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기술 연구

작성자 DHTsound
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  전단차동푸시풀 앰프에 대하여 그 1

 

「全段차동푸시풀 · 앰프는?」

 

지금까지 다양한 분들이「전단차동푸시풀 · 앰프」를 만들어 밨습니다만, 여러분이 공통으로 말씀하시는 것은「푸시풀인데 지금까지 들은 적이 있는 어느 푸시풀의 소리도 아니다」「푸시풀인데 싱글 같은 소리가 난다」였습니다. 나는, 지금까지, 이 말에 특별한 관심을 가지지 않았읍니다만, 어쩌면, 이 말안에 매우 중요한 진리가 있는 것이 아닐까라고 생각하게 되었습니다.

그것은, 전단차동푸시풀 앰프의 소리가, 분명히 일반 푸시풀 앰프와 다른 소리인 것, 예를 들면, 정위감이 있고 밀도가 높은 음장감인 것, 독특한 힘을 가진 저역인 것 등입니다. 왜, 이러한 소리가 날 것 인가, 그러면 어디엔가 그 이유와 메카니즘이 숨겨져 있을 것입니다. 취미라고 할 수 있고, 앰프를 설계 · 제작하는 사람으로서,  이 수수께끼를 해명하고 싶읍니다.

「전단차동푸시풀 · 앰프」, 그리 귀에 익지 않은 이름입니다. 진공관 앰프 회로 기술은, 몇 십년전에, 그 자료가 모두 나온 것처럼 보입니다. 그러나 현재에도, 진공관이라는 뛰어난 증폭 소자를 살려, 보다 좋은 소리의 앰프를 실현할려고, 다양한 연구가 행해지고 있습니다. 유감스러운 일은, 오디오 산업이 쇠퇴하고, 기업들의 사양사업분야가 되어, 이러한 노력은, 기업 레벨이 아니고, 오디오를 좋아하는 사람들 사이에서만 행하여지고 있다는 사실입니다.그런중에 , 종래 푸시풀 · 앰프의 문제점을 해결하는 하나의 회로방법으로서, 全段差動푸시풀 · 앰프가 등장했습니다.

차동푸시풀 회로(혹은 차동회로) 자체는 결코 아주 새로운 것이 아닙니다만, 출력단까지 이 방식이 채용된 제품은, 지금까지 있지 않습니다. 왜냐하면, 차동푸시풀 회로에서는 푸시풀 회로 특유의 대출력을 얻을 수 있지 않기 때문입니다. 진공관 앰프 애호가가 많고, 회로 방식에 대해서 보수적이고 고전적인 회로를 숭배하거나 복고적 부품 애호 취미가 현저한 사실이 존재하기 때문에, 진공관 앰프에 있어, 차동회로 같이 반도체 회로에 많이 사용되는 회로 방식의 채택등은 생각할 수도 없다라고 하는 사람도 많습니다. 진공관 오디오는, 기술 세계에서 복고와 허세와 종교의 세계로 바뀌어 버렸다는 감이 있습니다.

「전단차동푸시풀 · 앰프」는, 빈티지 앰프 숭배에 대한 현대 진공관 회로 기술의 도전입니다. 정점을 추구하는 진공관 앰프가 도전하는 고급 지향 · 오디오에 대한 도전이기도 합니다.

 

■푸시풀 회로의 문제점

세상에는 이상한 생각이 있습니다. 초보자는 싱글 · 앰프, 베테랑은 푸시풀 · 앰프라는 생각입니다. 그러한 것은 분명히 전문서적에서 기인한 것으로 보입니다. 푸시풀 · 앰프는, 싱글 · 앰프가 않고 있는 결점을 해결한 고급 회로라고 생각되고 있기 때문입니다. 푸시풀 · 앰프에서는, 출력관의 수가 싱글의 2배, 얻을 수 있는 출력도 싱글의 2배이상이기 때문에, 관의 수가 많음 = 고급,고가 =고급,대출력 =고급이라는 도식에 딱 맞습니다.

그럼, 푸시풀 회로라는 것은, 정말로 고급일까요. 정말로 고성능일까요. 모든 점에서, 푸시풀 회로는 싱글 회로를 능가하고 있다고 생각하고 있읍니다. 확실히, 얻을 수 있는 최대 출력은 푸시풀 회로가 압도적으로 크고, 왜율특성은 푸시풀 회로가 아주 낮고, 주파수 특성 · · · 특히 저역 특성 · · ·은 푸시풀 회로가 단연 우수합니다. 이 세가지 점에서, 싱글 · 앰프는 아주 불리합니다.

그러나, 현실을 보면, 반드시 푸시풀 · 앰프의 소리가 높은 평가를 얻는고는 생각되지 않읍니다. 싱글 · 앰프에서 처음시작하여, 푸시풀 · 앰프를 만들게 된 사람은, 지금도 싱글 · 앰프에 침착하고 있다는 예가 좋은 예입니다. 푸시풀 · 앰프의 소리에 대한 불만도 적지 않습니다 .푸시풀 · 앰프의 소리가 마음에 들지 않기 때문에 ,싱글 · 앰프의 결점을 용서하고 애용하고 있는 사람이 많읍니다.

즉, 푸시풀 · 앰프(푸시풀 회로)는, 아직도, 해결 해야 할 문제를 안고 있는 것입니다. 그것은, 언뜻 보기에, 싱글 회로보다도 우수하다고 생각되는 푸시풀 회로라고 하는 것이, 실은, 많은 모순과 타협을 안고 있기 때문이라고 생각합니다. 진공관 앰프에 있어서 푸시풀 회로는, 결코 뛰어난 것이 아니고, 차라리 문제 투성이이다라고 하는 것이 나의 생각입니다.

여기에서 종래형태의 푸시풀 회로의 문제점을 분명히 하고, 그 문제중 몇개를 해결하려고 한 전단차동푸시풀 회로는 도대체 어떤 것인가, 그리고, 전단차동회로를 살리기에 어떠 방법이 좋은가 설명해 나가겠읍니다.

■차동회로

전단차동푸시풀 · 앰프를 이해 하기 위해서는, 차동회로에 대해서 기본적인 지식이 필요합니다.

증폭소자가 2개 있고, 그 증폭 소자의 캐소드(FET의 경우는 소스, 트랜지스터의 경우는 에미터)가 서로 접속되고, 공통 캐소드 회로에 흐르는 전류가 (거의)일정하게 되는 동작을 하는 증폭 회로를, 차동증폭 회로라고 합니다. (아래그림)

차동증폭 회로에서는, 2개의 증폭 소자 (위그림에서는 진공관 12AU7)에 흐르는 플레이트 전류의 합계는 항상 일정한 값이 됩니다. 신호가 입력되어,폭 작용을 하고 있는 경우라도, 2개의 증폭 소자에 흐르는 플레이트 전류의 합계 만큼은 항상 일정하고 변화는 있지 않습니다.

한쪽 관 그리에 신호가 입력되어, 플레이트 전류가 증가 할 것 같은 동작을 하는 경우는,  한편의 관의 플레이트 전류는 똑 같이 감소하고, 서로 시소같은 동작합니다. 왜 이러한 동작이 되느냐 하면, 공통 캐소드측에「정전류 회로」가 삽입되어 있기 때문입니다.

정전류 회로는:그 양단에 걸리는 전압의 대소에 관계없이, 항상 일정한 전류가 흐르는 회로입니다.

그 때문에, 만약, 2개의 12AU7에 한 쪽편 그리드에 신호를 입력한 경우, 신호가 입력된 12AU7의 플레이트 전류는, 입력된 신호에 따라 변화하고, 신호가 입력되지 않은 다른편의 12AU7의 플레이트 전류까지 변화게 해 버립니다. 즉, 2개의 12AU7의 플레이트측 양쪽 모두에서 증폭된 같은 신호가 출력되어 버립니다. 또한, 2관이 서로 시소같은 동작을 하기 위해서, 그 출력 신호의 위상은 반대로 됩니다. 이와 같이, 차동회로를 구성하는 2개의 증폭 소자는, 서로 서로 영향을 주어, 각자가 독자적인 동작을 할 수 없읍니다.

2개의 증폭 소자 동작은 이른바 푸시풀과 같은 동작을 하는 것입니다만,「푸쉬」와「풀」의 양이 딱 일치 하는, 매우 정확한 푸시풀 동작을 합니다. 그러면,차동이 아닌 보통 푸시풀 회로와 비교해 봅시다.


위그림의 회로는, 익숙한 매우 보통 푸시풀 회로입니다. 이 회로에서는 캐소드측이 어스되고 있습니다. 이와 같이, 보통 푸시풀 회로에서는, 증폭관의 캐소드는, 고정 바이어스 방식에서는 직접 어스되고, 캐소드 바이어스 방식에서는 콘덴서를 통해서 교류적으로 어스됩니다. 그 때문에, 2개의 증폭 소자는, 서로 간섭되거나 속박되지 않고, 각자가 자유로운 동작을 할 수 있습니다.

만약, 2개의 12AU7의 그리드 한편에 신호를 입력한 경우, 신호가 입력된 12AU7의 플레이트 전류는 변화하고, 그 결과, 플레이트측으로 증폭된 신호가 출력됩니다만, 다른 한편의 신호가 입력되지 않는 12AU7의 플레이트 전류는 전혀 변화하지 않아, 플레이트측으로부터 아무런 신호도 나오지지 않습니다. 2개의 12AU7를 푸시풀답게 동작시킬려면 , 2개의 그리드에 정확히 같은 전압이고 위상이 반대인 신호를 넣지 않으면 안 됩니다.

차동푸시풀 회로와 보통 푸시풀 회로의 차이를 二人三角에 비유해본다면, 전자는 2명의 다리를 단단히 끈으로 맨 二人三角이고, 후자는 다리를 끈으로 묶고 않고 이인삼각 같이 보조를 맞추고 있을 뿐인이다 라고 할 수 있습니다.

■신호 루프

이 2개의 푸시풀 회로는 서로 달라, 좀 더 세밀하게 검증해 봅시다.

위그림 1a는, 매우 보편적인 푸시풀 회로입니다.  좌측 12AU7에 신호가 입력되면, 그 입력 신호의 변화가 플레이트 전류의 변화가 되어 부하 저항 RL를 흐르는 루프가 생깁니다. 이 루프는,

(a)∼"RL"∼(b)∼(c)∼"C"∼(d)∼(e)
일주합니다(그림 1b).이제(벌써) 한편의 12AU7의 신호 루프는,
(x)∼"RL"∼(b)∼(c)∼"C"∼(d)∼(y)
(으)로 일주합니다(그림 1b). "C"의 용량이 충분히 크면, 이 2개의 루프는 서로 독립되어 있어, 서로 서로 영향을 미치지지 않습니다. 그렇기 때문에, 이 2개의 12AU7에 각자 완전히 다른 신호 · · · 우측에는 Beethoven, 좌측에는 이미자를 입력해도, 각자 각각 증폭 작용을 합니다. 그리고, 가령 우측의 12AU7를 떼어 버려도, 좌측의 12AU7는 착실히 동작을 계속합니다.

2개의 입력 신호는, 각각의 구리드와 어스 사이에 인가됩니다. 그리고, 각각의 신호루프에는 어스 라인이나 전원의 콘덴서(C)가 존재합니다. 이것이, 여러분들에게 익숙한 보통 푸시풀 회로의 동작의 메카니즘인 것입니다.

이번은, 위그림 2a입니다. 앞의 그림 1a와 다른 점은, 2개의 캐소드의 합류점(e)과 어스(오른쪽 회로에서는 마이너스 전원)의 사이에「정전류 회로가 끼어 있는 것입니다.

「정전류 회로」는 ,결정된 일정한 전류가 흐르려는 성질이 있기 때문에, 좌측의 12AU7에 입력 신호가 들어와 플레이트 전류가 변화한다 해도, 그 변화를 받아들이지 않습니다.

만약, 좌측의 12AU7의 플레이트 전류가 1mA증가한다면, 우측의 12AU7의 플레이트 전류가 1mA 줄어들면 논리가 맞읍니다. 실제, 이러한 회로에서는, 2개의 12AU7의 사이로 플레이트 전류의 증감이 시소같이 생깁니다.

이러한 동작을 하는 경우의 전류 변화 루프는,

(a)∼"RL"∼(b)∼"RL"∼(c)∼(d)∼(e)∼(f)
로 일주합니다(그림 2b).  그림 2c같이 하면 보다 알기 쉽습니다. 직렬로 결합된 2개의 12AU7에 의해서, 직렬로 결합된 부하(2RL)가 구동되는 루프입니다.

입력 신호는, 2개의 그리드에 걸쳐 인가되기 때문에, 어스와는 관계없읍니다. 그리고, 신호 루프는 어스 라인과는 관련이 없어져 ,전원의 콘덴서(C)로부터도 무관하게 됩니다. 이것이 차동푸시풀회로의 동작 메카니즘입니다. 이른바 푸시풀회로와 근본적으로 다른 동작 원리, 다른 신호흐름으로 이해할 수 있다고 생각합니다.

■출력단을 차동으로 한다

지금까지의 설명은 저항 부하의 전압 증폭 회로를 사용했습니다. 그럼, 트랜스 부하의 전력 증폭 회로(메인 앰프의 출력단)에서는 어떻게 되는가. 상기 전압 증폭 회로와 똑같이 생각해도 좋은가.

위그림은, 2A3의 Ep-Ip 특성을 이상적인 3극관으로 모의특성으로 한 것입니다. 동작으로서는, 플레이트 전압 300V, 무신호시의 1개 플레이트 전류 40mA, 그 때의 바이어스는 -65V로 한 AB급 푸시풀입니다.

구리드에 신호가 들어가면,「C점」을 기점으로 최대±65V로 진폭하기 때문에, 동작 포인트는「A점∼C점∼E점」의 범위에서 이동합니다. 입력 신호의 진폭이 ±35V까지 의 범위(「C점∼D점」간)에서는, 2A3는 컷오프되지않기 때문에, 푸시풀이 된 2개관은 상호 보합적인 동작을 합니다.

그러나, 어느한 쪽 관 입력 신호의 진폭이 -35V를 넘어가면서 부터, 그 관은 컷오프되어, 플레이트 전류는 제로가 되어 버립니다(「D점∼E점」간). 푸시풀의 한 쪽 관이 컷오프되어 버리면, 그 관의 플레이트 전류는 제로가 된 채로 변화하지 않고, 그런데도 더욱 큰 증폭 작용을 할려고 하면, 남아 있는 반대측의 관이 혼자서 2개관분 분담할 수 밖에 없습니다. 한쪽의 관이 컷오프된 때(「D점∼E점」간)는, 남아 있는 반대측 관의 플레이트 전류는 보다 급속히 증감을 하게 됩니다. 이것이「A점∼B점」간의 동작입니다.

위와 같이, 이러한 동작 조건으로는 차동은 성립되지 않은 것이 됩니다. 차동에서는, 어떠한 경우에도, 푸시풀의 2개관의 플레이트 전류는 시소같이 증감을 하므로써, 한쪽의 관의 플레이트 전류만이(제로가 된 채로)변화 하지 않는데, 다른 한편의 관의 플레이트 전류가 변화 한다는 것은 용서되지 않습니다.

차동푸시풀에서는, 동작 기점을 중심으로 해, 플러스의 반사이클과 마이너스의 반사이클이 같은 거리가 되는 로드 라인이 가장 효율이 높은 출력을 꺼낼 수 있습니다. 그 모습을 표현하는 것이 아래 그림입니다.

 

키무라토오루
2000.2.XX(작성)

 

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