히터 캐소드간의 내압문제

 

이 시점에서 이런 종류의 회로에서 반드시 주의할 점을 상기시켜야 할 것 같다.  다름 아닌 히터와 캐소드간의 허용 전압의 문제다.  6BL7의 경우 허용전압은 대략 200V이내로 되어 있지만 히터 전압을 그라운드로 잡았을 때 정, 부 전압이 꼭 대칭이 되는 것은 아니다.

현재 드라이버 단의 6BL7 반쪽 3극관 캐소드에는 대략 150V 내외의 전압이 걸리고 다른 반쪽의 3극관 캐소드에는 -130V 내외의 전압이 걸리도록 설계 되어 있다.  이런 경우 히터-캐소드간의 허용 내압 전압을 충족시키기 위해서는 히터 전압에 적정한 바이어스 전압을 걸어주어야 하는데 이 문제는 히터 전원의 한 끝을 그라운드 시켜 줌으로서 해결하였다.

 

그런데 시험도중 출력 전압이 갑자기 사라지는 현상을 관찰하게 되었다.  전원을 키고 출력파형을 스코프로 관찰하고 있었는데  몇 분 후 갑자기 출력파형이 사라져 버리는 현상이 생긴 것이다.  이 때 츨력관 그리드 바이어스가 -135V 걸려 있었다.  의심이 드는 부분은 역시 캐소드-히터간의 허용전압이다.  히터-캐소드 간의 정련이 깨지면 캐스드가 그라운드가 되어 입력 신호가 그라운드 되는 꼴이 된 것이다.  그런 상태에서도 출력관이 동작하고 잇는 것은 출력관 캐소드(즉 필라멘트 중간 탭)에 CCS가 있기 때문이다.  그릿드 전압이 제로가 되면 (즉 그릿드가 그라운드가 되면) CCS는 그 양단의 전압을 올려서 전류의 양을 제한하게 된다.  

이 현상은 그릿드 바이어스를 -120V로 낮추어 준 후에는 관찰되지 않았다.

 

이 문제를 다시 한번 생각해 보니 캐소드 접지 증폭기로 사용한 반쪽 6BL7의 캐소드에는 +150V가 걸려있지만 또한 270 uF라는 대용량의 캪으로 바이패스 되어 있어 이 부분은 신호전압에 따른 전압변동은 무시할 정도라고 보여진다.  반면 6BL7의 다른 반쪽은 CF로 동작하여 이 부분은 -130V의 바이어스 전압을 중심으로 거의 +-150V 정도의 신호전압이 걸릴 수 있으니 안전 동작을 위해서는 히터 전원의 한 끝을 -130V의 바이어스 전압을 걸어주는게 좋을 것이란 생각이 든다.

 

그렇지만 현재의 상태로 이렇게 하는 것은  6BL7의 두 삼극관부는 공통의 히터를 사용하고 있으니 불가능하다.  이것은 배선을 바꾸어 2대의 6BL7을 양 채널이 공유하도록 하면 해결된다.  즉 한개의 6BL7의 두 삼극관은 모두 캐소드 접지 증폭기로 사용하고  또 다른 6BL7의 두 3극관부는 모두 CF 드라이버로 사용하도록 하는 것이다.  아니면 드라이버단의 진공관 레이아웃을 바꾸어 다른 진공관을 사용하도록 해야 한다.   CF 드라이버에 6L6 혹은 EL34를 3결하여 사용할 수도 있다.  아니면 강박사님이 애용하시는 직열형 5극관 8042를 3결하여 사용할 수도 있겠다.

 

그러나 우려했던 것과는 달리 현 상태에서 암프는 별 이상없이 잘 동작하고 있다.

 

출력(트랜스) 주파수 특성

 

첫 출력트랜스는 UTC사의 트랜지스터 용 출력트랜스를 분해하여 얻어낸EI 코아를 사용하여 만들어 보았다 . 이 코아는 특성을 알 수는 없지만 다른 코아들에 비해 철판이 얇다.  1차는  2616회 이고 2차는 8옴 기준  84회이다.  1차는 5분할 2차는 4분할을 하였다.

츨력단자에 8옴 다미로드를 달고 주파수 특성을 측정하여 보았는데 다음과 같은 결과를 얻었다:

1dB  down @17KHz, 2dB down @ 22KHz, 3dB down @ 23KHz, 6dB down at 25KHz, 6dB down @ 40KHz, 3dB down @ 52KHz

즉 고역 특성은 대략 17K Hz 에서 감쇄를 시작하여 3dB  감쇄점이 23KHz 이니 좋은 특성은 아니지만 큰 문제가 있는 특성도 아니다.  문제는 거의 30KHz에서 상당한 골짜기가 생기고 거의 52 KHz에서 봉우리가 생긴다는 점이다.  이런 특성은 정현파 응답특성에서 위상이 전도되는 현상을 볼 수 있고 이런 점은 부궤환을 걸어 줄 경우 암프의 불안정성을 초래할 수 있다고 생각된다.

 

이 트랜스의 특성에 만족할 수 없어R코아 KD128을 한번 더 자로단출을한 코아가 있어 이를 사용하여 새로운 출력트랜스를 제작하였다.  

 

이 새로운 출력트랜스는 1차 3008회, 2차는 8옴 기준 82회를 감아서 임피전스 비는 대략 10K:8Ohm정도가 되었다.  고역특성은 1dB down @30KHz, 2dB down @ 48KHz, 3dB down @ 50KHz 정도로  개선되었고 120KHz 부근에서 위상반전이 일어나고 있다.  아마도 이 주파수가 거의 공진점인 것으로 보인다.  1KHz에서 측정한 최대출력은 대략 19W 정도이다.  여기서 말하는 최대출력이란 육안으로 관찰한 출력파형이 찌그러지기 직전에 측정한  출력전압을 기준한 것이다.  이때 관찰된 최대 출력전압이 35V PP를 약간 상회하였다.  아마도 20W 출력이라고 해도 무방할 것이다.

 

다음 캐소드 휘드백을 걸어 보았다.  처음 1차권선을 반으로 나누어 반은 풀레이트에 반은 캐소드 부하로 하였지만 좋은 결과를 얻지 못하였다.  그 이유는 아마도 2개의 보빈중 하나는 풀레이트에 다른 하나는 캐소드에 넣었기 때문이 아닌가 한다.  캐소드 휘드백 코일의 권수비를 7:1로 휘드백 양을 대폭 줄였다.  그 결과는 고역의 대폭 개선을 가져왔다.  이제 1dB  down @ 60KHz, 2dB down @ 63KHz, 3dB down @ 74kHz로 측정되었다.  이 경우 20 KHz 까지는 문자그대로 평탄하였다.  그러나 10KHz 방형파 응답파형은 그리 좋게 보이지 않는다.  상당한 링잉이 포함되어 있다.  주파수 특성은 이런 종류의 암프로는 상당히 좋은데 방형파 응답파형은 그리 좋아 보이지 않는다.  특히 링잉이 크게 나오는데 아마도 이는 주파수 특성상 60 KHz지점에서 급격한 감소가 일어난다는게 그 이유일 것 같다.

 

캐소드 휘드백을 걸어준 상태애서  다시 측정한 고역특성은 -2dB down @ 50.5KHz, -3dB down @ 61.5dB, -6dB down @ 72KHz,로 보아서도 알 수 있듯이 50K Hz 를 지나면서 급격한 감소를 보이면서 깊이 있는 골짜기를 향성하고 있다.  50KHz 이전에는 비교적 평탄한 편이다.  한편 저역특성은 1W 출력에서 측정했을 때 -1dB down @10Hz인데 10Hz에서의 출력은 1W가 채 못된다.

저역에서 찌그러짐이 없는 정현파 출력은 20Hz에서 6V피크(2.25W), 30Hz에서 7V 피크(3W) 정도이다.   저역특성이 전혀 만족할만한 수준과는 거리가 멀다.  왜 그럴까? 이에 대한 설명은 제 3부에서 취급해 보겠다.

 

청음 느낌

 

음질을 평가할 때 내가 흔히 들어 보는 곡들은 솔로 악기 연주부터 시작하여 실내악, 대편성 오케스트라, 그리고 보이스, 합창 등의 순서로 들어본다.  대편성의 심포니를 들어 보는 것은 각종 악기들이 동시에 연주될 때 각 악기들이 또렷히 구분되는가를 들어보려는 것이다.  솔로 악기를 들을 때는 그 악기의 독특한 음색이 제대로 살아나는가를 본다.

 

이번에는 이 암프의 한 채널을 동작시켰을 때 얼핏들어 본 강주미가 연주한 바이올린 곡 파가니니아를 들어 보았다.  유튜브에 올려있는 음원인데 일반적으로 인터넷 음원은 CD만은 못하다는 느낌을 받아왔다.  그런데 이 곡만은 상당히 음질이 좋은 것 같다.  강주미가 연주한 바이올린은 꽤 유명한 바이올린인 모양이다,  음질이 가가막히게 좋다.  내가 가지고 있던 시스템으로는 현악기 소리가 처음으로 만족스럽게 들린다.  소리결들이 또렷하게 살아난다.

 

다음으로 들어 본 곡은 벤쟈민 브릿튼의 청소년을 위한 오케스트라 소개( The Young Person’s Guide to the Ochestra)인데 이 곡은 많은 악기들이 등장하고 다이나믹한 패세지들이 꽤 있다.  고역의 소리가 나는 악기들이 많이 등장하여 고역음질을 테스트하기에 좋은 것 같다.  이곡을 들으니 고역에 관한 한 내가 만든 암프 중 가장 좋다는 느낌이 들었다.  그러나 이 느낌은 호기심이 발동하여 Quintet 암프에 같은 곡을 같은 스피커에 물려서 들었을 때 그리 큰 차이가 나지 않는 구나하는 느낌이 들이 약간은 정정해야 할 것 같다.  호, 불호의 차이가 정말 간발의 차이라는 생각이 들었기 때문이다.  그러나 AB테스트를 하지 않고는 두 암프 모두 별 주의를 하지 않고 들으면 막상막하다.

 

하여튼 845직열형 같은 대형관을 들으면, 특히 부궤환을 걸어주지 않은 암프를 들으면 느낌이 매우 다이나막하다는 것이다.  그리고 비온 뒤 햇빛이 날 때의 대기 같이 맑고 청량하고 깨꿋하다.

결론적으로 현 상태에서 이 암프는 측정기에 보인 주파수 특성은 그리 만족스럽지 못한게 사실이다.  물론 통상적인 1W 출력에서 측정한 주파수 특성은 나무랄 데가 없다.  저역은 -1dB @ 10Hz, 이고 고역은 -1dB 다운 포인트가 거의 50KHz까지 확장된다.  그러나 문제는 저역은 출력을 약간만 높여도 찌그러짐이 심해지고 고역은, 물론 가청주파수 대역의 밖이기는 하지만 주파수 특성에 산과 계곡이 여러개 발생한다.  결과적으로 10KHz 방형파 응답특성에 심한 링잉이 보이고 1KHz 방형파 특성에서 조차 약간의 링잉이 보일 정도다.  그러나 그럼에도 불구하고 고감도 스피카를 연결하고 들어 보면 저역이 부족하다는 느낌은 별로 들지 않고 고역은 매우 깨끗하게 들린다.  향후 출력트랜스를 재 개발하여 부족한 부분을 보충한다면 수만불을 호가하는 고급 하이엔드 암프에 전혀 뒤지지 않는 암프가 될 것으로 확신한다. (제 3부로 계속)