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KYJ Lab

2012.11.23 09:00

36LW6 SET Amp I

KDK
조회 수 7129 댓글 2
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kwi-yung jung< kwiyungjung@hotmail.com>

Sun, Nov 18, 2012

To: "kdkang@gmail.com" <kdkang@gmail.com>

36LW6 SET 암프 제작기

 

SET 종교

트랜지스터의 등장과 함께 역사의 뒤안길로 사라질 운명에 처한 진공관을 하이엔드 오디오와 같은 지극히 작은 시장에서나마 명맥을 유지시켜준 것은 아마도 WE300B 필두로 일련의 3극관 들일 것이다. 일본인 미스터 시시도씨의 불레싱을 받은 이후 NOS 300B 값은 천정 부지로 올라가 급기야는 폐기 되었던 생산라인을 가동시켜 재생산된 진공관은 보석함에 넣어져 가히 천문학적 이라고 불릴 만한 값에 팔리게 되기까지 이르렇다. 이런 과정에서 소위 직열형 3극관 싱글암프를 일컷는 DH SET (Directly Heated Single-Ended Triode)암프는 진공관 암프 애호가들에게는 거의 종교가 되었다.

무엇이든지 수요에 비해 공급이 부족하면 값이 오르게 마련인 것은 경제학 101 나오는 이야기지만 또한 그런 환경이 조성되면 반드시 대타가 등장하게 마련인 . 소련, 중국, 동구권등등에서 유사제품이 쏟아져 나왔지만, 미제 진품이 아니면 믿음을 주지 않는 순수파들은 다른 곧에서 대체품을 모색하기도 하였다고 보인다. 300B 맞형격인845같은 진공관도 비슷한 처지로서 대타가 808, 805, GM70(소련제) 등은 물론 100TH같은 오디오와는 거리가 멀어 보이는 진공관 까지 동원되고 있는 것이 간의 사정이었다.

 

300B 소리가 좋은가?

그렇다면 300B류의 삼극관을 사용한 암프는 진정 소리가 좋은가? 좋다면 그럴까? 특히 삼극관들 중에서도300B 같은 직열형 3극관이 소리가 좋은 것으로 알려져 왔다. 이런 류의 진공관들 중에는 다소 수줍은 소리를 낸다는 2A3으로 부터 시작하여 300B, 211, 845 등의 미국계 진공관들이 있고 PX4 (영국계), DA30, DA60, DA100 같은 유럽계(?) 있다.

이들 관들의 특징은 직열형 필라멘트의 음극이 있고 일반적으로 양극저항이 낮은 편이다. 가령 300B 양극저항이 800 정도이고 845 1.2Kohm, 211 3.6Kohm 4.4Kohm 정도로 다소 높은 편이지만 4극관류 보다는 매우 작은 편이다. 또한 이들 관들은 직선성이 우수하다.

직선성이 좋으면 당연히 찌그러짐이 적어 소리가 좋은 것은 당연해 보이기도 하지만 사람들이 특히 직열형을 고집하는 이유는 무엇일까? 직열형에서 방출되는 전자는 특별하여 방열형 캐소드에서 방출된 전자와는 성격이 다른가? 사실 종교란 미신과 사춘지간인데 오디오, 특히 하이엔드 오디오에는 미신이 많다고 보여진다. 여기서 순수히 기술적인 관점에서 이들 직열형 3극관들이 소리가 좋은 것인지 생각해 보자.

 

출력관, 출력트랜스 인터랙션

옛날, 아날로그, 바닐 디스크 시절에 앱트 홀만이라는 오디오 엔지니어가 프리암프의 입력부와 픽압 카트리지간의 인터랙션을 연구하여 논문을 발표한 회사를 차리고 특허를 내어 짭짤하게 재미를 적이 있다. 사실을 말하자면 근래에 다소 허황된 스피커 케이블 인다스트리는 이로부터 유래되었다고 해도 그리 지나친 말이 아닐것이다. 스테레오 시스템의 입력측 디바이스 간에 인터랙션 문제가 있다면 출력측에는 없겠는가? 픽업이나 스피커 모두 엘렉트로-미캐니칼 디바이스들이고 이들은 암프의 입력측과 출력측에 연결될 것이니 인터랙션 문제가 있다면 모두에게 있을 것이란 주장은 사실 나무라기가 어렵다.

그렇지만 필자의 입장에서는 스피커 케이블 인다스트리는 사기적인 선전에 근거하고 있다고 보지만 이를 까발려서 동료 전기쟁이들의 생계를 위협할 생각은 별로 없다. 하여튼 다소 이야기가 옆길로 새긴 했지만 이런 장황한 이야기를 하는 것은 여기서 자작인들을 위해 암프, 특히 싱글 암프에 있어서 출력관과 출력트랜스 간의 인터랙션에 대해 주의를 환기시키고자 하는데 동기가 있다.

그런데 그렇다고 해서 여기에 대단한 이론이 있는 것은 아니다. 흔히 출력트랜스 제작사들, 특히 한국에 있는 제작사들은 출력트랜스의 주파수 특성을 적당히 발표하지만 출력트랜스를 드라이브하는 소스 임피던스를 특정하지 않은 주파수특성은 의미가 없다는 사실에는 아무 언급도 하지 않는다. 그리고 필자가 문제를 언급하는 이유는 필자는 바로 문제가300B류의 관들이 소리가 좋은 이유 하나라고 믿고 있기 때문이다.

출력관의 내부저항 ( 양극저항) 작으면 출력트랜스에 대한 설계부담이 많이 경감된다. 진공관 암프에서 출력트랜스는 가장 취약한 부품중의 하나로 흔히 암프성능의 버틀넥이 된다. 다시 말하면 (진공관)암프의 성능은 거의 출력트랜스에 달려있다고 해도 지나친 말이 아니라는 것이다.

출력트랜스의 주파수 특성에서 저역특성은 출력트랜스의 1 인닥탄스에 달려있다. 그래서 저역특성을 개선하는 방법은 출력트랜스의 1 인닥탄스를 크게하는 것인데 이렇게 하려면 철심에 많은 권수가 필요하게 된다. 그렇지만 이렇게 하는 것은 출력트랜스의 누설인닥탄스를 크게하고 권선용량을 증가시켜 고역특성이 급속히 나빠진다. 이런 상충되는 요구사항 때문에 출력트랜스의 1 인닥탄스를 무조건 크게 수만은 없게된다.

그러나 출력관에 내부저항이 작은 관을 채용하게 되면 주어진 저역특성에서 요구되는 인탁탄스를 줄일 있다. 인닥탄스를 작게하면 고역특성을 개선시킬 있다. 300B 진공관들의 작은 내부저항은 이런 점에서 상당한 이점이 있다. 주어진 출력트랜스를 내부저항이 작은 출력관에 물리면 저역특성이 개선된다.

물론 내부저항이 작은 면만 본다면 전압안정관들, 6AS7 필두로 6336, 6080, 5998 등등과 소련제6C33등이 있다. 이들 관들은 내부저항이 100 내지는 200 정도로 낮다. 이들을 출력관을 사용하면 어떨까? 물론 안될 것은 없다. 실제로 과거 RCA에서 6AS7 채용한 암프회로를 발표한 적이 있다. 관은 직선성도 비교적 우수해서 고조파 찌그러짐도 5% 내외다. 한편 소련제 6C33 출력관으로 제품도 상당 나와 있다. 필자도 10여개의 6336 가지고 있어 6336 싱글을 만들어 볼까 시도해 보았지만 입력전력에 비해 출력이 너무 보잘것이 없어 중지했다. 관은 히터에만 30W 넘는 전력을 소비한다. 6C33 비슷하다.

 

직선성과 부궤환

다음 300B류의 진공관들은 직선성이 매우 좋다. 사실을 말한다면 초기 진공관 개발자들은 직선성을 진공관 성능의 우선으로 여겼던 모양이다. 이후 4극관, 5극관들이 발명되면서 직선성 보다는 효율과 출력 증가에 눈을 돌리게 된다. 후기에 나온 관들은 직선성에 있어서 초기관들보다 떨어지는 것이 사실이다. 그러나 직선성의 문제는 부궤환 기술로 극복하게 되어 크게 문제를 삼지 않은 모양이다.

이어 트랜지스터가 출현하는데, 트랜지스터는 진공관에 비해 직선적 디바이스다. 따라서 이를 극복하기 위하여는 대량의 부궤환이 요구된다. 부궤환은 여러가지 이점을 동반한다. 디스토션을 줄여주고 대역폭을 넓혀주며 잡음을 경감시키고 출력 임피던스를 낮추어 준다.

초기의 트랜지스터 암프들은 당연히 대량의 부궤환을 적용했는데 세상 이치가 그렇듯이 공짜점심이란 없는 법이다. 이만한 이점을 얻으려면 당연히 대가를 치러야 하는 . 초기트랜지스터 암프에서는 소위 TID (과도 혼변조 찌그러짐) 한참 문제가 되었던 적이 있다. 그래서 소위 슬류레잇을 높이려는 시도가 있었고 암프 제작사들은 너도나도 스펙을 발표하고 광고한 적이 있었다.

진공관 암프에서는 트랜지스터 암프에서와 같은 대량의 부궤환은 원천적으로 어렵다. 대량의 부궤환을 허용할 만한 이득을 구현하기도 힘들지만 출력트랜스가 버티고 있는 대량의 부궤환은 암프를 불안정하게 만들 것이기 때문이다.

한편 대량의 부궤환은 음질을 손상시킨다는 설이 있다. 어떤 암프제작자는 다음과 같은 보고를 하고 있다. 부궤환과 음량을 동시에 조절하도록 2련의 가변저항기를 설치하여 부궤환의 양에 따라 음량이 변하지 않도록 만들어서 사용자로 하여금 부궤환의 양을 바꾸어 가며 시청하도록 하고 음질에 대한 느낌을 기록하도록 하였다는 것이다. 대부분의 시청자들이 부궤환이 3dB에서 4dB 초과할 음질의 저하를 느꼈다고 한다.

흔히 순수파들 중에는 무궤환 암프를 고집하는 사람들도 있다. 필자도 과다한 부궤환이 소리의단호함 손상시키지 않는가 하는 느낌을 받은 적이 있다. 그래서 소리가 조금 질질 끌린다는 느낌을 주는 것이다. 가령 바이올린 주자가단호하게 그의 활을 그을 , 단호함이 소리에 묻어나야 하는데 과도한 부궤환을 채용한 암프는 그렇지 못하다는 느낌을 받는다. 필자가 가지고 있는 마크 레빈슨 100W, 클래스A암프도 때때로 그런 느낌을 준다. 물론 암프에도 다량의 부궤환이 걸려있고 그래서 출력임피던스는 지극히 작다.

부궤환은 트랜지스터 암프에서는 필수적이지만 본래적으로 직선성이 좋은 3극관 암프에서는 선택 사항이다. 아마도 6dB이하의 부궤환은 잡음을 경감시켜 준다는 의미에서 만으로도 적용해 보는 것도 나쁘지 않다는 생각이 든다. 아니면 스위치를 달아 두면 기분에 따라 선택할 수도 있겠다.

 

직열 음극은 소리를 좋게하나?

진공관에서 음극의 역할을 전자를 방출하는 일이다. 이렇게 본다면 직열관이기 때문에 소리가 좋다는 주장을 하려면 직열 음극에서 방출되는 전자와 방열형 음극에서 방출되는 전자간에 무슨 차이점이 있어야 것이다. 직열형 음극에서 방출되는 전자들은 우파 전자들이고 방열형 음극에서 방출되는 전자는 좌파 전자들인가? 그래서 방열형 진공관은 찌그러짐이 많은가?

그런 주장이 있다면 이는 미신일 것이다. 실상은 초기의 진공관들은 음극을 만드는 기술이 아직 충분히 개발되지 않은 단계에서 사용된 기술이고 이들 초기 진공관 개발자들이 최우선으로 고려한 것이 직선성이었기 때문에 이들 진공관들이 직선성이 우수할 것이라는 설명이 그럴듯하게 들린다. 방열관에서는 음극 표면에 단원자층을 코팅하여 전자 방출 효율을 높였다고 한다. 그러니 방열형 진공관들 중에서도 직선성이 좋고, 그래서 소리가 좋은 관들이 있을 것이다. 필자는 300B류의 진공관들이 직열형이기 때문에 소리가 좋은 것이 아니라 소리가 좋은 중에서 직열관일 뿐이라고 믿는다.

 

고조파의 문제

흔히 싱글 암프의 매력은 짝수 고조파에 있다고들 한다. 신호에 짝수파 고조파들이 (적정량) 가미 되면 소리가 더욱 음악적이고 풍성하게 들린다는 것이다. 아마도 약간의 일리가 있는 말이라고 생각된다. 퓨슈풀 암프에서는 짝수 고조파가 상쇄되어 소위 THD( 고조파 찌그러짐) 현저히 줄일 수가 있다. 이런 관점에서 보면 싱글 암프를 듣는 것은 약간의 고의적인 찌그러짐을 즐기는 것으로 수도 있겠다.

진공관에서 고조파의 발생은 외부 회로기술에 의한 것이 아니라 진공관 자체의 입출력 특성 (양극특성이 아니고 그리드 전압과 출력전류를 풀로트한 곡선) 의해 결정된다고 본다. 진공관의 특성이 완전히 직선적이라면 특성은 문자그대로 직선(1 함수) 것이다. 그러나 실제 진공관의 입출력 특성은 정확히 직선이 아니다. 여기에 약간의 자승항의 성분 (2 함수, 포물선의 성분) 포함되면 이것이 짝수 고조파의 발생 원인이 것이다.

흔히 암프는 다단계 증폭단으로 구성된다. 아무리 간단해도 출력관을 포함해서 2 암프가 되고 300B암프들은 대부분 2 혹은 3 암프들이 많다. 845 같은 대형관이라면 3단은 되어야 한다. 이런 다단계 증폭단에서 초단에서 발생한 2고조파는 다음 단을 거치면서 3 4 고조파들을 파생하게 되고 자체적인 고조파를 발생시키게 된다.

그런데 증폭단에서 입력과 출력은 많은 경우 (흔히 쓰이는 음극접지 증폭단) 위상이 반대가 된다. 따라서 초단과 다음단의 진공관 특성이 궁합이 맞는다면 찌그러짐이 서로 상쇄될 수도 있다는 이론도 가능하다. 싱글 암프의 매력은 이들 드라이브단에 채용한 진공관들과 출력관의 궁합을 맞추는 데에서도 찾을 있을 것이다. 그러나 조합은 무궁무진하기 때문에 음질에 대한 선호는 다분히 주관적일 밖에 없다고 본다.

그래서 여기서 말하고자 하는 것은 만일 어느 300B암프가 소리가 좋다고 한다면 이는 다만 출력관에 300B 사용했기 때만은 아닐 것이라는 말이다.

한편 출력트랜스도 디스토숀의 출처가 된다. 철심으로 인한 디스토숀도 있고 여기서도 고조파가 발생한다. 초기에 진공관의 증폭율이 크지 않았을 때에는 증폭단간의 결합에 트랜스를 많이 썼었고 트랜스의 권수비로 이득을 보충하기도 했다. 이런 경우 트랜스마다 특이한 디스토숀을 발생했을 것인데 소리를 좋아하는 사람들도 있는 모양이다.

일본인으로 샤꾸마란 사람이 그런 경우인데 샤꾸마 암프는 모두 트랜스 결합으로 만들고 845 845 드라이브 하기도 한다. 몇년전 마란츠에서 프로젝트 1 이라는 845 푸슈풀 암프를 출시한 적이 있는데 이들도 단간결합에 모두 트랜스를 채용하는 고전적 회로로 일관하였다. 초단에 300B 채용하고 845 드라이브에도 300B 사용하였다. 모노랄인 암프는 대당 $20,000 호가 하였으니 스테레오 암프로 하려면 $40,000 지불해야 한다. 암프는 암프 1대당 4개의 845 채용하였는데 2개는 정류관으로 사용하였다. 전원회로도 철저히 고전적 회로를 사용한 셈이다.

그런데 이들 암프는 소리가 어떨까? 이들이 스퀘어웨이브 파형 같은 것을 발표하지 않은 것을 보니 아마도 전기적 특성은 그리 좋지는 않을 지도 모르겠다. 필자의 845 싱글, 845 푸슈플 모두 스웨덴 란달사의 입력트랜스를 채용하였는데 1KHz 스퀘어 웨이브에도 링잉을 있었다. 이는 고역의 대역폭이 제한되어 있다는 징표다. 마란츠사라고 해서 이런 물리적 특성을 피해갈 있었을까? 아마도 그렇지 못했을 것이다.

 

왜 36LW6인가?
자 , 이 글이 암프 제작기로는 서설이 길고 필자가 그야말로 장황하게 날구라를 많이 깐 이유는 이 말을 하고자 함이다. 즉 왜 오디오 마니아들이 잘 쳐다보지도 않는 이 싸구려 진공관이 그토록 좋은가를 설득시키려 함이다.
36LW6는 오디오 용으로 설계된 관은 아니다. 이 종류의 관들은 진공관시대의 막바지에 칼라TV의 수평출력관으로 사용하기 위해 설계된 관들이다. 이런 류의 진공관들은 많은 종류가 있고 양극 손실도 10W가 조금 넘는 것으로부터 45W급 까지 다양하다. 그 중 30W급으로는 6LB6, 6LF6, 6LQ6(6JE6B) 등이 있고 40W급으로는 6LW6 (26LW6, 36LW6), EL509(PL509), 6LF6(20LF6, 27LF6)등이 있으며 45W 급으로는EL519(PL519)가 있다. 이 중에서 6LW6가 특히 매력적인 것은 소켓이 거의 이런 종류의 관들 중에서는 유일하게, 흔히 쓰이는 옥탈소켓이라는 점이다. 다른 관들은 모두 9핀이 아니면 12핀 소켓을 필요로 한다. 동구라파의 어느 진공관 제작회사에서 EL509의 옥탈 버젼을 만드는 것을 보았다. 그러나 비교적 고가이다
이런 류의 관들을 오디오에 채용한 것은 물론 꽤 되었다. 그동안 이들 관들은 오디오에서는 주로 OTL암프에 적용되어 왔었다. 한편 그 유명한 맥킨토시사의 MC3500이라는 암프에는 8개의 6LQ6을 사용하여 350W의 출력을 얻고 있다. 그러나 여기서는 이 관을 4극관으로 사용한 것이고 이 제작기사에서 처럼 3극관 결합으로 싱글암프를 만든 것은 아니다.

6LB6 싱글 암프
언젠가 강기동 박사께서 이런 류의 진공관 중 하나인 6LB6의 3극관 결합 특성을 재어서 보내주셨다. 그러나 통상적 3극관 결합에서는 스크린 그리드를 풀레이트에 연결하고 써프레써 그리드는 캐소드에 연결하는데 강 선배님의 그것은 써프레서 그리드를 콘트롤 그리드에 연결한 것이었다. 그러나 중요한 점은 약간의 변칙적 인 3극관 결합에 있는 것이 아니라 실측한 양극특성이었다. 이 양극특성은 낮은 양극저항과 매우 우수한 직선성을 보여 주고 있었다. 여기에서 영감을 받은 필자는 쟝크 박스에 굴러다니던 모든 부품들을 모아 6LB6 싱글을 제작하였었다.
여기에 쓰인 전원트랜스는 그 옛날 필자가 한국에서 근무할 때 300B 암프를 만들기 위해 주문제작한 토로이달 전원트랜스이고 여기에 쓰인 쵸크는 할로겐 램프에 쓰이던 12V트랜스를 풀어 버리고 30번선을 감아서 자작한 것이다. 제일 중요한 출력트랜스는 필자가 난생 처음으로 한국에서 구입해온 C 코아를 사용해 만든 자작품이다. 사실을 말하자면 필자는 그 이후 EI코아를 사용해 몇개의 출력트랜스를 만들어 보았지만 모두 실패작으로 끝났고 최근에 다시 C코아를 사용해 만든 것은 비교적 성공작이다.
하여튼 이 쟝크들만 줒어 모아 만든 6LB6 싱글암프는 필자가 만든 암프중 가장 성공적인 작품중 하나가 되었다. 처음 얼마 동안은 이 암프의 진가를 제대로 깨닫지 못했었다. 필자가 자작한 300B 암프에 비해서 손색이 없다는 점은 알고 있었지만 그 보다 더 좋다는 생각은 들지 않았었다. 사실 300B 싱글에는 필자가 거금(?)을 들여 구입한 플리트론 사의 토로이달 출력트랜스를 사용하고 있었으니 자작한 출력트랜스를 사용한 암프가 그보다 좋을 리는 없다는 선입감이 있었던 모양이다. (이 암프 사진은 강기동 선배님이 이 싸이트에 올려 놓았으니 참고 바람)
더구나 이 출력트랜스는 갭이 없을 때는 30H 이상의 인닥탄스를 갖고 있지만 갭을 넣고 나니 고작 14H정도가 되었다. 다행히 누설인닥탄스는 5mH 정도로 작은 편이었다. 그런데 최근 단순한 호기심으로 필자가 가지고 있는 앨렉트로 스타틱 하이브리드 스피카에 이 암프를 물려서 시청한 이후, 필자는 이 암프가 300B 암프를 능가한다고 확신하게 되었다. 필자는 845 싱글도 가지고 있는데 이와 비교해도 손색이 없다고 생각한다. 이 845 싱글에는 마그네퀘스트사의 출력트랜스를 사용하였다. 이전 까지는 이 암프로 엘렉트로 스타틱 스피카를 구동해 볼 생각도 하지 않았고 40년도 더 묵은 JBL의 L100에만 걸어서 들어보곤 했었다. 이L100은 너무 브라이트하다는 평을 듣고 있지만 의외로 좋은 스피커라고 생각한다. 3극관 암프에 물려서 들으면 그렇게 소란하지도 않다.
일반적으로 싱글암프는 저역에 약하다. 그 이유는 물론 출력트랜스 때문인데 싱글 암프는 필요상 출력트랜스 1차에 직류를 흘려야 하고 이로 인한 철심의 자기 포화를 막기 위해 철심에 갭을 두게 된다. 그러면 1차권선의 인닥탄스가 감소하게 되어 저역특성이 나빠지게 된다. 근래에 소위 파라피드라는 것이 유행하고 있는데 여기서는 출력관의 양극에 대형 쵸크를 통해 직류를 공급하고 출력트랜스에는 커패시터로 직류를 차단해 주는 방식이다. 그러나 이 방식은 이것대로 문제가 있다.
하여튼 이6LB6싱글은 저역이 약하다는 느낌이 전혀 들지 않을 정도로 저음이 살아난다. 약간 큰 볼륨으로 들으면 마루짱이 울릴 정도다. 3극관 결합한 6LB6의 낮은 내부저항이 빛을 발하고 있다고 생각된다. 한편큰 차이는 아니지만 이 암프는 300B에 비해 출력도 더 크다.
강 선배님이 36LW6를 보내 주셨을 때 큰 관심을 두지 않았었는데 3극관 결합 특성을 보고 고무를 받았고 6LB6 암프로서 그 실현가능성이 입증되었다고 본다. 더구나 이 관은 적절한 동작점을 택하고 적절한 부하임피던스를 택하면 15W까지 출력이 가능하다. 그리고 내부저항은 550옴 정도로 800옴의 300B보다 낮다. 강 선배님이 “이 이상은 없다”고 선언하셨을 때 이는 단순한 레토릭 만은 아니다. 그래서 다시한번 출력트랜스를 포함한 주요 부품을 자작한 35LW6싱글 암프 프로젝트를 시작하게 되었다.

 

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36LW6 싱글 암프 설계
앞에서도 암시는 했지만 6LW6에는 히터 전압만이 다른 3가지가 있다. 히터 전압이 각각 26V, 36V인 26LW6, 36LW6들이 그것들인데 그 순서에 따라 값이 싸진다. 사실 동일한 진공관인데 히터 전압이 다르다는 이유로 36LW6가 가장 싸다. 6LW6이 비싼 것은 그런대로 이해가 가지만, 26LW6가 36LW6보다 비싼것은 좀 이해하기가 힘들다. 그건 그렇고…
그러면 36LW6는 장점만 있고 단점은 없는가? 물론 아니다. 세상 이치가 공짜 점심은 없는 것과 마찬가지로 장점만 있는 것은 없는 법이다. 이런 류의 관들의 공통적인 단점은 드라이브에 큰 전압스윙이 요구된다는 점이다. 845의 경우 그리드에 +-150V피크의 전압스윙이 필요하다. 36LW6의 경우 +-100V 피크의 전압스윙이 요구된다. 따라서 드라이브단 설계에 이 점을 반영해야 한다. 6LB6의 경우는 대략 60V 피크의 전압이 필요하여 드라이브단의 설계는 큰 문제가 아니었다.
자 우선 출력단부터 설계를 시작해 보자. 설계의 요점은 동작점을 선택하는 일인데 강 선배님의 선택한 동작점에서는 그리드 바이어스 –100V, 양극전압 420V, 양극전류 약 95mA로 하여 약 15.2W의 출력을 얻고 있다. 부하 임피던스는 3.5Kohm이다. 이때 양극 입력은 대략 39W이고 효율은 39%로 상당히 높은 편이다. 이론적으로 달성할 수 있는 클래스 A의 효율은 50% 미만이지만 흔히 25% 내외이다.
필자가 택한 동작점은 그리드 바이어스 –116 V에 양극 전압 450V, 양극 전류 74mA로 하였다. 출력트랜스가 4.2Kohm으로 감겨 있어서 부하저항은 4.Kohm으로 한다. 출력을 계산해 보면 14W가 조금 못되게 나온다. 필자의 목표는 대략 12W를 초과하는 것이니까 목적달성은 충분히 할 것이라고 믿는다. 양극전류를 줄이도록 동작점을 택한 이유는 출력트랜스의 부담을 조금이라도 덜기 위한 조치였다.



드리이버 증폭단
출력단을 최대 출력까지 드라이브 하기 위하여는 116V x 2 = 232V의 볼트에이지 스윙이 필요하다. 이제부터의 논의에서는 편의상 전압은 피크 전압을 의미하는 것으로 한다. 우선 이 암프의 최대 입력은 1.0V로 잡으면 드라이버단에 필요한 이득은 116배가 된다. 이 정도의 이득은 단간 암프로는 불가능한 것은 아니지만 무리다. 2단 증폭이 필요하다. 그리고 드라이버에 쓸 진공관은 232V의 볼트에이지 스윙이 가능해야 한다.
여기에는 몇가지 관들을 선택할 수 있을 것이다. 동작점을 잘 선택하면 6SN7같은 관도 쓸 수 있을지 모르겠다. 그러나 6BL7 이나6BX7 같은 것들이 좀 더 안전할 것이다. 9핀의 관들 중에는 12AU7, 12BH7, 5687 등등이 떠오른다. 드라이버 단에서는 대략 5배 정도의 이득만 얻어도 되기 때문에 이득은 큰 문제가 안된다.
초단관에는 6DJ8, 12AT7, 6KN8 등등의 쌍 3극관을 써도 좋고 최근 강 선배님이 말씀하시는 6KV8써도 좋을 것이다. 여기서는 대략 20배 내지는 25배의 이득만 얻으면 족한데 약간의 부궤환을 걸어둘 예정이라면 이보다 약간 더 큰 이득을 얻을 수 있는 관을 택하면 될 것이다.
필자는 이 시작품에서는 6EM7을 택하기로 하였다. 이 관은 비 대칭 쌍 3극관으로 한 쪽의 3극관은 양극손실이 10W정도나 되고 내부저항도 750옴으로 매우 낮다. 다른 쪽 3극관은 증폭도(뮤)가 68, 내부저항은 40Kohm으로 6SL7과 비슷한 정도다. 이정도라면 초단의 이득은 정확한 계산은 해 보지 않았지만 대략 40배 이상을 얻을 수 있을 것이다. 초과 이득은 부궤환을 거는데 이용할 수 있을 것이다. 바이어스를 쎌프바이어스로 하면 요구되는 공급 전압은 대략 550V정도가 된다.
인터넷에서 이 관의 특성 공선을 다운 받아서 다음과 같은 동작점을 선택해 보았다. 먼저 드라이브단은 그리드 바이어스를 -27V로 하고 양극 전류 20mA, 양극 전압 150V로 잡아 보았다. 부하 저항을 15Kohm으로 하면 대략 125V 정도의 출력 전압을 얻을 수 있어 250V의 볼트에지 스윙이 가능하다. 최대 입력전압은 27V이고 이 때 이득은 4.6배가 된다. 셀프바이어스로 했을 때 요구되는 양극 전압은 477V 가 된다.
초단은 동작점을 양극 전압 200V, 양극 전류 2mA, 그리드 바이어스 -2V로 하고 부하저항을 125Kohm으로 잡았다. 이 때 최대 출력 전압은 100V를 약간 넘는다. 그래서 약 50배의 이득을 얻는다. 요구되는 양극 공급 전압은 452V이다.
드라이브단의 총 이득은 4.6 x 50 = 230배가 되어 요구되는 116배의 이득에 약 2배가 된다. 잉여 이득은 부궤환을 거는데에 소진 될 것인데 이 경우 최대 약 6 dB의 부궤환을 걸 수 있을 것이다.

전원부 설계
여기서 주목할 것은 출력단을 포함한 모든 증폭단에서 셀프 바이어스를 채용했다는 점이다. 그래서 이 암프는 완성된 이후에는 아무런 조정이 필요하지 않다. 또한 요구되는 B전원도 단일하여 전원부가 간단하게 되었다. 대략 550V 100mA의 B 전원이 필요하다. A 전원은 6.3A, 1A와 36LW6의 점화를 위한 36V, 0.45A가 필요하다. 약간 비싼 6LW6를 사용한다면 6.3V 4A의 전원만 필요하게 된다. 정류는 다이오드를 사용하도록 하였다.
진공관 암프에서 정류는 반드시 진공관으로 해야한다는 주장과 실리콘 다이오드로도 충분하다는 주장은 상당히 해묵은 싸움이다. 일부 진공관 암프 제작사들은 진공관 정류를 마켓팅에 이용하기도 한다. 즉 자신들의 제품에서는 진공관 정류를 사용하였기 때문에 더 우수하다는 암시를 한다.
필자의 개인적 생각으로는 정류관을 고집하는 것은 무익한 일이라고 생각한다. 필자도 물론 암프제작에 정류관을 사용하였다. 그러나 그 이유는 다른 곳에 있었다. 정류관을 사용한 가장 일차적인 이유는 적당한 다이오드가 없었고 정류관은 가지고 있었기 때문이었고 또 다른 이유는 다이오드로 정류했을 때 출력 전압이 너무 높아져서 약간의 감압이 필요한 경우였기 때문이다. 정류관을 썼을 때 한가지 이점은 B 전원이 진공관이 점화되어 음극이 충분히 가열된 후에야 규정 전압이 걸린다는 점이다. 실리콘 다이오드를 사용하면 음극이 충분히 가열되기 전에 이미 양극전압이 걸리게 되는데 이럼 경우 음극에서 소위 강제 전자 방출을 시키는 현상이 있을 수 있고 이것이 진공관의 수명을 단축시킬 수 있다. 이를 피하기 위해서는 먼저 A전원에 스위치를 넣고 B전원은 10초 내지는 30초 후에 스위치가 작동하도록 시간지연 릴레이를 설치하여야 한다.
하여튼 다이오드를 피하고 정류관을 고집하는 가장 큰 이유는 다이오드에서 발생한다는 잡음일 것인데 필자는 이런 경험을 한 적이 없다. 그리고 고속 다이오드를 채용한다면 이에 대한 걱정을 줄일 수 있을 것이다. 강선배님은 진공관 암프에 SMPS를 쓰시기도 하는데 기술적으로 큰 문제는 없다고 본다.
일반적으로 싱글 암프의 경우 회로상 특별한 것은 별로 없다. 이런 류의 암프는 회로상으로는 대소동이한데 성능의 차이는 회로 구현에서 나온다. 출력트랜스, 카풀링 커패시터, 각종 용도의 저항 등등. 심지어는 배선줄까지 신경을 써서 은선을 사용하는 경우도 있다. 그렇다 하더라도 성능의 현저한 차이를 낼 수 있는 부품이라면 몰라도 배선줄에 은선을 사용한다 해도 성능상의 차이는 사람의 귀로 차별이 가지 않을 것이라고 믿는다. 이 암프의 실제 제작과정과 완성품에 대한 테스트에 대하여는 2부에서 다루기로 하고 1부는 여기서 마치겠다. (2부에서 계속)


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