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KYJ Lab

2017.07.18 11:21

Amplifier Design Philosophy

KYJ
조회 수 10168 댓글 44
퍼온 글입니다.  한번 읽어볼만 합니다.
 
암프의 설계 철학

1) Select active devices for minimum upper harmonic distortion. Although some devices have reasonably low second-harmonic distortion, the ear is not very sensitive to 2nd harmonic. It's the 3rd and higher-order harmonics that create unpleasant "electronic" colorations. D.E.L. Shorter of the BBC Research Labs and Norman Crowhurst both proposed weighting harmonics by the square or cube of the order in to reflect audibility and annoyance-factor, and it's a shame their suggestions were never carried out. To this day, it's the 2nd harmonics that dominates THD device measurements, but it's the ones that are higher than that (even though they may be 20dB lower) that we hear. That's why a THD spec, without reference to the complete spectrogram, is essentially useless, and not only that, potentially quite misleading.

In the absence of a full spectrogram, try and find a 2nd and 3rd-harmonic spec for the device you're interested in. It should be at least 20 to 30dB lower than the dominant 2nd-order distortion term. Failing that, there are some devices to avoid if you want to minimize the proportions of high-order harmonics - pentodes, beam tetrodes, transistors, MOSFETs, and IGBTs. That leaves triodes, which are not all the same.

The triodes that were the most popular in the Fifties (12AX7, 12AU7, 12AT7, and 6DJ8) were not in fact the most linear available. At the time, commercial amplifiers used at least 20dB of feedback, giving no incentive to retain big, old-fashioned octal tubes like the 6SN7 (size mattered back then). The 6SN7 came out of a prewar family of medium-mu radio tubes, starting with the single triodes 27, 37, 56, 76, 6P5, 6C5, 6J5, and then, the dual-triode 6SN7, introduced in 1940.

The 6SN7, used in millions of radios and early black-and-white TV sets, was replaced by the 12AU7 miniature tube in the early Fifties. Although the electrical characteristics appear identical in a databook (Rp=7700 ohms, mu=20), the 12AU7 has quite a bit more distortion than it's octal predecessor. In fact, the 6FQ7 miniature was introduced as a direct-replacement for the 6SN7, carrying forward the low-distortion characteristics of the 6SN7, but saw very little use in Fifties hifi equipment as a result of higher cost.

Tubes in widespread use in the Fifties have acquired a "cult" status that has nothing to do with performance, or even sonics. Believe it or not, there were better tubes both earlier and later than the "Golden Age" favorites. The 6SN7 and it's predecessors have very low distortion, almost certainly because they were designed before widespread use of feedback.

The Space Age high-transconductance tubes of the late Fifties and early Sixties never saw use in commercial hifi equipment, mostly due to cost considerations. But commercial and aerospace-grade tubes were some of the best ever made for low distortion - and favorable distribution of harmonics. The 5687, 6900, 7044, and 7119 are at the head of the line for low output impedance, wide voltage swing capability, high current, and low distortion. As for modern tubes in the same family, I've heard good things about the Sovtek 6N6 and 6H30.

Speaking of exotic, for brave souls who aren't afraid of microphonics or 50 MHz oscillations, there's the exotic (and hard-to-use) WE417A/Raytheon 5842, and the truly over-the-top WE437 or 3A/167M. (Available in modern form as the Russian 6C45pi.) Beware of large sample variations (20% or more) in this family - it's very hard to get matched pairs unless you burn them in for 100 hours and then re-test for gain. It isn't that quality is bad - the same problem is seen in genuine Western Electric 437's - it's that ultrahigh transconductance specifications requires extremely close-tolerance manufacturing. By comparison, the more moderately specified 5687, 6900, 7044, 7119, and ECC99 family is typically quite well matched, with variations of less than 5% from sample to sample.

 

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2) Design circuits that optimize the linearity of the active device. For triodes, this means active, choke, or transformer loads. RC-coupling, although essential for the extended HF bandwidth required by feedback circuits (like the Williamson, Dynaco, or Marantz), degrades the distortion of triodes anywhere from 2 to 4 times relative to active, choke, or transformer loads.

An additional advantage of no RC coupling between the driver and output tubes is instant recovery from overload. RC coupling usually requires hundreds of milliseconds to recover the correct bias point for the output tubes. This is great for guitar amps, not so good for hifi applications, where immediate recovery is much more desirable.

 

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3) Zero feedback in either local or global circuits. Some would say all triodes have large amounts of local feedback, but I would say, take a close look at the ratio of upper to lower harmonics. For the lower-order harmonics (2nd and 3rd), you'll see a reduction in direct proportion to the amount of feedback. But feedback generates harmonics of its own, in small magnitudes perhaps, but in greatly increased order. A classic article by Crowhurst mathematically demonstrates that a non-feedback amplifier with 9th-order harmonics acquires 81st-order harmonics when feedback is added. So feedback, while substantially reducing lower-order harmonics (the most sonically benign), also creates entirely new high-order harmonics (albeit at very low magnitudes).

So if the theory of triodes having large amounts of local feedback is correct, they'd have less distortion at low orders of harmonic distortion than pentodes, but more distortion at higher orders. This is exactly the opposite of what measurements disclose. Measurements going back as far Harry F. Olson (see below) show triodes not only have less distortion overall, but most significantly, have far less upper-harmonic distortion. In fact, vanishing amounts of upper-harmonic distortion is the distinctive hallmark of triodes, compared to all other amplifying devices.

The exceptional linearity of Class A triodes removes the need for feedback in the first place, sidestepping problems with phase margin and stability with complex and nonlinear loads ... which pretty much describes all loudspeakers. In particular, complex back-EMF currents from the drivers stop at the plates of the output tubes, instead of being mixed at the summing node with the incoming signal. This avoids load-dependent distortion terms being generated in the feedback circuit.

 

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4) Generous driver design. Most commercial tube amps only have 1 or 2dB of headroom in the driver circuit, so the entire amp clips at once. This leads to longer recovery times and exaggerating the audibility of clipping. I prefer 3 to 6dB of headroom, so the driver can retain its (voltage) linearity even when the output stage is deep into clipping.

Perhaps more important is adequate current and low output impedance in the driver. Much of the amplifier coloration is actually in the driver, and is a result of not enough current to properly charge the grids of the output tubes. I give Arthur Loesch credit for pointing out that the "sound" of different DHT output tubes is greatly exaggerated by not having enough current in the driver. With enough current, DHT's become more transparent sounding and begin to lose the characteristic colorations they are known for. This implies that grid current is present during much of the duty cycle and is quite nonlinear. The more current available and the lower the source impedance, the less important this grid-current nonlinearity will be.

The capacitive load the output tube presents to the driver changes the load-line into an ellipse, which pushes the driver into it's nonlinear low-current region - once per cycle for a SE amp, twice per cycle for a PP amp. Pentodes have both less capacitance and half - or less - the voltage requirements of DHT's, so the driver requirements are relaxed (EL84's are particularly easy to drive, needing only 10 volts). DHT's, on the other hand, are much more severe loads, more capacitive, needing twice the voltage swing, and worst of all, exposing the driver distortion since DHT's have such low intrinsic distortion of their own. The sad fact is that many commercial DHT amplfiers, certainly all the RC-coupled designs, have more distortion in the driver than the output tube! What's the point in spending hundreds of dollars on a handmade 45, 2A3, 300B, or 845 if all you hear is the driver distortion? But that's why DHT sound quality is all over the place - the driver section isn't up to the job.

 

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5) Absence of rectifier switching noise. The noisiest circuits of all are solid-state bridges driving large values of electrolytic capacitors. (As found in almost all transistor gear and the DC supplies for heaters and filaments.)

The commutation noise of the diodes shock-excites the RLC of the stray L in the cap bank and the stray C in the power trans secondary. The resonance of this tank circuit is typically anywhere from 4 to 20KHz and the Q's are large, anywhere from 5 to 100, depending on the DCR of the caps. This is why paralleling large values of electrolytics with "better", faster polypropylenes can frequently result in worse sound. It is also the reason power cables are audible ... they act as antennas for the small Tesla coil that most power supplies resemble. The supply radiates noise into the chassis, the power supply B+ lines, the audio circuit, and the power cable. This broadband noise can be filtered and shielded (at considerable trouble), but it is much easier to eliminate the commutation switch-noise right at the source.

Choke-fed supplies are much quieter due to the choke slowing down the rate-of-charge of the main cap bank. I use a hybrid choke-fed/pi-filter to minimize the shock-excitation of the main PS choke (this tip from the Radiotron Designers Handbook, Fourth Edition).

In terms of ragged waveforms, solid-state diodes are the worst, followed by Schottky diodes and HEXFRED's, followed by conventional tube rectifiers, followed by TV damping diodes, which are the smoothest of all in terms of the AC waveform on the power trans secondary. This, along with 2 amp peak current, is why I use them. The 30 second warmup is just a bonus.

 

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Conclusion: This is a set of personal preferences, not the Holy Writ to Good Sound. Every designer has a set of different priorities, and this is why electronics sound different. There Is No Best. Get the idea out of your head. This is a pernicious and ugly myth propagated by greedy marketers and lazy magazine reviewers. The entire notion of an "Absolute Sound" is false. Absolute to who? To some self-appointed "expert" who knows how to write and publish a magazine? Don't be fooled.

Trust what you hear; people really do hear different things, and your perceptions are unique to you. I've been in high-end audio for thirty years now, and I've only found a handful of people who hear things the same way I do. Audio perceptions are every bit as individual as food preferences or your idea of the best lover or life companion; why should you take the guidance of a stranger you've never met? Listen for yourself, get out of the stores and hi-fi shows, and hear what's going on with the more adventurous builders. You'll be surprised.

 

Distortion Measurements

 

1W_Spectra.jpg

This spectrogram shows the harmonic distortion of the 1997 Amity amplifier at 1.6 watts, and was made by Matt Kamna with a Tektronix SG505 signal generator and a Hewlett-Packard 8535A spectrum analyzer. If the amplifier were distortionless, all you would see would be a single 1kHz tone extending to the top of the display, and the "grass" or noise floor at the bottom of the display.

The vertical axis is amplitude (0 to -100dB), and the horizontal axis is frequency (0 to 10kHz). The display is calibrated with horizontal lines that show 10dB intervals, and vertical lines that show 1kHz intervals. The 2nd harmonic is one interval to the right of the big signal, being at 2kHz. The smaller it is, the less the distortion. Since the top of the little bump is 7 intervals below the top of the display, that means it is 70dB below the 1kHz fundamental. -70dB corresponds to 0.03%, so the 2nd harmonic is around 0.03%.

The next little bump to the right of that is about 6.5 intervals down from the top of the display, which is 65dB below the fundamental, or about 0.05%. That's the 3rd harmonic. A little bit of 5th is peeking out from the noise, and it's around 8.2 intervals down from the top, which is -82dB down, or about 0.008%. The rest appears to be noise at the -92 to -95dB level ... this is the limit of the measuring system, not necessarily amplifier noise.

 

6F6vs2A3.gif

The next set of spectrograms were measured by Harry F. Olson (no relation as far as I know) and show the harmonic distortion spectra of a single-ended 6F6 pentode and a single-ended 2A3 triode. (Vertical intervals at 20 dB instead of 10 dB.)

Note that H.F. Olson's measurements are for single-ended circuits, not push-pull. If he had measured a perfectly balanced PP circuit, the even harmonics (2nd, 4th, 6th, etc.) would be completely cancelled, leaving no change in the magnitudes and proportions of the odd harmonics (3rd, 5th, 7th, etc.). Since perfectly balanced PP circuits don't exist in the real world, there is always some residue of even harmonic, which is in direct proportion to the degree of imbalance. A circuit in 10% imbalance (quite large) would have a 20dB cancellation of even harmonics, 5% imbalance (more typical) would have 26dB of even-harmonic cancellation, and 1% imbalance would have 40dB of even-harmonic cancellation.

In practice, 1% gain-matching is not going to realized under dynamic conditions. Morever, what good is accomplished by almost entirely removing even harmonics while leaving odd harmonics alone? With well-behaved triodes, the typical 5% imbalance results in even and odd harmonics conveniently having the same levels. With nonlinear triodes, though, the proportion of odd harmonics are higher, so they will dominate in a PP circuit, resulting in a more "transistor-like" sound. This is a subtle reason to seek out triodes with low proportions of 3rd-harmonic distortion when building a PP circuit (no 6DJ8's, in other words). The same qualities that make a triode desirable in a SE circuit (moderate 2nd harmonic, very low 3rd) make it even more desirable in a PP circuit.

Despite the passage of a half-century and totally different instrumentation, H.F. Olson's 1 watt SE 2A3 spectrograms are remarkably similar to the Amity PP amplifier at 1.6 watts; the 3rd harmonic is almost exactly at the same level below the fundamental, or -60dB down. Note the PP circuit gives a 26dB reduction of the 2nd harmonic compared to single-ended; this is almost exactly what would be predicted from a PP circuit with a residual 5% imbalance.

With zero feedback (local or global), a Class A PP direct-heated triode amplifier has the same (or less) distortion as a Williamson-style pentode amplifier with 20dB of feedback, which is a comment on the impressive linearity of direct-heated triodes. Not only that, the distortion spectrum is much cleaner, with almost no high-order harmonic components. This is an important reason that triodes have that hard-to-describe "direct" and "fresh" sound, while other devices sound more "canned" and "electronic" in character. The ear is not fooled by feedback; what we hear are the actual characteristics of the amplifying devices themselves.

This is why I feel that linearity right at the device level is the most important quality of an amplifier; this preference comes from a background in speaker design, where driver build quality sets the upper limit on the sonic potential of the entire system. In a similar way, the amplifying elements themselves set the upper limit on the sonics of the system.

  • profile
    KDK 2017.07.18 13:18
    동감이 가는 좋은 글입니다 모두에게 추천합니다
    결론을 잘 보십시요 --your perceptions are unique to you. -
  • ?
    이지오디오 2017.07.19 01:19

    좋은 글 감사드립니다.

    진공관의 직진성이 아주 중요함을 강조하는 군요. 피드백을 통해 고차 하모닉이 발생된다는 것을 새롭게 알았습니다.

    드라이버 설계시 직진성의 충분한 헤드룸을 갖도록 드라이버를 설계하라는 것도 눈 여겨 볼 대목입니다. NFB를 걸지 않고도 드라이버 구동에서 직진성이 좋은 구간을 사용하도록 진공관 게인을 잘 생각하여 드라이버를 설계해야 할 것 같습니다. 출력관의 캐퍼시턴스에 대응하기 위하여 전류를 충분히 주고 드라이버의 낮은 출력 임피던스를 갖도록 드라이버를 만들어야 할 것 같습니다. CR 커플링에서 커패시터의 충전 및 방전 시간 때문에 위상 변화가 생길 것 같은데 직결은 위상 변화가 없을 것 같습니다. 다만 제 생각에 출력 트랜스의 누설 인덕턴스 때문에 위상 천이(phase shift)가 오기에 직결의 경우도 출력트랜스로 인해 위상 변화가 오는데 전체적인 위상 변화는 직결이 CR 에 비해 정도가 적을 것 같습니다.

    PP 앰프에서 두 출력관의 출력 임밸런스로 짝수차 하모닉이 완전히 소실되지는 않는다고 이야기하고 1% 불일치의 경우 40dB의 2차 하모닉 감소, 5%의 경우 26dB 의 감소, 10%의 경우 20dB의 감소를 보인다고 하는데 어느 정도 불일치가 있어 2차 하모닉이 3차 하모닉에 비해 높게 나오는 것이 돌소리 대신 듣기에 좋은 소리가 나올 것 같습니다. PP 앰프의 설계에서도 3차 하모닉을 포함한 홀수차 하모닉이 아주 적은 3극관이 5극관에 비해서는 더 유리할 것 같습니다.

     

    전원에서 하이브리드 파이필터에 대한 부분은 공부해 보려고 합니다.


    정류 스위칭 잡음에서 정류관을 사용하거나 TV 댐핑 다이오드가 좋다고 하는데 이 부분은 잘 이해가 되지 않습니다.

    몇 문장이 마음에 와 닿는 군요. "절대 소리는 없다. 네가 듣는 것을 믿어라."

  • profile
    금동 2017.07.19 02:32

    이  필자는  완곡한 표현으로 "네 귀를 믿으라"고  말하지만 자기가 주장하고 싶은 것은 모두 한 것 같습니다.   3극관사용,  드라이브단 설계가  출력관 선택보다 중요하다, ( CR Coupling의 instant recovery와 immediate recovery는 무슨 의미인지 모르겠습니다만)  No feedback으로 고배수 HD 만을 만들지마라,  전원 노이즈 감소를 위하여 choke, TV-damping diode(?) 등의 사용,   궁극적으로는  Distortion 을 완전히 없애는 것은 불가능하니, 더이상 만들지는 말아라  라는 주장으로도  들립니다.   대부분 수긍이 가는 말들입니다. 

  • ?
    KYJ 2017.07.19 09:53
    대부분 공감이 가는 주장입니다. 다만 전원에 정류관을 고집(?)하는 부분은 좀 생각을 해 보아야 할 것 같습니다. 실리콘 카바이드 정류기에 대해서는 언급이 없네요. 아마 이글을 쓸 당시에는 그 존재를 모르고 있었을 가능성이 큽니다. 단간 카룰링에서 CR, Transformer, direct 모두 장단점이 있지만 성능만을 본다면 역시 직결이 제일 우수하다고 봅니다. 저자의 회로들을 보면 트랜스 카풀링을 많이 사용하고 있습니다. 질이 좋은 트랜스를 구입할 수 있다면 나쁘지 않은 선택입니다.
  • ?

    글을 쓴 Lynn Olson 은 DHT 신봉자 같습니다. 한국에서는 과학기술연구원(KIST)의  홍재민 박사가 Olson의 Amity 와 Raven 앰프를 만든 것 같습니다. 샤시가 아주 좋아 보입니다.

     

    Hong's_Amity (1).jpg

     

  • ?
    KYJ 2017.07.19 12:41
    DHT라는 이유로 신봉자가 되었다면 좀 문제가 있겠지만 이런 종류의 관들이 디스토션이 적기 때문에 추구한다면 크게 나무랄 것은 없다고 봅니다.
    올슨이라는 사람은 움향학 쪽에서 유명한 사람으로 알려져 있지만 이 올슨은 다른 사람입니다.

    홍박사, 돈 좀 들인것 같네요. 두 암프 모두 입, 출력트랜스들을 사용한 것으로 기억하는데 모두 비싼 부품들입니다, 그리고 샤시 가공에도 상당한 경비를 썼을 겁니다. 하나는 싱글, 다른 하나는 PP로 기억하는데... 이들 트랜스들을 어디서 구입했는지? 이런 류의 암프는 모두 트랜스가 성능을 좌우합니다. 아무리 좋은 설계를 한대도 결국 구현에 있어서는 부품의 성능입니다.
    나도 845PP는 전원부를 별도 샤시에 만들었는데 적당한 코넥터가 없어서 두개의 코넥터를 사용했습니다. 그리고 이렇게 하면 삽질하는데는 불편합니다.
  • profile
    금동 2017.07.19 15:44

    아이러니하게도 feedback을 많이 쓰지 않았을 때 설계된 관들이 THD가 낮다는 얘기를 하는 것으로 보아 디스트션을 고려한 얘기 같습니다.

    그런데,  damper diode 는 어떤 특성을 가져야하나요?  혹시 avalanche diode를 일컷는 것인가요? 

  • ?
    KYJ 2017.07.19 16:33
    나도 별로 접한 적이 없는 디바이스입니다. 문자 그대로 쵸크의 역기전력을 댐핑해 주기 위한 역할을 하는 모양인데 옛날 진공관식 TV의 플리이백 회로에 들어가는 모양입니다. 이런 정류관은 아래에 어느 사람이 쓴 대로 전원부에 사용하기 위해 설계된 관들이 아닙니다.

    For safety and aesthetic reasons I would avoid any damper diodes with top cathode caps.(EY500,etc...) There are plenty of U.S made N.O.S color TV damper tubes and the 6CT3 is a good candidate, but there are also more robust types like the 6CL3/6CM3/6CK3/6DW4...
    Old tube manuals doesn't recommend using damper tubes as mains fequency rectifiers but I never had any reliability issues in this application. The reason is probably that some max. plate current derating is needed because damper tubes were designed for very short ( less than 10µS) pulses at TV horizontal line frequency, not mains frequency (50/60 Hz). I have never found any data's about this derating but It can be probably computed. Don't exceed 50% of the max. avg. plate current and keep the input filter capacitor under 50µF and you will have no problems. Nevertheless, damper tubes seems to take a lot of abuse, are very robust and reliable. The only disadvantage is that you'll need two tubes for full-wave rectification because there are no dual section damper tubes available.
  • profile
    KDK 2017.07.19 13:13
    I've been in high-end audio for thirty years now, and I've only found a handful of people who hear things the same way I do.
    위의 Statement 를 잘 음미해 보십시요
    자기같은 귀가 뛰여난 사람이 얼마없다는 이야기로도 듣기지만 자기한테 동의하는 사람이 얼마 없다고 자백하는 것이라고도 보겠습니다.
    Shishido는 자기가 좋다는 소리에 동의하는 사람이 매우 많다고 했고
    Sakuma 도 같은 이야기를 했습니다.
  • profile
    금동 2017.07.19 15:52
    흐흐... 자기 귀의 능력이 좋다는 소심한 표현으로도 보이는데요.
  • ?
    이지오디오 2017.07.19 16:35

    Olson의 설계 철학에 동의하는 사람이 적다는 의미로 해석됩니다.

    대부분의 상업용 앰프가 대량의 NFB로 왜곡이 낮은 앰프를 구현했는데 글쓴 저자는 대량의 NFB가 고차의 하모닉을 증가 시켜 저차 하모닉 대 고차 하모닉 비율이 역전되어 소리는 나쁘게 난다고 주장하고 있습니다. DHT 3극관처럼 직진성이 우수한 진공관을 사용하여 드라이버도 NFB를 걸지 않고도 직진성이 우수한 지역을 사용하게 설계하는 철학입니다.

    이에 비해 Shishido 300B는 2차 하모닉의 대량 방출을 위해 NFB를 왕창 먹일 드라이브단 설계를 했고 의도적으로 NFB를 먹이지 않은 앰프입니다. 이는 오디오를 과학적으로 접근한다고 볼수 없고 오히려 올슨의 앰프 설계 철학이 더 과학적이고 엔지니어의 사고에 가깝다고 생각합니다. 물론 올슨의 설계에서 짝수차 하모닉과 홀수차 하모닉의 비율이 강기동박사님 말씀하신대로 중요하다고 생각하는데 그점을 올슨은 언급하지 않고 있습니다.

    제 생각은 직진성이 우수한 진공관을 사용하고 드라이버 단도 NFB가 없어도 진공관의 직진성이 우수한 영역을 사용하도록 진공관의 게인을 잘 고려해 드라이버단 설계를 해야 할 것 같습니다. No NFB 상태에서 THD 가 가능한한 낮은 앰프를 만들어야 하고 2차 하모닉이 3차 하모닉에 비해 비율이 많으면 소리가 아주 깨끗하면서 듣기 좋은 소리가 날 것 같습니다. 이를 위해 드라이버단의 소리 색깔이 안 나오게 만들어야 하고 출력관의 특성이 왜곡률이 아주 낮으면서 2차 하모닉과 3차 하모닉의 비율에서 2차 하모닉이 높은 진공관을 선택해야 할 것 같습니다. 말씀드린 특성의 3극관이 DHT이기에 DHT가 소리가 좋은 이유가 있는 것 같습니다.

    문제는 올슨의 철학에 동조하는 진공관 앰프 자작인이 아주 적다는 점입니다.

  • profile
    금동 2017.07.19 17:01
    이 사람도 3th가 2nd 보다 2-30dB는 적어야 할 것이라고 얘기는 하고 있습니다. 우수차 얘기는 일반적인 사항인것 같습니다. 문제는 DHT든 아니든 저 THD 관을 찾는 것이 문제여서 시도를 못하는 것 아닐까 생각됩니다.
  • ?
    이지오디오 2017.07.19 22:35
    • 올슨은 DHT가 그런 특성이 있기에 사용한 것으로 생각됩니다. 

    진공관의 커브트레이서 측정 후 SPICE 모델링을 통해 특정 로드라인의 동작점에서 하모닉 프로파일을 예측해 볼 수 있습니다.

    스펙트럼 분석기 혹은 오실로스콥의 FFT 분석을 하게 되면 하모닉 정도를 정확히 알 수 있기에 모델링을 통해 예측한 것이 맞는지 확인할 수 있습니다.

    말씀하신대로 출력관 혹은 드라이브관의 특성을 정확히 밝히는 일은 열정과 헌신이 있어야 가능합니다.
  • profile
    금동 2017.07.19 23:21
    스팩드럼 분석기 사용법을 배워야할 때가 되었나 봅니다. 작년에 박사님도 사용하지 않으셨던 새 스펙트럼 분석기를 들고 왔습니다. 이제 사용할 때가 되어가나 봅니다.
  • ?
    KYJ 2017.07.19 17:28
    무궤환 암프. 특히 진공관 암프에서 무궤환 암프들이 유행하기 시작한 것은, 내 개인 적인 추측입니다만, 트랜지스터 암프가 나타나고 여기에 대량의 부궤환을 걸기 시작하였고 그 부작용이 두드러지게 나타나기 시작하면서부터라고 생각합니다. 적당한 부궤환은 암프 성능 향상에 도움을 주지만 초기 트랜지스터 암프들에서는 증폭 소자 자체의 비 직선성을 극복하기 위해 대량의 NFB를 걸어주었고 그 부작용으로 소위 슬루레잇이 나빠지는 것이 주목을 받게 되었습니다. 한 때 초기 트랜지스터 암프들에서는 이 슬루레잇을 스펙에서 꼭 언급한 적도 기억이 납니다.

    부궤환은, 특히 대량으로 걸어 줄 경우 콘 스피커에서 발생하는 역기전력을 암프의 입력측으로 돌려주는 회로를 구성하기 때문에 음질에 상당한 영향을 줍니다. 이는 실험으로 밝혀진바 있습니다.

    저자인 올슨의 주장은 퓨리스트의 주장 같습니다. 즉 직선성이 뛰어난 증폭소자를 사용하여 가장 간단한 회로로 암프를 구현한다는 생각입니다. 경청할 만한 주장이고 이런 철학으로 암프를 만들어 볼만 합니다. 그런 의미에서 이번에는 직결 2단, 300B 암프 프로젝트를 시작해 볼까 합니다. 초단관 선택을 많이 고민해 보았는데 현재로서는 소련제 4극관 (?) 6E5P를 3결로 해 볼까 합니다. 또 다른 선택이라면 12HG7 3결도 생각하고 있습니다. 내부저항이 낮고 증폭율이 40~50 정도 되는 관이면 좋습니다. 그런데 이런 관이라면 Gm이 높습니다.

    또 한가지 언급한다면 고조파 찌그러짐은 짝수건 홀수건 모두 비직선성이 원인입니다. 3극관은 대략 스퀘어 로우 비작선성이 있어 2차 고조파 강세가 일반적인 것 같습니다. 그러나 증폭단수가 거듭되면 결국 기수파 고조파도 나타나고 스팩트럼이 복잡허게 됩니다. 투톤 테스트를 해 본다면 스팩트럼이 더 복잡해 집니다. 결국 찌그러짐은 무조건 적을 수록 좋습니다.
  • profile
    금동 2017.07.19 19:13
    6E5P 는 mu 가 30 정도라 좀 적을 것 같습니다만, High Gm 관을 초단에 사용할 시 어떤 점을 주의하여야 하나요?
  • ?
    KYJ 2017.07.19 23:14
    6E5P는 845싱글의 초단관으로 사용해 보았는데 26배의 이득을 얻었습니다. 이정도의 이득으로는 부족한데 동작점을 다르게 하면 50정도를 얻었다는 보고도 있습니다. 50이라면 충분한데... 하여튼 시도해 보려고 합니다. 정 이득이 부족하면 12HG7 3결을 시도해 볼 수도 있습니다. 이 관은 이득이 39 정도가 나온다니 잘하면 사용하능합니다.
  • ?
    이지오디오 2017.07.20 01:58
    동작점을 낮은 전압 낮은 전류로 하면 mu 값이 커지고 양극 저항도 커질 것 같습니다.

    그런 경우 mu 값은 50에 가깝지만 필연적으로 저전류일 수 밖에 없습니다. 6E5P 를 다음단에 캐소드 팔로워로 붙이시면 문제가 해결될 것 같습니다. 박사님의 계획이 궁금합니다.
  • profile
    KDK 2017.07.19 18:52
    <rectifier switching noise> silicon rectifier - surge current - capacitor charging / conduction angle 이런 것 제대로 알고 쓴 글은 아니고
    자기가 제일 잘 알고 있는 것처럼 썻습니다. 그냥 넘어 가기로 합니다.
  • profile
    KDK 2017.07.19 20:07

    High Gm 관은 rp 가 낮아서 high gm 이 된겁니다.

    쉽게 rp가 낮은 전압증폭용 3극관 이라고 해도 틀리지 않습니다

     

    Gm 은 rp 하고 mu 가 만드러낸 종속 변수입니다.

    5극관에서는 별의미가 없습니다

    알려진 High Gm 관은 Grid 를 ground 해서 쓰는 초단파 증폭관들 입니다.
    원래 사용 목적이 아닌 Audio 에서는 특별히 다를 것이 없습니다.

    도리어 내부 손실 rp 가 적기 때문에 발진이  쉽게 일어납니다 .
    Input Sensitivity 가 1v 내외의 Power Amp 에는 광고/선전 효과는 있겠지만 그 이외는 별 의미는 없습니다
    Noise floor 가 낮다고 해서 PreAmp 에 잘 쓰입니다.

    UHF 관인 5842 WE437A 모두 Audio Amp에 많이쓰입니다.

  • profile
    금동 2017.07.19 23:38
    자세한 설명 감사합니다.
    굳이 Gm 이 높다고 해서 초단에 필수적이지는 않다는 말씀이군요.
    그런데, 말씀 중 Noise level과 Gm 과의 연관성은 잘 이해가 안되는 부분입니다?
  • ?
    이지오디오 2017.07.20 01:52
    이전에 제가 달은 댓글 중 E55L과 E810F 가 Gm이 높은 튜브이면서 소음 레벨이 아주 작다는 표를 게시한 적이 있습니다. 아마 고 신뢰도의 진공관이 필요하기에 그렇게 만든 것 같습니다.
  • profile
    KDK 2017.07.20 11:23

    Gm 이 높은 관에서 Noise level 이 낮은 것들이 있다 정도로 저는 알고 있습니다.

    소신호 증푹관  TV 입력 증폭관 고 감도  Radio 입력신호 증폭관 들은 Noise level 이 낮아야 겠지요

    보통 듣는 Volume 위치에서 신호 입력이 없을때 조용하면 그것으로 충분하다고 저는 봅니다
    Volume 위치"0" 에서 조용한 것은 당연한 것이고 별의미가 없습니다.

     

    고급 Recording equipment 에서는  noise 를 따저야겠지요

  • profile
    금동 2017.07.20 14:50

    듣는 레벨에서의 노이즈가 없어야 한다 --- 중요한 얘기 같습니다. 그런데 신호가 들어갈 때 발생되는 신호의 Distortion과 Noise로 나누어 분석할 수 있을까요? 단지 Noise 도 THD 에 포함 시켜야 할까요? 이제 My-audiolab도 Noise를 따질 때가 된 것 같습니다. ㅎ

  • ?
    이지오디오 2017.07.19 22:12
    저는 PSvane 300B가 동작점이 390V 60mA -80V 이고 로드라인은 4.286Kohm 입니다. 이때 출력은 6.75와트 이고 동작점에서 Lf 값은 1.18입니다.

    그리드 드라이브 전압을 160Vpp로 잡으면 PL802 혹은 EL802 SRPP 회로를 초단으로 하면 2.8Vpp 입력에 게인이 60이므로 168Vpp 출력으로 피드백을 걸지 않고 한단으로 구동이 될 것 같습니다.

    SRPP의 mu 팔로워로 다음단에 CR 커플링을 하면 mu 팔로워가 캐소드 팔로워 이기에 밀러 커패시턴스가 문제되는 출력관 구동에 아주 좋을 것 같습니다. 출력관과 직결이 되는 경우 직렬로 연결된 두 진공관의 전류 밀고 당기기로 푸쉬풀 앰프처럼 아랫 진공관의 왜곡이 줄어드나 이는 직결시 무한 로드가 되기에 푸쉬풀로 인한 왜곡 감소는 없고 위의 진공관이 액티브 로드로 작용해 게인이 개선되는 것과 로드라인이 수평으로 인한 직진성 개선이 있을 수 있다고 합니다. 직결의 경우 mu 팔로워의 출력 임피던스가 낮아지지 않는다고 합니다. 직결시 mu 팔로워의 출력 임피던스가 높아 지기에 전원 리플 거절의 정도가 약해져 전원 품질을 아주 좋게 해야 합니다.

    SRPP 직결, CR 커플링, IST 결합을 비교해 보려고 합니다. SRPP는 진공관이 2개 필요하기에 CCS 플레이트 로드로 진공관 수를 줄여볼 수 있을 것 같습니다.
  • profile
    금동 2017.07.20 00:03

    설계를 벌써 끝내셨군요. 빠르십니다. 저는 다음 주에 PSvane 300B UK Design model 이 들어오는 데 PSvane에서 엄청 뽐뿌질을 하는 제품입니다. 측정해 봐야 정확한 것은 나오겠지만, 저전압 고전류 저출력 쪽으로 가보려 합니다. 여러가지 커플링을 생각하면 샤시 모양도 좀 여유 있게 해야할 것 같습니다.

  • ?
    이지오디오 2017.07.20 01:46
    UK 모델은 블랙으로 아주 멋지더군요. 좋은 작품 기대됩니다.
  • profile
    KDK 2017.07.20 09:56
    많은 300B 모조품 이 나와 있지만 Plate V/I 특성표 발표한 것은 볼수 없습니다.
    모두가 자신이 없어서 인가요?
  • ?

    Psvane 300B classic replica의 회사 발표 자료를 본적이 있습니다. 

     

    아래 링크 자료를 보시면 동작점에 따른 출력, 2차 하모닉 양에 대해서도 나옵니다.

     

    https://hifi-exquis.com/xtreme-serie/107-psvane-we300b-11-replica-vintage-vacuum-tube-xtreme-series.html

    HTB1IcdjHFXXXXX2XFXXq6xXFXXXl.jpg

     

     

  • profile
    KDK 2017.07.20 17:49 Files첨부 (1)

    아래는 WE300B 특성입니다 

     

     

    300B_1950_Page_3.jpg

    제가보기는 중국제는베낀 특성같은데 ----

     

     

  • profile
    금동 2017.07.20 18:47

    -60 -80구간 -120--140구간이 약간 넓은 데 이것 까지 똑같게 나올 수는 없을 것입니다. $750 주고 한 조 사서 재보기 전까지는 믿을 수가  없겠네요.

  • ?
    이지오디오 2017.07.20 18:50

    375V -80V에서 전류가 서로 달라 다른 진공관 특성표입니다. 진공관 마다 편차가 있어 1:1 replica임을 강조하기 위하여 측정한 값 중 출판된 WE300B 와 거의 같은 값의 그래프를 제시했을 것 같습니다. 특성표까지 측정하지 않고 베끼지는 않았을 것 같습니다.

     

    말씀하신 대로 Psvane 300B 1:1 classic replica가 WE300B를 그대로 복제했다고 합니다. 진공관 내부에 사용된 나사도 같게 했다고 합니다. 바이어스 전압이 -20볼트 간격이라 박사님 말씀하신대로 특성이 거의 같습니다. -10V 간격으로 했으면 차이가 날지 모르지만 제 생각에 1:1 replica라는 말 답게 특성 그래프는 거의 같습니다.

    WE300B와 Psvane 300B replica를 같은 회로 같은 출력 트랜스라면 블라인드 테스트시 아무리 황금귀라고 해도 소리를 구분 못할 것 같습니다.

  • profile
    KDK 2017.07.20 19:17
    X축 400V 근처 특성 까지도 완벽하게 ???
  • ?
    이지오디오 2017.07.20 19:53
    동작점에서 출력 및 2차 하모닉 양을 보니 그대로 베낀자료 입니다.

    금동님 말씀대로 측정해 보아야 답이 나올 것 같습니다.
  • profile
    KDK 2017.07.20 20:05

    Matching pair 를 같은 회사 Date code 진공관을 여러개 갔다놓고 Curve tracer 로 찾아도 완벽한 Pair 는
    찾을수가 없습니다.

  • ?
    KYJ 2017.07.21 10:09
    다시 살펴보니 올슨의 암프들은 모두 pp이고 전단 트랜스 결합입니다. 샤큐마 류의 암프들인데 마란츠사의 프로젝트 완 845pp도 이런 류입니다.
    이런 암프에서는 NFB는 걸고 싶어도 걸지 못할 것입니다. 신호계통에 트랜스가 2개 이상 존재하면 NFB는 매우 어렵습니다.
  • ?
    KYJ 2017.07.31 09:48 Files첨부 (1)

    여러가지로 올슨의 설계철학과 상반되는 나만의 설계철학으로 300B 암프를 만들어 볼까 한다.

    올슨은 PP 암프를 만들었지만 나는 싱글암프를 만들 것이고

    올슨은 전단 트랜스 결합을 고집하고 있지만 나는 직결로 할 것이고

    올슨은 솔리드 스테이트 디바이스를 기피하고 있지만 나는 구태이 이들을 기피하지 않을 것이다.

    그래서 생각해 본것이 아래 개념도이다.

     

    300B_SET_BS.png

     

    여기서 c1, c2, c3는 생략해도 좋지만 신호 리턴 패스를 위한 지름길을 만들어 주기 위해 삽입해 보았다.

     

  • ?
    이지오디오 2017.07.31 23:14
    회로도 멋집니다. 멋진 작품이 나올 것 같습니다. 저는 드라이브단에 EL802를 사용하려고 합니다. CCS 플레이트 로드나 SRPP 로 직결해 보려고 합니다.
  • ?
    KYJ 2017.08.09 21:24 Files첨부 (1)

    1단 증폭 구동단 직결 300B SET 회로도입니다.  아직 부품을 모으는 중이라 작업은 시작하지 못하고 있지만 거의 최종 회로도에 가깝습니다.  다만 각부의 전압배분에 대한 미세 조정과정에서 저항치들이 약간 달라질 수 있습니다. 

     

    300B_SET_circuit.png

     

  • ?
    이지오디오 2017.08.09 22:07
    셀프 바이어스로 박사님의 300B 회로가 아주 우수하다고 생각합니다. 저는 Psvane 300B 동작점을 B+ 전원 390볼트로 잡고 있어 박사님의 전원 설계가 많은 도움이 될 것 같습니다. 감사드립니다.
  • ?
    KYJ 2017.08.10 09:50
    회로가 셀프바이어스 처럼 보이지만 전압배분을 보면 혼합형태의 바이어스가 맞습니다. 300B B 전원회로에서 캐소드에 걸리는 전압은 CCS 가 요구하는 최소의 동작전압만을 걸어주고 있습니다. 300B 에 들어 있는 CCS는 바이패스되어 있어 주파수 특성에는 영향을 주지 않습니다. 다만 출력관에 과전류를 방지하는 역할을 합니다. 물론 전류바이어스도 잡아줍니다.
  • ?
    이지오디오 2017.08.11 16:26
    300B 캐소드에 있는 CCS는 회로도에는 필라멘트 한쪽에 연결되어 있는 것으로 표시되어 있지만 아마도 두개 필라멘트의 중간 CT에 연결되는 것 같습니다. 이 CCS에 전류가 흐르면서 전압 강하가 발생되어 300B 진공관의 그리드 바이어스 전압이 -80 볼트 보다는 -70 볼트가 될 가능성이 있어 보입니다.

    캐소드 CCS의 바이어스 전압에 대한 영향은 없을까요?
  • ?
    KYJ 2017.08.11 23:35
    두 필라멘트 리드선에 두개의 저항으로 아티피셜 중간탭을 내어 CCS가 연결되어 있읍니다. 중간탭에 연결된 셈이지요. CCS 양단에는 대략 20V 정도의 전압이 걸리도록 합니다. 이정도면 대략 CCS가 정상동작합니다. 나머지 바이어스 전압은 그릿드 측에서 만듭니다.
  • ?
    이지오디오 2017.08.11 23:41

    답변 감사드립니다. 그리드 바이어스 전압이 캐소드 기준이므로 A 전압은 CCS에서의 전압강하를 고려 20볼트 정도를 추가해서 공급해야겠군요.


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