초3극관접속 Ver 5.

EL34 푸시풀 스테레오 파워앰프

(무선과 실험 : 1993년 4월호에 게재)

일본 Shinichi Kamijo 저

초3극관접속 방식은 내부 저항이 낮기 때문에 전원 전압의 변동을 받기 쉽지만, 평형 동작하는 푸시풀 회로는 기본적으로 전원의 전압 변동에 영향을 받고 있지 않다.

차동회로가 가능한 초3극관접속 버젼 4로부터 발전한 초3극관접속 버젼 5에 의해서, 초3극관접속과 푸시풀 회로의 이상적인 조화를 실현했다.

EL34와 초3극관접속

본기는 EL34에 대한 하나의 해석을 표현한 것입니다.

무수한 명관이 존재하는 중에서, 현재 가장 많이 상용되고 있는 대표적인 출력관 EL34를 사용하는 것은, 초3극관접속（이하 초3결）의 출발 시점부터의 바램이었습니다.

그러나 진공관의 긴 역사 위에 서있는 관에, 임시 변통의 회로를 사용하고 싶지 않고, EL34를 최고의 형태로 사용하고 싶었기 때문에, 초3결 버전을 차례 차례로 전개해 왔습니다.

만약 간단하게 EL34를 사용했으면, 초3결은 버젼 1에서 끝났을 지도 모릅니다.
초3결 V의 의미는 초3결 5의 버젼이어, 염원을 이룬 V싸인이기도 합니다.

초3결 V

초3결 V는 그림 1에서 나타나는 초3결버젼 4를 기초로, 그림 2로 나타난 것 처럼 초단과 출력단 사이에 반전 증폭 회로를 넣어, 출력관을 플레이트 팔로워 한 회로입니다.

그림 3은 푸시풀 회로로서, 위상 반전 뒤의 신호를 출력관에 상하 교차해 주는 방식의 초 3결 V로 ,이름 붙여 초3결 VX입니다.

B급 동작에서는 특별한 회로를 사용하고 있지 않은 한, 출력의 변화에 따라 출력관 플레이트 직류 전압이 변동하고, 이 변동이 귀환 루프에 의해서 초단에 전달됩니다만, 상하 출력관의 플레이트 직류 전압 변동분은 동일하고 동상이기 때문에 초단차동회로로 상쇄됩니다.

역설적으로, 가령 직류 전압 변동분을 증폭해 버리면, 초단의 플레이트 전압이 직류적으로 크게 변화하고, 커플링 콘덴서에 장 주기의 충방전이 생겨, 이것에 의해서 출력관의 제1그리드전압이 변동해 크로스오버 일그러짐이 생기거나, 역으로 과대 전류가 되거나 합니다.
정확히 이러한 문제를 종래의 초3결이 안고 있어, 초3결 V의 등장이 없으면 B급 푸시풀 회로에 초3결을 채용하는 것은 불가능했습니다.

그러나 기본 회로에서, 초단의 전원 전압을 출력관의 플레이트 전압보다도 높고게하지 않으면 안 되고, 출력관을 최대한 유효하게 사용하기 위해서는, 출력관보다도 2배이상 높은 최대 플레이트 전압을 가진 전압 증폭관이 초단에 필요하고, 게다가 전단증폭에서는, 초단관 μ에 비현실적으로 높은  값이 요구됩니다.

그런데, 여기에 초3결버젼 3의 수법을 적용하여, 그림 4같이 출력관의 플레이트와 초단관 사이에 귀환용의 3극관을 추가했습니다.

[그림 4] 초3결 VX개(PDF)

입력부터 출력관의 플레이트까지의 전압증폭도 Ap는, 초단관과 귀환관의 전압 증폭율을 각각 μ1,μ2로 하면, Ap=μ1（1+μ2）가 되어, 중간 정도의 μ를 가진 관을 사용할 수 있습니다.
게다가, 귀환관 캐소드의 신호 전압 ek는, 출력관플레이트의 신호 전압을 ep라 하면, ek=ep/(1+μ2)가 되므로 초단의 동작 전압은 낮아도 되므로, 전술한 문제가 한꺼번에 해결됩니다.
그런데 전압 귀환율과 ek가 같이 감소하므로, 오픈루프 게인을 높게 할 수 없는 점이 나쁘게 됩니다.

이 실험 회로를 그림 5로 나타냅니다.

회로를 간단히 하기 위해, 초단의 캐스코드 회로를 5극관으로 바꾸어 놓았읍니다만, 기본적으로는 그림 4와 같습니다.
초단의 게인을 높이려고, 부하 저항이 높거나, 고 gm관으로 바꾸어 볼려고 했습니다만, 두드러진 특성의 개선은 있지 않았습니다.

거기서 다시 그림 2의 초3결 V에 돌아오는 것이 됩니다만, 초단과 출력단 사이에 드라이버단을 넣어, 게인을 얻는 것과 동시에 출력단을 강력하게 드라이브 하는 것으로 했습니다.
동작상은 싱글에서도 상관없게 되었습니다만, 푸시풀로 하는 것이 드라이버단을 차동회로로하고, 직결화할 수 있는 장점이 있습니다.
무엇보다 EL34는 B급 푸시풀 동작으로 해야만 본 진가가 발휘됩니다.

본기의 앰프 회로

전술의 과정을 거쳐 그림 6에서 나타나는 본기의 회로가 되었습니다.

여기서 사용되고 있는 2단직결작동회로는 게인이 높은 직류증폭기이기 때문에, 초단관이 원인이 돼 드라이버관의 플레이트 전압이 안정되지 않는 트러블을 발생합니다.
처음에는 그림 5 의 연장으로 초단관에 EL86를 사용하고 있었습니다만, 직류 안정성이 나쁘고, 드라이버관의 플레이트 전압이 끊임없이 변동 하기 때문에, V1a,V1b를 1개의 쌍3극관으로 했습니다.

이 V1으로 고gm로 노이즈가 적은 6DJ8을 검토했습니다만, 전원을 넣고 고치고 나면 직류 밸런스가 무너져, 드라이버단의 플레이트 전압이 이전과는 다른 값으로 변하는 문제가 있어 채용을 단념했습니다.
이러한 현상은 관의 히터 구조에 기인하는 것 같고, 12AU7를 사용함으로서 안정인 동작을 얻을 수 있었습니다.

V2에도 12AU7를 사용해, 선별해 좋은 편을 V1으로 사용했습니다.

V4는 그 플레이트를 출력관의 플레이트에 접속하고, 출력관과 같은 플레이트 전압으로 동작하기 때문에, 고내압의 전압 증폭관이 요구됩니다.
이상적인 것은 락스 6240G（최대 플레이트 전압 800V）입니다만, 현재 시장에서 구하기 힘들므로 , 입수가 용이한 12BH7A（최대 플레이트 전압 450V）을 사용했습니다.

드라이버단의 V5로 V4와 같은 12BH7A를 사용함으로써, 일그러짐이 상쇄되어 왜율특성이 현격히  좋게 되었습니다.

출력관 V6,V7의 EL34는 최대 출력 50W정도를 목표로, 그림 7 의 동작 예를 따랐습니다.

［그림 7] EL34 B급 PP동작예(PDF)
Ebb	Eb	Rg2	RL	EC1	Esig	Ib	Ib sig	Ic2	Ic2 sig	Po	KF
(V)	(V)	(kΩ)	(kΩ)	(V)	(Vrms)	(mA)	(mA)	(mA)	(mA)	(W)	(%)
425	400	1	3.4	-38	27	30×2	120×2	4.4×2	25×2	55	5

파워앰프 제작시 공통제2그리드 저항을 함부로 작게 하면, 대출력시에 제 2그리드가 적열해 관의 수명이 줄어들어, 결국은 출력이 나오지 않게 되므로, 1kΩ은 지켜야 합니다.

이 공통제2그리드저항은, V6,V7의 푸시풀 밸런스를 정하는 효과가 있으므로, 콘덴서로 제 2그리드를 교류적으로 접지하는 경우는 왜율이 증가합니다.
그러나 제 2그리드를 교류적으로 완전히 접지 하지 않는 경우에는, 최대 출력 부근에서 오시로스코프 파형에 미세한 발진이 나탔습니다.
원인으로 제2그리드로부터 제 1그리드에, 전극간용량이 있어 나타나는 고주파적인 귀환이 아닐까하고 생각해, 소용량의 콘덴서로 제 2그리드를 접지해 보았더니, 발진 파형이 없어 지는 것을 알 수 있었습니다.

방형파의 출력 파형에 링기지가 나왔기 때문에, 입력에 하이 컷오프 필터를 넣어, 앰프의 응답 한계를 상회하는 고주파가 입력되지 않게 해 둡니다.

초단차동회로의 정전류 근원에 V3로서는 6AU6를 사용해, 신호계를 모두 진공관으로 구축했습니다.

본기의 전원 회로

전원 트랜스에 탱고 MS-450D를 사용했습니다.

전원은 어스전위를 기준하여, 에,지하 1층, 지상 2층의 3개층 구조가 되었습니다.
그림 8은 기본 구성을, 그림 9는 실제 회로를 나타냅니다.

［그림 9] 전원 회로(PDF)

지하 1층에 해당하는 -B는, V3의 정전류 회로와 V4의 캐소드의 마이너스전원으로써, 전압 변동에 비교적 둔감합니다.

1층의 +B1은, 2층을 어스전위로부터 받치는 전원으로 초3결의 루프에 들어가기 때문에, 노이즈가 있어서는 안 됩니다.
그리고 +B1을 분압해, V4,V6,V7의 바이어스 전압으로 사용합니다.

따라서 +B1에는, 바이어스 회로의 전압 분할 저항과, -B를 통하는 전류만이 흐릅니다.

-B와 +B1에는 AC70V를, +90V와 -90V로 정류해 각각의 전원으로 했습니다.
특히 +B1의 평활을 위하여 2200μF의 대용량 콘덴서를 사용해, 리플분을 완전하게 제거했습니다.

2층의 +B2는 주로 출력단에 전력을 공급하는 전원으로써, 출력관의 격렬하게 변화하는 전류는 이 층 밖에 통하지 않기 때문에, 이 전원의 초크 코일 이후를 L,R의 2계통으로 분할해, 채널 · 분리도를  높였습니다.

+B3은 초단과 드라이버단의 전원으로써, +B2에서 디카플링하여 사용합니다.

히터 회로는, 전원 트랜스에 3개 있는 히터 권선의 안 측  2개를, L,R 각각에 EL34와 V5의 12BH7A로 사용하고, 캐소드 내압을 고려해 +B1의 전압을 히터에 걸었습니다.
나머지1개 히터 권선으로써, 나머지 관과 후술하는 타임 · 리레이 회로에 사용하고, 저항으로 분할한 중점을 어스해 험을 줄였습니다.

전원 투입시에 출력관을 과전류로부터 보호하기 위해, 타임 · 리레이로 약 30초의 스탠바이 시간을 두었습니다.

특히 출력관의 커플링 · 콘덴서가 충전되는 동안에, 출력관의 제 1그리드 전압이 정방향으로 쏠리기 )때문에, 스탠바이 시간내에 커플링 · 콘덴서를 충전 완료하기 위한 설계를 했습니다.

스탠바이중 리레이 접점이 NC측에 있기 때문에, +B3으로 전압이 걸려 커플링 · 콘덴서가 충전됩니다.
이 때에, +B3로부터 +B2로 전압이 가해지지 않게, 다이오드 D6,D7로 저지하고 있습니다.
그리고, 스탠바이중에 V4의 플레이트 전류가 흐르기 시작하기 때문에, +B2전압이 하강해 전해 콘덴서를 역극성에 충전하지 않게, D5로 출력관의 히터 전원을 정류해 +B2에 낮은 전압을 가합니다.

타임 · 리레이의 회로는 히터 전원 전압으로 동작하도록 트랜지스터로 만들었습니다.
전원 투입으로부터 리레이가 붙을 때까지의 스탠바이 시간 T는, CT,RT의 시정수로 조정 할 수 있고, 약  T（sec）=CT(μF)· RT（MΩ）이 됩니다.
파이로트 LED를 이 회로에 넣어, 스탠바이로부터 동작시 발광 휘도가 높게하였습니다.

사용 부품에 대해서

출력 트랜스에 탱고 XE-60-3.5를 사용했습니다.
이것에 맞추어 전원 트랜스도, 수주 생산품으로 다소 가격이 비싸게 됩니다만, 같은 색조의 품명의 말미에 H가 붙는 타입을 사용했습니다.

진공관은 어느 것도 인기있는 것이기 때문에 용이하게 입수 할 수 있어, 양질의 것을 선택할 수 있는 여지가 있습니다.
12AU7는 외부 유도나 기계적 진동에 강하고 험이 적은 관을 찾던 중, 현시점에서는 12AU7의 고신뢰관인 6189W를 사용하고 있습니다.
EL34는 반드시 페어를 맞추어 사용합니다. 메이커는 모양으로 신뢰감이 잇을 만한  필립스를 선택했습니다.
12BH7A는 많이 사용되는 GE제입니다.

저항의 정격전력은 소비 전력의 2배 이상으로 하고 있습니다만, 차동회로의 플레이트 부하저항은 조정 미비 등으로 플레이트 전류가 극단적인 언바란스 상태가 되면 과열하므로, 최악을 고려한다면 추가적인 2배의 정격전력으로 해야 마땅하지만, 크기가 크고, 유도를 받기 쉬워져, 부품 배치가 괴롭게 됩니다.

기타 특기할 정도의 부품은 사용하고 있지 않습니다. 부품 리스트를 표 1 로 나타냅니다.

품명			수량		구입처
진공관		PHILIPS EL34 페어	2		켄 오디오
		SYLVANIA 6189W	4		후지 상사
		GE 12BH7A	4		켄 오디오
		RCA 6AU6	2		후지 상사
다이오드		토시바 1S2711	7		오 텍
		일본인터 10DF2	3		오 텍
		토시바 1S1588	1		등상전자
		신전전 S1VB20	1		알프스 무선 파츠
트랜지스터		토시바 2SC2655 Y	1		오 텍
		토시바 2SA1015 GR	1		오 텍
전원 트랜스		탱고 MS-450D H	1		켄 오디오
출력 트랜스		탱고 XE-60-3.5	2		켄 오디오
초크 코일		탱고 TC-10-130W	2		켄 오디오