플레이트 전류가 흘렀는지를 조사했다고 합시다. 그렇다면, 플레이트 ∼캐소드간 전압이 0V 일때의 플레이트 전류는 0mA, 10V일에는 0.9mA, 20V일에는 1.8mA· · · 90V에서는 8.5mA를 얻을 수 있었습니다. 이것을 그래프로 한 것이, 위 그림의「0V」 커브입니다. 이번에는, 그리드에 -1V 바이어스를 걸어, 지금과 같은 순서로 플레이트 전류를 측정합니다. 그렇다면, 플레이트 ∼캐소드간의 전압이 0V일 때의 플레이트 전류는 0mA, 10V일 때도 거의 0mA, 20V일 때는 0.25mA, 30V일 때는 0.8mA· · · 110V일 때는 8.2mA를 얻을 수 있습니다. 이것을 그래프로 한 것이, 위 그림의「-1V」 커브입니다. 이 특성그림을 사용하면, 플레이트 ∼캐소드간 전압이 100V일 때, 플레이트 전류가 2.5mA가 되는 것처럼 하고 싶은 경우, 어느 정도의 바이어스를 주면 좋을까를 알 수 있읍니다.「-3V」이군요.

플레이트(Ep-Ip)특성과 로드 라인


위 그림을 잘 보면, x축「Ep(V)」, y축「Ip(mA)」의 눈금은 모두 앞 로드 라인의 그래프와 같습니다. 그리고, 이 2개의 그래프를 중첩시켜(위밑그림).
이 그림은, 진공관 6FQ7를 일정한 동작 조건에서, 플레이트 전류(Ip)와 플레이트 전압(Ep)이, 그리드 전압(Eg)에 의해서 어떻게 변화할 것 인가를 나타낸 그래프입니다. 그리고, 일정한 동작 조건이라고 하는 것이, 플레이트 특성 곡선(비스듬한 선)과 교차해 로드 라인상의 포인트인 것입니다. 즉, 6FQ7라는 관을, 전원 전압 220V, 플레이트 부하 저항 39KΩ라는 조건이 때, 그리드 전압을 가지각색으로 변화시키면 어떻게 될것인지라고 하는 것을 그림으로 나타낸 것이 됩니다. 그림을 읽는 법입니다. 그라두에 -4V의 바이어스를 준 때(도상의A점)는, 플레이트 전압은122.5V(도상의B점)가 되고, 그 때의 플레이트 전류는 2.5mA(도상의C점)입니다. 그리두 전압을-2V로 변화 시키면 플레이트 전압은 88V정도가 되고, -6V로 변화 시키면 플레이트 전압은153V정도가 됩니다(그림중의푸른 화살표의 범위). 또한, 그리두 전압을 미리 -4V로 고정시키고, 그곳에 플러스/마이너스 2V의 전압을 주면, 플레이트 전압은 88V가 되거나 153V가 되거나 합니다. 그 차이는 153V-88V=65V입니다. 4V(플러스/마이너스 2V이므로)의 변화를 구라두에 주어, 플레이트측에서 65V의 변화를 얻을 수 있는 것이므로, 65V / 4V = 16.25배 16.25배의 증폭을 할 수 있게 됩니다. 이것이 진공관에 있어서의 전압 증폭 작용의 기본입니다.
같은 로드 라인이라 하더라도, 거는 바이어스의 깊이에 따라 동작의 기점은 바뀝니다. 가능한 한 큰 진폭을 얻고 싶은 경우는, 로드 라인상의 중앙을 선택합니다. 소신호라도 좋으것 같으면, 바이어스 깊이의 선택폭은 상당히 넓게 됩니다. 예를 들면, 다음단과의 사이를 직결로하고 싶은 경우, 전단의 플레이트 전압은 낮게 하는 것이 좋기 때문에, 바이어스를 가능한 한 얕게(예를 들면-1.5V)하는 것으로 플레이트 전압을 80V정도까지 낮게 할 수 있습니다. 로드 라인은, 진공관에 한하지 않고, 모든 증폭 회로에 있어서, 증폭 소자가 어떠한 조건 하에서 동작할 것 인가를 분명히 알 수 있는 매우 중요한 수단이기 때문에, 머릿속에 로드 라인 이미지를 떠 올릴 수 있게, 이해하여 주십시오. 또한, 6FQ7같은 3극관에서는,그리드 전압은 -0.7보다 마이너스의 영역에서 동작 시킵니다. 그리고,본페이지의 예에서는, 로드 라인상의 -8V보다도 깊은 영역에서는 곡선으로 눕어 있고, 간격이 좁아지고 있으므로, 일그러짐이 증가해 버리기 때문에, 이 근처의 영역은 그다지 사용되지 않습니다.

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