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자작 교실

진공관 앰프 자작시 필요한 기초 지식입니다.
작성자 DHTsound
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 9363      
  5-2. 로드라인 그 2(전압증폭회로-실전편)

부하저항이 다른 경우의 로드 라인

이번에는 구체적으로 전압 증폭 회로에 적용할 로드라인의 실천적인 설계입니다.

우선, 「로드 라인 그 1」의 조건에서 설계를 진행합니다.  전원 전압 220 V,  사용 진공관 6FQ7(6CG7, 6SN7GT, 6 J5GT 모두 같은 특성),  플레이트 부하 저항을 39KΩ로 했을 때와 22KΩ로 했을 때의 2개 케이스에 대해서 검토합니다.

6 FQ7의 Ep-Ip특성에서, 전원 전압 220 V를 기점으로 한 플레이트 부하 저항 22KΩ와 39KΩ때의 로드 라인을 그려 보겠습니다. 39kΩ 로드 라인은, Ep=220 V, Ip=0 mA와 Ep=0 V, Ip=6. 54 mA의 2점을 연결한 직선이 되고, 22kΩ의 로드 라인은, Ep=220 V, Ip=0 mA와 Ep=0 V, Ip=10 mA의 2점을 연결한 직선이 됩니다.  Ip=5. 64 mA 및 Ip=10 mA라고 하는 값은, 각각,

220V÷39kΩ=5. 64mA
220V÷22kΩ=10. 0mA

로 구합니다. 로드 라인은 아래와 같이 됩니다. 39kΩ의 로드 라인이, 22kΩ보다 각도가 눕어 있어 플레이트 전류가 보다 적은 영역에서 동작합니다.


로드 라인과 증폭 작용

그리드·바이어스 전압은, 마이너스 0.7 V보다 낮곳은 사용하지 않는 것이 좋읍니다. (그리드 전류가 흐르므로··. 또, 바이어스가 너무 깊은 영역에서는,  로드 라인을 횡단하는 커브가 눕고 간격이 좁으므로, 이런 곳도 사용하지 않습니다.

 어느 경우도 -1 V∼-7 V의 범위에 동작 가능영역이 됩니다. 바이어스·포인트를 어디에 설정할까는, 꺼내고 싶은 출력전압을 최대로 어느 정도 되어야 하는가가 중요한 판단 기준이 됩니다.  예를 들어 39KΩ부하의 경우, 바이어스·포인트를-2 V로 설정했다고 합니다.  입력 신호는, 최대로 -2 V를 중심으로 해 -1 V와-3 V의 사이에 있으므로 플레이트측 전압을 읽어내면 대체로 70 V와 105 V가 됩니다.

신호의 최대 진폭이 35V(=105V-70V)가 되며, 이 경우, 교류 신호에서는 35 Vp-p로 표현합니다. 피크와 피크의 사이가 35 V라는 의미입니다. 이런 신호를 테스터나 미리발로 측정하면 12.4V(=35V÷1.414÷2)로 표시됩니다. 이것을 12.4 Vrms라고 써, 실효치로 12.4 V라는 식으로 표현합니다.  어느쪽이나 같은 의미입니다. 이 때의 증폭율은, 17.5배(=35V÷2V)입니다.

만약,  p-p값으로 100 V정도 필요한 경우 (6CA7/EL34 3결싱글에서는 이 정도의 드라이브 전압이 필요)는, 이것으로 충분하지 않습니다. 바이어스·포인트를 -4 V정도로 해 주면, 사용할 수 있는 바이어스 전압의 범위가 -1 V∼-7 V로 되어, 플레이트 전압 범위가 70 V∼168 V정도 되어 주어, 100 Vp-p 가까운 출력을 꺼낼 수 있습니다. 이 때의 증폭율은, 16.3배(=98V÷6V)입니다.

같은 플레이트 부하 저항 22KΩ의 경우, 플레이트 전압이 39kΩ때와 같게지는 하는 동작에서는, 바이어스가 상당히 얕아져 100 Vp-p는 꺼낼 수 없습니다. , 100 Vp-p를 얻을 수 있는 바이어스·포인트가 되자면, -4. 5 V가 됩니다. 이 경우의 바이어스 전압의 범위는 -1 V∼-8 V가 되고, 플레이트 전압의 범위는 90 V∼189 V정도 되어 100 Vp-p 가까운 출력을 꺼낼 수 있습니다. 이 때의 증폭율은, 14.1배(=99V÷7V)로 내려가 버립니다.  최대 진폭의 상한도 전원 전압 220 V에 의해 가까운 수치가 되어, 더 이상은 여유가 없어져 버립니다.

이와 같이, 플레이트 부하 저항을 낮은 값으로 하면, 증폭율이 저하해, 꺼낼 수 있는 최대 전압도 작아집니다. 이 그래프에서는 이해하기 어렵습니다만, 출력전압이 크고면완만하게 직선성이 악화되어, 2차 일그러짐을 중심으로 한 왜율도 증가합니다.


바이어스를 주는법

기서, 플레이트 부하 저항은 39kΩ, 바이어스를-4 V로 합시다.  이 바이어스·포인트로 6 FQ7를 동작 시키는  회로는 어떻게 될까요. 지금까지 정해진 조건은 아래대로입니다.

  • 전원 전압: 220V
  • 플레이트 부하 저항: 39KΩ
  • 플레이트 전압: 약 122V
  • 플레이트 전류: 약 2.5mA
  • 그리드·바이어스 전압: -4V
마지막으로 남은 것은 바이어스를 주는 방법입니다. 바이어스에는, 캐소드·바이어스 방식(자기 바이어스 라고도 한다)과 고정 바이어스 방식 2 종류가 있습니다만, 전압 증폭 회로에서는 회로가 간단해지게, 일반적으로 캐소드·바이어스 방식이 선택됩니다. 회로도를 보면 아래그림과 같이 됩니다.

2.5 mA의 플레이트 전류를 사용해, 캐소드 측에 저항을 삽입해 전압을 발생 시켜, 캐소드와 그리드 사이에 상대적으로 마이너스의 전압을 생기게 합니다. 그리드는, 470KΩ가 있기 위해서 어스와 같은 전위가 됩니다만, 캐소드는 1.6KΩ로 전압이 발생하기 때문에 플러스 4 V가 됩니다. 캐소드에서 보면 그리드는 마이너스 4 V가 됩니다. 필요한 저항값은, 오옴의 법칙에서 1.6KΩ=4V÷2.5 mA로 구해집니다. 이것이 캐소드 저항값이 됩니다.

캐소드·바이어스 방식에서는, 캐소드 저항이 끼어들기 때문에, 캐소드 전압이 그리드·바이어스 전압분만 어스로부터 높아져 버립니다. 플레이트 전압은, 캐소드∼플레이트간의 전압을 말하므로, 설계상 플레이트는 122 V였기 때문에, 실제 어스∼플레이트간 전압은 126V(=4V+122V)로 나오개 하지  않으면 않됩니다. 전원 전압도 224V(=4V+220V)가 됩니다.

캐소드 저항(1.6KΩ)에는, 병렬로 충분히 큰 콘덴서를 넣읍니다. 이것이 없으면 설계 대로의 증폭율을 얻을 수 없읍니다. 또, 여기서의 주제가 아닙니다만,  캐소드 저항의 바이패스·콘덴서의 용량으로 꽤 큰 값을 추천합니다. 종래, 여기에 삽입하는 콘덴서의 용량은, 10μF∼100μF가 일반적이었습니다만, 이것을 220μF∼1000μF정도 로 크게 해 줍니다.


다음단의 입력 impedance

전압 증폭 회로의 로드 라인 설계에서, 또 하나 생각해야 할 점이 있읍니다. 그것은, 다음단의 입력 impedance입니다. 예를 들어, 이 회로의 뒤에 출력관에 의한 종단이 계속된다고 하면 회로도는 아래와 같이 됩니다.

출력단이 캐소드·바이어스인 경우, 많은 출력관에서는 그리드 저항은 500kΩ전후까지 허용되고 있습니다. 이런 경우, 플레이트 부하는, 직류적으로 보면 39KΩ입니다만, 교류적으로 보면 39KΩ와 뒤에 있는 470KΩ가 병렬로 되어 있습니다.  계산하면 36KΩ={(39×470)÷(39+470)}가 됩니다. 이와 같이, 전압 증폭 회로에서는 직류 부하는 39KΩ, 교류 부하는 36KΩ와 같이 2 종류의 부하가 존재하므로, 설계시  2 종류의 로드 라인을 그리지 않으면 안됩니다.

만약,  출력단이 고정 바이어스라면, 그라두 저항은 일반적으로 50kΩ∼250kΩ가 상한입니다. 100kΩ이다라고 해 계산하면 28KΩ={(39×100)÷(39+100)}가 됩니다. 여기서, 36kΩ와 28kΩ의 2개의 로드 라인을 그려 봅니다.(밑그림).

교류 부하의 로드 라인은, 직류 부하로 결정로 바이어스·포인트(Ep=122 V, Ip=2. 5mA)를 통과하도록 그립니다. 36kΩ의 로드 라인은, 39kΩ의 로드 라인과 거의 겹치고 있습니다만, 28kΩ의 로드 라인은 각도가 급하게 되어, 꺼낼 수 있는 최대 출력전압이 꽤 낮아 져 버리기 때문에, 이대로는 출력관을 충분히 드라이브 할 수 있을 것 같지 않습니다. 충분한 최대 출력전압을 얻을 수 있도록 하기에는, 전원 전압을 좀 더 높게 하든지 해야됩니다.

여기서, 전원 전압을 270 V까지 올려 다시 그려 보면 2개의 로드 라인나옵니다. 바이어스가 -4.8 V로  동작을 결정해 그 포인트를 통과하는 28kΩ의 로드 라인을 그립니다. 그리드 입력의 최대 진폭은, -1 V∼-4. 8 V∼-8. 6 V가 되어, 이 때의 Ep는, 85 V∼147 V∼200 V정도입니까. 출력전압으로, 200 V-85 V=115 Vp-p를 얻을 수  있기 때문에 전원 전압 220 V때와 비교해 보면 현격하게 유리해졌습니다. 덧붙여서, 이 때의 이득은, 115V÷7.6V=15. 1배입니다.


 
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