인켈 AK-650 인티앰프, 이상 잡음의 원인은? (2)

글쓴이 : SOONDORI

원인 탐색의 국면을 ‘오류 부품 찾기’로 정의한 후 이어지는 글.

* 관련 글 : 인켈 AK-650 인티앰프, 이상 잡음의 원인은? (1)

■ 교체 커패시터의 극성 오류?

+/- 극성이 바뀌었을 가능성을 상상해보았다. 좌우 회로 비교 후 결론은, 오류 없음.

(시간 흐른 후)

■ 시각적 탐색은 포기

돋보기 부여잡고 여기저기 살펴보아도 눈만 피곤할 뿐 불량 부품을 지목하기가 어렵다. 마침 Sherwood S-702CP 회로도가 현물과 많이 다르니 더, 더 어려움.

어쩔 수 없이… 부품을 분리하고 반응을 관망하기로 한다. 습기 × 세월에 성상이 변할 가능성이 있는 세라믹 커패시터가 우선.

○ C501 입력 커플링/탄탈 커패시터(R47 = 0.47uF) → 오류 아님.
○ 차동 트랜지스터에 연결된 C50? 56pF 세라믹 커패시터 → 오류 아님.
○ 문자가 흐릿해서… 위 사진 맨 위, 220pF 세라믹 커패시터 → 오류 아님.

○ C503 330pF 세라믹 커패시터 → 분리 후 이상 파형의 크기가 커졌고 빈도도 잦아졌다? 오류는 아니지만… 뭔가 이상하다? 참고로 C503의 계측값은 330.5pF로 지극히 정상.

(▲ C503 분리 중 저항의 위치가 살짝 바뀐 후 반응. ▼ 최초 관측했던 반응 증 하나. 양자 빈도와 강도가 다르다? 물론 원인으로 특정할 수는 없다)

○ 몇 개 다이오드의 (마운트된 그대로) 저항값 반응 → 정상 간주.

모든 게 긴가민가한 상황. 다음 순번인 저항 그렇고, 트랜스터는 더 그렇고… 모든 부품을 뽑아 검사하는 것은 아무래도 거시기하고 대책 없는 일인데 어찌해야 하는지?

(시간 흐른 후)

■ 밑바닥 냉땜 문제?

앞서 C503 분리 전/후의 반응이 이상했다.

살펴보니 C503의 한쪽은 PCB 후면의 롱-다리 저항에 연결되고 그 저항의 반대편은 금속단자가 삽입된 GND 포인트에 땜이 되어 있다. 즉, 물리적으로 연결되어 있다는 이야기.

부품 분리 중, 접촉 불량을 완화하는 힘의 전달을 상상하고… GND 포인트 등의 땜을 모두 제거하고 페이스트를 바른 다음 재 납땜. 엇? 조용하다. 이거 원~! 앞서 냉땜 조치를 했는데 그 정도로는 충분하지 않았던 것인지? 정말 해결된 것일까?

(시간 흐른 후)

■ 트랜지스터 또는 가변저항 오류?

그렇게 잘 마무리되나 싶었는데, 아하! 시간 지나서 전원을 넣으니 같은 증상이… 에라이~! 모든 게 우연.

이번에는 1) 전압 증폭 트랜지스터와 2) 차동 트랜지스터에 전류를 공급하는, 방열판 달린 트랜지스터를 점검해보았다. Ico, hFE 반응이 상식적이므로 문제없음 간주.

(▲▼ Current Source 트랜지스터. 베이스는 전원에 연결되어 안정적이고 Collector? Emittor? 아무튼 그 다음 칸에서 이상 잡음의 영향이 관측된다)

(▲ Ico 0mA, hFE 175 정도. 그래서 정상 간주)

다음으로, 바이어스 조절용 가변저항의 아주 우연한 불량을 상상하고 묻지 마 교체. (WD-40 분사 흔적? 뭔가 있어서 닦아냈고…) 계측/계산을 해보니 0.00035A@Idle Current 10mV가 흐른다. 그러므로 가변저항에 과전류가 흐르거나 흘렀던 상황은 아니며… 더하여, 이상 증상도 동일하다. 그런데,

특이하게도 몇 분, 몇십 분 단위로 이상 잡음의 발생 주기가 길어졌다. 길어졌다… 그것에 실마리가 숨어 있는 듯.

(시간 흐른 후)

■ Bias 회로를 바라보다

가변저항, 세라믹 커패시터, 바이어스 트랜지스터 그리고 이상 잡음의 발생 주기 변화라… 도대체 뭐가 숨어 있을까?

(▲ 위 회로가 현물과 다르다는 점을 강조하고… 예를 들어 현물에 있는, C408 상당 세라믹 커패시터가 불량하다면? 뭐든 다 틀어지게 됨. 물론 불량한 가변저항도 유사한 문제를 만들어 낼 수 있다 → 그래서 위와 같이 계산하고 노파심에 묻지 마 교체한 것)

일단, 바이어스 트랜지스터의 분리/검사 → 자체로는 문제없음. Emitter~Collector에 병렬로 연결된 100pF의 분리/검사 → 98.9pF로 정상.

그런데 여기서, 계측 용량이 그럴듯한 것과 그것이 이상 잡음과 무관하다는 판단은 아무 인과관계가 없다.

예를 들어 약간 문제가 있는 세라믹 커패시터가 있다고 할 때 단발성 테스트에서는 합격이지만 보드 마운트된 상태로 적당 전압이 인가될 때 이상 반응을 보일 수도 있는 것. 저항이든 커패시터든 부품 Core 소재와 Lead 사이에 누구도 알 수 없는 극미 세상의 접촉 불량이 있을 수도 있고… 그것은 전류, 열/온도, 물질의 체적 팽창/수축과 관련이 있다.

아무튼 그렇게 상상을 하고 신품 MLCC 100pF로 묻지 마 교체.

이후 한 시간 이상 잘 작동하였으니 Before/After에 차이가 있는 듯 보이고 이것이 최초 세라믹 커패시터를 의심했던 논리에 부합하지만… 아직은 확신할 수 없다. 수시 ON/OFF 조작을 포함하여, 더 오랜 시간 관찰해 보기로 한다. 다음 글에서 계속.

* 관련 글 : 인켈 AK-650 인티앰프, 이상 잡음의 원인은? (3)

(내용 추가, 2021.09.05) 미처 적지 못했던 내용. 최종 결과가 어찌 되든… 훗날의 참고를 위해 가필해 둔다. 이것은 명확히 Self Memo.

전편 글에서 <온도 보상기 역할을 포함하는 바이어스 트랜지스터> Base, Collector, Emitter의 반응이 중구난방이었다는 것을 기록해놓았는데…

○ ‘Collector 파형 대 스피커 터미널 파형’에서, (전압 감도가 다르므로 파형의 높낮이는 무시) 양자 주기가 일치하고 있다. 가장 낮은 50mV 파형도 스피커 터미널 파형과 주기가 일치한다.

○ ‘Emitter 파형 대 스피커 터미널 파형’에서, #1 채널(=스피커)과 #2 채널(=Emitter)의 주기가 엇박자. 가장 낮은 50mV 파형은 영향 없음. 존재 자체가 무의미. 증폭을 담당하는 회로가 아니라서 그럴 법하지만 뭔가…

간단하게는, 1) Collector 쪽 주기는 일치하고 Emitter 쪽은 불일치한다, 2) Emitter 파형에서 일정한 강도 이상만 스피커 터미널 파형과 주기가 일치한다.

○ 다음은 2017년에 정리한 글의 일부. (현물에서는 10uF가 아니라 100pF가 사용되었다)

* 관련 글 : 트랜지스터 앰프 이야기 #6, BIAS 확장

(참고 : Bias Spreader에 병렬 연결된 10uF은 Speed-Up Capacitor라고 하고 대부분의 앰프회로에서 사용되고 있다. 이것은 높은 주파수 재생영역에서 드라이버 및 종단 TR이 Off 되지 않고 빠르게 반응하도록 도움을 준다)

Bias Spreader 구조에 갸우뚱한 3종 파형의 모습을 조합했던 즉응적 시나리오는…

1) 위 회로도 C1에 문제가 생긴 경우, 예를 들어 순간 단락 또는 순간… 머시기~ 상황이 되면 전류 경로가 살짝 달라질 것이다.
2) 전류 경로가 달라졌다고 해도 아래 부분에서 다시 합쳐지므로 IN/OUT점의 총전류량이 달라지는 것은 아니다.
3) 총전류량이 달라지지 않는다고 해도 전류 경로 변경이 만들어낸 이상 잡음이 있고 없고는 팩트로, 그대로 존재하는 것.

4) 앞선 오실로스코프 파형은 GND를 기준으로 전압의 변화를 관측한 것이다. 중성점과 GND는 500W급 8오움 일반 저항으로 연결되어 있는 상태이고… 회로 구조상 GND/중성점에서 더 멀리 떨어진 Collector 쪽 전압이 Emitter 쪽 전압보다 높다.
5) 그 조건에서 C1 +쪽의 이상 등락은 중성라인/GND 쪽에 가까운 C1 -쪽보다 크게 잡힐 것이다. 말을 바꾸어 정리하면, Collector 쪽의 이상 전압 등락은 Emitter 쪽의 것보다 크다. (논리만 그렇고 앞선 캡처 파형의 높낮이는 무의미. 어찌하다가 크거나 어찌하다가 작거나였을 터)

○ 다음은 ‘Base 파형 대 스피커 터미널 파형’으로 이곳에서 불일치가 있다.

○ 다음은… 기준 회로. Collector 쪽은 처리 중인 싸인파의 반파를 처리하는 종단 출력석 Base에 연결되어 있다. 말하자면 1:1 관계. 그러므로 (Base나 Emitter가 아닌) Collector 쪽 이상 잡음 즉, 펄스성 노이즈는 그대로 스피커 터미널에서 관측될 것이다.

오류의 Flow는,

세라믹 커패시터 불량 → Bias 회로의 요동 → Collector Peak성 잡음 → 회로도 위쪽, 다알링턴 출력석 Base에 유효신호처럼 작용 → 반파 증폭이라… 그래서 스피커 터미널 파형이 주로 B- 방향으로 크게 튀었던 것.

그리고 마침 Collector가 전원 공급라인에 물려 있으니까 그 변화가 초단부 외 기타 영역에도 영향을 준다. 위 회로도에는 안 나와있지만 B+ 쪽에 연결된 차동부 Current Source 트랜지스터의 Base는 오류 포인트로부터 멀리 떨어져 있어서 별다른 영향이 없었다.

자, 그럴 듯한가? 그래서 뭘? 상상은 거기까지만. 이후는 에라~ 모르겠다 다짜고짜 세라믹 커패시터 뽑아내기였음.