월요일, 12월 17, 2018
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트랜지스터 앰프 이야기 #7, 전원회로

글쓴이 : SOONDORI

DC를 쓰는 앰프에 있어서 전원 안정성은 대단히 중요한 사항이다. 전원 안정성은 1) 교류전압 변동에 대한 대응, 2) 외부 노이즈의 유입 차단, 3) 완벽한 DC 변환, 4) 충분한 전력공급 네 가지로 요약될 수 있다. 전원부가 부실하면, 예를 들어 큰 에너지가 필요한 저역에서 제대로 소리를 재생할 수 없다.

항상 불안정한 존재인 교류개입를 원천적으로 배제하기 위해 일반 건전지를 사용하는 프리앰프나 배터리를 사용하는 파워앰프(예, 아래 Jeff Rowland 모델)가 소개되기도 하였다. (표제부 사진 Jeff Rowland Concentra-2 프리앰프, 출처 : http://www.audioenz.co.nz/wp/wp-content/uploads/2013/12/jeff-rowland_concentra-2-rear.jpg

(출처 : http://i46.tinypic.com/2hqfnzo.jpg)

앰프 전원은 1) 파워앰프 전원, 2) 프리앰프 전원, 3) 기타회로 전원으로 구분된다. 파워앰프부 전원은 다루는 전력량, 특히 전류량이 크기 때문에 정전압 전원회로를 쓰기 어렵고 최종단이기 때문에 제어되지않은 변수가 반영될 가능성도 작다. 그러므로 트랜스포머 → 간단한 평활회로 → 파워앰프 구조를 유지하는 것이 일반적이다. 이에 반해 파워앰프 초단, 프리앰프, 컨트롤 앰프 등 앰프 앞쪽에서 소신호를 다루는 회로들은 전원 안정도가 중요한 변수이고 소모전력도 작기 때문에 정전압회로를 사용한다.

( A경로 : 트랜스포머 → D11~D14  브릿지 다이오드 → C51, C52 대용량 평활콘덴서 → 파워앰프.
B경로 : 동시에 Q5, Q6, Zenor Diode로 구성된 정전압 전원회로  → 프리앰프 등 신호처리에 영향을 주는 전원부 안정성이 중요한 회로.
C 경로 : 트랜스포머 → D9~D10 양파정류 → C50 소용량 평활콘덴서 → 기타 회로)

다음은 정류다이오드(Rectifier)와 평활콘덴서로 구성된 전원회로이다. 다이오드는 “한쪽 방향으로 전류를 흐르게 하고 반대방향으로는 흐르지않는다”라는 기본정의가 있지만 현실에서는 소자의 반응특성(일정 전압이 걸려야 제대로 작동함) 때문에 정의처럼 Ideal하지 않다. 그래서 맥류성분(Ripple)이 생기고 이 맥류는 완벽한 DC가 아니므로 이것을 제거하기 위해 대용량 평활콘덴서를 병렬로 연결한다.

이 콘덴서는 1) 일종의 교류성분을 제거하는 필터로서의 역할, 2) 순간 대전류가 요구될 때 그것을 충당하는 리저버(Reservoir)로서의 역할을 한다. 그 용량은 부하전류, 전압, 최대전류, 정류 후 주파수(60Hz는 정류 후 Ripple 기준 120Hz가 됨) 등 요소를 가지고 공학적 수식으로 계산하고 콘덴서의 경년노후화(시간이 지나면 용량이 작아짐)를 고려하여 여유용량을 합산하여 결정한다.

참고로 무조건 크면 좋으리라는 기대에 멀쩡한 평활콘덴서의 용량을 키우는 사례가 있는데 여유용량은 이미 고려되어 있고 설계치를 초과하는 돌입전류가 정류회로에 무리를 주고 Ripple 제거는 용량에 전적으로 종속된 것이 아니기 때문에 앰프를 최대출력으로 쓰지않는 이상은 전혀 의미가 없다.

다음은 제너다이오드의 가역적 반응특성을 이용한 정전압회로로서 Zenor Diode CR1이 Q1의 반응을 ‘통제’하면 입력측 변화에 상관없이 부하(RL)측 전압은 매우 안정적인 상태가 된다. ‘통제’는 CR1 Zenor 다이오드에 부여된 항복전압인데 아래 그림의 -Vz에 해당한다. 매우 많은 부품 제조사들이 다양한 항복전압별 제너다이오드를 생산하고 있다.

(부하측 전압은 역방향으로 접속된 제너다이오드 무릅전압 15V에서 Q1의 Vbe전압 0.7V를 뺀 14.3V이다.
만일 제너 다이오드를 10V 짜리로 바꾸면 출력전압도 낮아진다)

전원트랜스는 안정적인 전류공급 관점에서 가장 중요한 요소이다. 공급전류 용량이 충분할 수록 Deep Bass와 같은 순간적인 피크 대응에 유리하다. 용량을 키우기 위해서는 2차측 코일의 직경을 키워야 하고 그러면 코어 철편을 포함하는 전체크기가 커지면서 총 중량도 증가한다. 그래서 제대로 만든 파워앰프의 전원트랜스는 커다랗고 무겁다. 때문에 앰프 무게도 증가한다.

내부 또는 외부로 자기장이 누설되면 문제가 되므로 방자(防磁)대책들이 적용되어 있다. 전통적인 적층형 코어(예를 들어 E자 형태, I자 형태 철편을 사용하므로 EI Core라고도 함)에 비해 원형 Toroidal Core 트랜스는 스스로 누설자속의 상쇄효과가 있어서 유리한 면이 있으므로 최근에 많이 활용되고 있다.

(적층형 트랜스포머)

 

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