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앰프의 현재상태를 정의하는 세 가지 요소, Bias, Idle Current, DC Offset

글쓴이 : SOONDORI

인티앰프, 파워앰프, 리시버 출력단 회로 즉, 신호를 받아 최종 증폭하고 스피커에 전달하는 회로에서 다음 항목들의 확인은 매우 중요하다. 110V 사용 기기를 220V용으로 바꾸었다거나 최근 앰프발열이 심해진 경우라면 꼭 확인해보는 것이 좋다.

가. Bias와 Idle Current

‘바이어스’는 “어떤 기준으로 부터 편향 또는 이탈 되어 있다”를 의미한다. 대부분의 앰프에 적용된 B-Class 방식(두 조의 트랜지터가 파형을 1/2씩 나누어 증폭하는 방식, 대부분의 앰프에 해당)에서는 양의 파형과 음의 파형이 전환되는 지점에서 트랜지스터의 반응지연 때문에 순간적인 찌그러짐(Cross-Over Distortion)이 발생하게 된다.

(출처 : http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp48.gif?x98918)

반응지연? 다음과 같은 이유로 발 빠른 트랜지스터도 일을 제대로 하려면 정신차릴 시간이 필요하다.

○ 트랜지스터가 Off 상태에서 On 상태가 될 때 절대적인 시간(예를 들어 1/1000초)이 필요하다. 반대로 On 상태에서 Off 상태가 될 때도 마찬가지이다.
○ 그것이 충족되지 못하면 1) 여전히 Off 상태이거나 b) Off 상태에서 On 상태로 변화하고 있는 과도기적 상태에 있게 되어 (또는 그 반대의 경우에도) 신호를 제대로 처리할 수 없다. Settle Time이 필요하다. 이런 관점에서 반도체 소자역시 사람처럼 갑자기 깨어나서 전력질주를 할 수는 없는 존재.

이 문제를 해결하기 위해서 약간 몽롱한 상태 즉, ‘아주 작은 량의 전류’를 흘려 깨어 있는 상태를 만들어 주면 되는데 그러한 조치를 ‘바이어스를 준다”라고 표현한다. ‘아주 작은 량의 전류’가 곧 아이들-커런트. 재 정의를 하자면 무부하 운용 상태에서 기본적으로 흐르는 전류를 의미한다. 헷갈리는 경우 바이어스는 행위의 관점에서, 아이들 커런트는 목적물의 관점에서 쓰이는 용어라고 암기해두면 좋다.

보통은 출력 트랜지스터의 에미터에 흐르는 전류량을 보고 판단하는데 전압으로 환산측정하는 것이 편리하다. 아래와 같이 작업한다.

○ 8오움 스피커선을 뒤로 살짝 후퇴시켜 구리선이 조금 노출되게 만든다.
○ 10분 정도 크게 음악을 듣거나 켜 놓은 상태로 놔둔다.
○  AUX를 선택하고 볼륨은 최소로 한다.
○ 앰프보드에는 하얀색의 커다란 저항이 있다. 이것을 흔히 시멘트(Cement)저항이라고 부르는데 출력트랜지스터의 무부하 전류(=Idle Current)가 지나가는 경로이다.

※ 큰 전류가 흐르는 곳이고 주변에 단락을 일으키는 부품들이 있으므로 Power Off 상태에서 임시배선을 해두면 부주의에 의한 고장을 예방할 수 있다.

[ 표제부 사진을 기준으로 설명 ]
양쪽 시멘트 저항 중 하나의 양단전압을 측정한다. * 가급적 NPN(사진의 좌측, C또는 D로 시작되는 트랜지스터))쪽을 사용하는 것이 좋다. 이후 VR301로 표기된 것과 비슷하게 생긴 바이어스조정용 가변저항을 조심스럽게 조작한다.

○ 저항 양단의 전압이 10mV 내외인지를 확인한다.(여기서 제시하는 10mV는 제조사 서비스매뉴얼이 없을 경우의, 임기응변용 목표값. 서비스매뉴얼에서 더 작은 값을 요구하는 사례도 있다.)
○ 남거나 모자란다면 앰프 보드 어딘가에 있을 가변저항을 천천히 돌려 위 목표값에 근접하도록 조정한다. 참고로 스스로 바이어스 등을 자동으로 조정하는 앰프가 있고 당연히 이러한 점검은 필요하지않다.

나. DC Offset

DC Offset은 앰프 출력 접속점(적색단자, +)와 다른 접속점(흑색단자, -)에 걸리는 전압이 0.0V를 기준으로 얼마나 편이되어 있는지를 나타내는 수치이다. 통상 수 10mV 내외라면 양호한 편이고 혹시라도 100mV 이상의 값을 보인다면 회로이상 유무, 바이어스 틀어짐을 확인해봐야 한다. Bias 조정점과 다른 DC Offset 조정점이 따로 있다. 없다면 그 앰프는 DC Offset을 조정할 수 없거나 자동으로 조정되고 있을 것이다. 이 전압이 높다는 것은 신호 무관하게 항시 일정한 DC 전압이 스피커에 가해지는 것이다. 당연히 스피커에 무리가 간다.

한편, 개별 DC Offset의 절대값도 중요하지만 가급적 좌/우가 동일한 값을 갖는 것이 좋다. 예를 들어 한쪽은 20mV인데 다른 쪽은 150mV, 200mV라면 회로에 뭔가 문제가 있을 가능성, 신호처리에 있어서 좌우 불균형 상태일 가능성이 있다. 다만, 일부 보급형 앰프에 있어서 사용된 소자들의 특성 편차 때문에 두 값이 상이할 수 있음을 참고. 그 경우 부품을 PAIR로 재선별, 대체하지않는 이상 조치할 방법은 없다.

점검은 다음과 같이 진행한다.

○ 바이어스 점검/조정과 같은 절차를 따른다.
○ 테스터로 좌우 스피커 단자의 전압값들을 확인한다. (mV DC 레인지)

신호없는 조건, 볼륨최소에서 전원을 넣을 때 스피커 측면에서 보면 콘지가 한 두 번 전/후진을 하고 정지하게 되는데 DC Offset이 허용할 만한 수준에 있다면 스피커는 Power Off 상태와 같은 지점에 있게 되며 Pop-Up Noise(북~!하는 작은 소리)도 거의 발생하지않는다.

 

6 thoughts on “앰프의 현재상태를 정의하는 세 가지 요소, Bias, Idle Current, DC Offset

  1. 안녕하세요. 내용 잘 봤습니다.
    파워앰프가 켜고 나서 한시간 정도면 조금 표시나고 세시간 정도면 많이 보컬이 오른쪽으로 치우치는데
    이런 문제도 바이어스 문제일까요?
    전체적인 음장이나 뒤에서 나는 소리는 중앙에서 들리는데
    돌출되는 소리나 보컬등 앞쪽에 있는 소리가 특히 오른쪽으로 치우칩니다.
    오늘 케이스 열어서 출력석을 만져보니 왼쪽은 전혀 온도감이 없는데 오른쪽은 살짝 미지근 하더군요.
    이것이 바이어스 문제인지 궁금합니다.

  2. 안녕하세요? 반갑습니다.

    문제 현상을 1) 일정 시간 지난 후 보컬 편중, 2) 나머지 음들은 제 위치, 그렇게 정의를 한다면요.

    1. 저-중-고 주파수별 재생 강도가 달라지는 것 예를 들어 유독 보컬(예, 1~2Khz 대역)에 등락이 있는 것은… 파워앰프에 대략 Tone관련 변수가 없다고 보면 파워앰프가 아니라 프리앰프 쪽의 문제가 아닐까 싶습니다.

    2. 파워앰프의 발열온도가 다른 것은 바이어스와 대기전류 편차 때문일 것인데 그것이 약간 많고 적음에 따라 좌우 음의 강도나 (L/R 임의 채널을 기준으로 하는) Tone이 달라지지는 않죠.

    의견인 즉, 증상 두 개가 겹친 상태로 보입니다. 더 필요한 게 있다면 User Talk에 글 남겨주세요.

  3. 안녕하세요, Soondori님.
    앰프가 여러가지이니 바람잘날 없네요 ㅡㅡ
    앰프는 7ra이고, 앞쪽에 자작 프리가 있습니다.
    여기에도 ㅎㅎ
    자작 프리에는 NE5534가 있던것을 OPA627BP로 바꾸었습니다.

    문제는 평소에는 몰랐는데 바이올린 협주곡을 듣다보니 왼쪽에서 모기 울음소리가 들렸습니다.
    처음에는 스피커 불량으로 생각했는데 , 스피커를 바꾸어도 같은 소리가 나더군요.,
    그런데 요즘 유투브에 특정주파수 플레이가 되는게 있어 1KHZ를 넣었더니
    모기가 구슬프게 웁니다.
    볼륨문제?로 생각해서 조절했으나 , 문제 없음이고,
    평소에는 잘 모르다가 요 특정음에만 반응하는건 무엇이 문제일까요?
    혹시 릴레이 불량?도 그럴까요?
    100HZ로 흘리면 아주 잘 울려줍니다.

    사진을 올릴수가 없어 스피커 사진을 못올리겠네요ㅎㅎ
    2웨이 작은스피커이고 네트워크는 트위터에만 달려있습니다.

    1. 안녕하세요?
      7RA는 AX-7R을 말씀하시는 것이죠?
      그런데 위 내용은 댓글 대 댓글이 아니라 User Talk 성격에 맞는 듯합니다. 특히, 여기서는 문서 작성이 거의… 뭘 어찌 할 수도 없고요.

      1. 아~
        그렇군요.
        ax-7r의 두번째 버전입니다.
        그런데 오늘 들으니 멀쩡?합니다.
        몇일 그랬는데 ㅎㅎ
        자리를 잡아가나? 생각도 들고요,
        이 스피커는 집에 이상증상이 있는 그곳에서 만들어진것입니다.
        보상판매로 버려지는것 주어왔습니다.

        1. ^^
          모종의 사유에 의한 (이제는 간헐적인?) 발진이 아닐까 싶었습니다. 트랜지스터 콜렉터와 베이스 사이에 10pF, 5pF 그런 것 있다면 그 포인트의 PCB 냉땜 유무를 한번 확인해보시지요?

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