[공학]진공관 앰프 설계 (10W Single-Ended Vacuum-Tube Amplifier)

소개

앰프의 근원으로써 종류를 나누면 크게 Tube Amp(진공관)와 Solid State Amp (Transistor 트랜지스터)로 나눌 수 있고 이러한 것은 모두 작은 전기 신호를 크게 증폭하는 작용이 있다.
Solid State Amp는 Tube Amp에 비해 가격이 저렴하고 소비전력도 적고 주파수 특성도 양호하고 무게도 가벼우며 고장도 없다는 장점을 가지고 있으나 Tube Amp 세계에는 단순히 이러한 수치적인 비교가 불가능한 `무언가`가 존재한다.
Tube Amp에서의 기름지고도 투명하며 때로는 위압감 있고 Wild한 너무도 매력있는 소리 때문에 아직도 대부분의 Guitarist들은 Tube Amp를 더 선호한다. 간혹 Solid State Amp의 따뜻함은 없어도 영롱한 Clean Tone을 더 선호하는 Guitarist들도 있지만 일반적으로 Solid State Amp의 소리는 상대적으로 냉정하고 기계적인 소리가 난다고 인식되고 있다.
Tube Amp Simulation 기술처럼 요새는 Transistor 회로의 기술이 좋아져 이제는 단순히 기호에 따라 앰프를 선택하면 된다고도 하지만, 개인적으로는 Transistor를 사용하는 회로가 많이 개선되었지만 아직은 그 미묘한 무언가의 차이를 극복할 수 있는 단계까지는 아니라고 생각된다.
본 논문에서는 진공관의 기본 지식을 알아보고 전압 증폭단, 드라이버단, 전력증폭단을 설계한 후 MultiSim을 이용해 진공관 앰프의 성능 및 실현 여부를 확인한다. 또한 진공관의 특성을 최대한 이용하여 뛰어난 성능을 발휘할 수 있도록 조정하고 출력은 작지만 싱글앰프의 맑고 섬세한 음색을 실현하도록 한다.

목차

Ⅰ.서론
Ⅱ.본론
2.1 진공관의 기초 지
2.1.1 진공관의 발
2.1.2 진공관의 구
2.1.3 진공관의 동작
2.2 진공관의 종류
2.2.1 2극진공관
2.2.2 삼극진공관
2.2.3 사극진공
2.2.4 오극진공
2.3 진공관 앰프의 설계
2.3.1 진공관의 3정수와 특성도 구하는 방법
2.3.2 초단 설계 Simulation
2.3.3 드라이브단 설계 Simulation
2.3.4 전력증폭단 설계 Simulation
2.3.5 전원단 설계 Simulation
2.3.6 최종회로 설계 Simulation
2.4 진공관 앰프의 제작
2.4.1 사용부품 리스트
2.4.2 앰프의 제작
2.4.3 앰프의 조정
2.4.4 앰프의 특성
Ⅲ.결론
참고 문헌

본문내용

2.1.3 진공관의 동작

가. 검파와 정류

이극 진공관은 한 방향으로 전류를 흘리는 특성이 있어, 검파 또는 정류를 할 수 있다.

라디오는 높은 주파수에 음성 신호를 실어 나르는 역할을 한다. 이때 수신기에서 라디오 주파수 속에서 음성 신호를 분리해 내는 과정을 검파라고 하는데, 이 때 이극 진공관이 사용된다. 정류도 똑같은 과정이나 주파수가 낮다는 것뿐이다.

나. 바이어스

바이어스란 진공관이 동작하도록 기본적인 전류를 흘리는 것을 말한다. 마치 자동차의 시동을 걸어 놓은 것처럼 진공관이 동작하기 위해서 모든 진공관은 바이어스를 걸어야 동작 한다.

이 상태(바이어스 전류가 흐르는 상태)가 진공관의 여러 가지의 기본적인 특성을 결정짓게 되는데, 예를 들어 출력, 왜율, 효율, 게인, S/N비, 증폭등급 등을 결정하게 되므로 신중을 기해야 한다. 그러나 적절한 바이어스가 이 모든 것을 충족시키는 것은 모순이며, 증폭단의 목적에 맞게 바이어스를 조정해야 한다.
대부분의 진공관은 제1그리드인 컨트롤 그리드에 마이너스 바이어스가 필요하다. 그 이유는 컨트롤 그리드에 플러스 전압을 가하면 진공관은 특성이 급격하게 변해, 그리드에 전류가 흐르고, 증폭과 전달 특성이 변하게 된다. 그래서 대부분의 진공관은 그 동작 범위가 수 볼트 정도의 마이너 전압의 바이어스가 될 때 정상 동작하도록 한다. 이것은 진공관이 세 가지의 전압의 공급이 필요하다는 것이데, 필라멘트를 가열하기 위한 낮은 전압(AC도 가능), 플레이트에 공급하기 위한 50-350볼트 정도의 B+전압, 그리고 마이너스 1-20볼트 정도의 그리드 바이어스를 위한 B- 전압이다.

1)고정 바이어스
고정 바이어스는 외부에서 따로 일정한 마이너스 전압을 그리드에 인가하는 것을 말한다. 또한 고정 바이어스는 통상 조그만 트리머 볼륨에 의해 조정이 가능하다.
고정 바이어스는 통상 진공관을 교체하면 다시 바이어스를 조정해 주어야 하고 외부에서 걸어주는 마이너스 전압은 깨끗해야 하고 리플이 있으면 바로 신호와 함께 증폭된다.

2)자기 바이어스
바이어스를 얻기 위해 마이너스 전압을 공급하지 않고 쉽게 얻는 확실한 방법은 케소드에 그리드 보다 더 많은 플러스 전압을 공급하는 것이며, 이렇게 하면 그리드에 마이너스 전압이 걸린 것처럼 보인다. 진공관을 통해 흐르는 전류는 케소드 저항에 의해 전압 강하가 일어나 케소드를 기준으로 보면 그리드에 마이너스 전압이 걸려 적절한 바이어스가 걸린다.
자기 바이어스는 오디오용 증폭기와 AGC(자동 게인 컨트롤)이 없는 곳에서는 매우 유용하다. 라디오 수신기에서 AGC는 다른 바이어스를 유기 시키며 이로 인해 자기 바이어스와 이 AGC사이에 상호 작용으로 AGC의 효과가 떨어진다. 그래서 이런 경우에는 보통 외부 바이어스를 쓴다.

참고자료

· [1] 마이크로 전자회로 (Sedra/smith) 『정원섭, 유상대, 정덕균, 정덕진』"2001년"
· [2] 진공관 앰프 제작 길라잡이 『이찬영』"1998"
· [3] 하이파이 앰프 『월간 오디오사 출판부』
· [4] 전자회로실험 『김수원』
· [5] 괄호 열고 괄호 닫고 『김선호』
· [6] 각종암프제작『한국과학기술사』
· [7] http://www.tubeamp.net/
· [8] http://www.soriaudio.com/
· [9] http://jestea.eelee.net/