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[Week 5] 29 페이지~30 페이지 설명 자료
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2023-03-30 20:33
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1.
회로 구성은 사실상 25 페이지의 테스트 회로와 같습니다.
아래 25 페이지의 회로와 비교를 해보면,
1) 회로 출력 반응을 표시하던 LED가 스피커 유닛으로 대체되었습니다. 한편으로, R2는 트랜지스터 에미터에 연결되었는데 이번 스피커 유닛은 콜렉터에 연결됩니다. 에미터나 콜렉터, 콜렉터나 에미터 모두는, 수도꼭지인 베이스의 상태에 따라 전류가 흐르는 수도관 즉, 메인 전류흐름의 경로일 뿐이니 어디에 무엇을 붙이든 상관없습니다.
2) 트랜지스터 베이스에 가해지는 전압의 등락 즉, 회로 입력을 대신하던 가변 저항이 외부로부터 등락하는 신호를 받고 트랜지스터 베이스에 넘겨줄 수 있는 전해 커패시터로 대체되었습니다.
이런 커패시터를 흔히, 회로의 내부와 외부, 혹은 A 보드와 B 보드, 또는 A 회로와 B 회로가 맞닿았을 때 각각을 격리한 상태로 신호만 뽑아서 건네준다는 의미의 Coupling을 써서 커플링 커패시터'라고 합니다.
"앰프의 커패시터를 교체하였더니 소리가 달라졌다"라는 이야기를 종종 듣게 되는데, 바로 그 커패시터입니다.
2.
※ (1기 진행에서 혼란이 있었기에 적습니다) 2SD1640 트랜지스터가 아닌 평범한, 작은 크기의 NPN형 트랜지스터를 사용합니다.
이제 R1와 C1의 값을 정해야 합니다.
1) R1 : 25 페이지를 참고하고 다음과 같이 계산합니다.
- 설계자는 수도국장이니 수도물 공급량을, 1mA, 5mA, 10mA... 마음대로 정할 수 있습니다. 이번에는 20mA로 하겠습니다.
- 직류전류증폭도를 바꾼 말, <베이스 전류 비율>을 1:100으로 합니다.
- 그러면, R1 = (건전지 전압 9V - 트랜지스터 베이스-에미터의 필수 전압 0.7V) ÷ (베이스 전류 즉, 목표 전류량 0.020A의 1/100) = 415,000 = 약 42K오움이 나옵니다.
DIA PACK.1에 42K오움짜리가 없으니까 47K오움을 붙여줍니다.
2) C1 : 임피던스라는 말과 연결되는 부품입니다만, 그냥 DIY PACK.1에서 손에 잡히는 100uF 이하짜리를 사용합니다. 값이 중요한 게 아니라 "커패시터를 썼다"가 중요하지요.
3) '[Week 2] 멀티미터로 스피커 유닛 검사하기'에 정리된 것처럼 스피커도 저항값을 갖고 있지요? 그런데 매우 작은 값입니다. 그래서 무시합니다.
이하 내용을 열람하지 말고 현재 상태에서 회로를 꾸며보세요.
그리고 멀티미터 <저항 측정 모드>에서 프로브 하나를 GND 즉, 건전지 -단자에, 나머지를 Signal로 표시된 입력 라인에 갖다 댑니다. (이 동작은 멀티미터의 내부 건전지를 이용해서 일종의 단발성 노이즈 신호를 주입하는 것과 같습니다)
어떤 반응이 있습니까?
3.
이번에는 R1에 5.1K오움을 병렬로 붙여줍니다.
"멀티미터로 신호를 주입했을 때 스피커에서 잡음이 들려야 정상입니다!"
그런데 여기서, 47K오움 하나를 쓴 것과 그것에 5.1K오움을 덧대기한 것에 왜 큰 차이가 있는 것일까요?
이유는 수도꼭지 돌림 즉, 베이스 전류의 차이때문입니다.
스피커에서 소리가 나오려면 진동하는 신호, 등락하는 신호, DC가 아닌 AC 신호를 취급해야 합니다. 그러려면 생각보다 콜렉터-에미터 수도관의 직경이 커야하지요. 그것은 곧 취급 전류량이 커져야 한다는 뜻이 되고, 그렇다면 당연히 베이스 전류가 커져야 합니다.
그림으로 표현하면 다음과 같습니다.
- 두 번째 사례 : 수도꼭지에 5.1K오움을 붙여서 꼭지를 확 돌리고 그럼으로써 수도관의 직경을 넉넉한 것으로 바꾸었습니다. 물이 콸콸콸 나오는 것처럼 1:100만큼 증폭된 신호가 시원하게 스피커에 전달됩니다.
4.
참고로,
1) 47K오움과 5.1K오움을 덧대기 병렬로 연결하면 어떤 공식에 의해서 그 값이 가장 작은 저항보다 더 작아집니다.
말을 바꾸어서 쓰면, 현재 베이스에 붙어 있는 덩어리 저항의 값은 논리상 5.1K오움 미만이 됩니다. 그러면 그것은 얼마일까요? 다음 링크의 WEB TOOL로 확인해 보세요.
2) 네. WEB TOOL이 4.6K오움이라고 하는군요. 그러면 거꾸로, 수도관 에미터-콜렉터에는 얼마만큼의 전류가 흐른다는 것인가요? 멀티미터로 측정해도 되지만, 거꾸로 계산을 해보겠습니다. 여기서, 스피커 유닛의 저항은 작으니까 무시합니다.
이 싱글 앰프의 동작은 정확히 가정집 A 클래스 인티앰프의 동작과 같습니다. 부품이 많고 적고의 차이 정도로 이해하면 좋습니다.
3) 그런 DC 전류가 항상 스피커에 전달되면 어떤 일이 벌어집니까?
실험 상황이 아닌 현실에서는 당연히 좋지 않습니다. 예를 들어, 스피커 유닛 안에 있는 보빈(Bobbin) 코일에 전류가 흐르면 스피커 유닛의 콘지는 앞이나 뒤로 상시 이동한 상태가 됩니다. 그다음에 '최대 이동 구간에서 상시 이동된 위치를 뺀 나머지 구간'에서만 신호를 재생하게 됩니다.
잠을 잘못자서 하루 종일 목이 돌아가 있는 겻처럼, 소리가 좋을 이유가 없는 데다가 보빈 코일의 발열은 유닛 고장으로 이어질 수 있습니다. 그래서 앰프의 DC Offset이라는 것을 상정하고 그것을 항상 0.0V에 머물게 합니다.
■ 핵심 정리
1) 트랜지스터 하나로 최소한의 기능을 수행하는 A 클래스 앰프를 만들어보았습니다.
2) 커플링 커패시터라는 것을 사용해보았습니다.
3) DC로 LED를 켜는 것과 등락하는 사운드 신호나 AC 신호를 다루는 것은 성격이 완전히 다르다는 것을 기억해주세요.
회로 구성은 사실상 25 페이지의 테스트 회로와 같습니다.
아래 25 페이지의 회로와 비교를 해보면,
1) 회로 출력 반응을 표시하던 LED가 스피커 유닛으로 대체되었습니다. 한편으로, R2는 트랜지스터 에미터에 연결되었는데 이번 스피커 유닛은 콜렉터에 연결됩니다. 에미터나 콜렉터, 콜렉터나 에미터 모두는, 수도꼭지인 베이스의 상태에 따라 전류가 흐르는 수도관 즉, 메인 전류흐름의 경로일 뿐이니 어디에 무엇을 붙이든 상관없습니다.
2) 트랜지스터 베이스에 가해지는 전압의 등락 즉, 회로 입력을 대신하던 가변 저항이 외부로부터 등락하는 신호를 받고 트랜지스터 베이스에 넘겨줄 수 있는 전해 커패시터로 대체되었습니다.
이런 커패시터를 흔히, 회로의 내부와 외부, 혹은 A 보드와 B 보드, 또는 A 회로와 B 회로가 맞닿았을 때 각각을 격리한 상태로 신호만 뽑아서 건네준다는 의미의 Coupling을 써서 커플링 커패시터'라고 합니다.
"앰프의 커패시터를 교체하였더니 소리가 달라졌다"라는 이야기를 종종 듣게 되는데, 바로 그 커패시터입니다.
2.
※ (1기 진행에서 혼란이 있었기에 적습니다) 2SD1640 트랜지스터가 아닌 평범한, 작은 크기의 NPN형 트랜지스터를 사용합니다.
이제 R1와 C1의 값을 정해야 합니다.
1) R1 : 25 페이지를 참고하고 다음과 같이 계산합니다.
- 설계자는 수도국장이니 수도물 공급량을, 1mA, 5mA, 10mA... 마음대로 정할 수 있습니다. 이번에는 20mA로 하겠습니다.
- 직류전류증폭도를 바꾼 말, <베이스 전류 비율>을 1:100으로 합니다.
- 그러면, R1 = (건전지 전압 9V - 트랜지스터 베이스-에미터의 필수 전압 0.7V) ÷ (베이스 전류 즉, 목표 전류량 0.020A의 1/100) = 415,000 = 약 42K오움이 나옵니다.
DIA PACK.1에 42K오움짜리가 없으니까 47K오움을 붙여줍니다.
2) C1 : 임피던스라는 말과 연결되는 부품입니다만, 그냥 DIY PACK.1에서 손에 잡히는 100uF 이하짜리를 사용합니다. 값이 중요한 게 아니라 "커패시터를 썼다"가 중요하지요.
3) '[Week 2] 멀티미터로 스피커 유닛 검사하기'에 정리된 것처럼 스피커도 저항값을 갖고 있지요? 그런데 매우 작은 값입니다. 그래서 무시합니다.
이하 내용을 열람하지 말고 현재 상태에서 회로를 꾸며보세요.
그리고 멀티미터 <저항 측정 모드>에서 프로브 하나를 GND 즉, 건전지 -단자에, 나머지를 Signal로 표시된 입력 라인에 갖다 댑니다. (이 동작은 멀티미터의 내부 건전지를 이용해서 일종의 단발성 노이즈 신호를 주입하는 것과 같습니다)
어떤 반응이 있습니까?
3.
이번에는 R1에 5.1K오움을 병렬로 붙여줍니다.
"멀티미터로 신호를 주입했을 때 스피커에서 잡음이 들려야 정상입니다!"
그런데 여기서, 47K오움 하나를 쓴 것과 그것에 5.1K오움을 덧대기한 것에 왜 큰 차이가 있는 것일까요?
이유는 수도꼭지 돌림 즉, 베이스 전류의 차이때문입니다.
스피커에서 소리가 나오려면 진동하는 신호, 등락하는 신호, DC가 아닌 AC 신호를 취급해야 합니다. 그러려면 생각보다 콜렉터-에미터 수도관의 직경이 커야하지요. 그것은 곧 취급 전류량이 커져야 한다는 뜻이 되고, 그렇다면 당연히 베이스 전류가 커져야 합니다.
그림으로 표현하면 다음과 같습니다.
(▲ 이 그림은 비유적인 상황을 묘사한 것이고 실제로는 트랜지스터 반응 곡선 등 데이터시트의 정보를 가지고 적정한 반응점을 정해야 합니다. 그렇더라 하고 넘어갑니다)
- 첫 번째 사례 : 수도관이 너무 작아서, 그러니까 너무 천정이 낮은, 너무 미세한 상하 등락 여유도를 갖고 있기 때문에 주입 신호가 충분히 증폭되어 넉넉하게 스피커에 전달되지 않았습니다. 트랜지스터가 정상 동작 중(=당연히 베이스-에미터 전압 0.7V도 충족합니다)이지만, 간신히 살아있는 정도인 셈이고 주변 환경이 안 맞으니 뭘 먹고 뭘 처리하고 뭘 뱉을 수 없는 상태인 것이지요.- 두 번째 사례 : 수도꼭지에 5.1K오움을 붙여서 꼭지를 확 돌리고 그럼으로써 수도관의 직경을 넉넉한 것으로 바꾸었습니다. 물이 콸콸콸 나오는 것처럼 1:100만큼 증폭된 신호가 시원하게 스피커에 전달됩니다.
참고로,
1) 47K오움과 5.1K오움을 덧대기 병렬로 연결하면 어떤 공식에 의해서 그 값이 가장 작은 저항보다 더 작아집니다.
말을 바꾸어서 쓰면, 현재 베이스에 붙어 있는 덩어리 저항의 값은 논리상 5.1K오움 미만이 됩니다. 그러면 그것은 얼마일까요? 다음 링크의 WEB TOOL로 확인해 보세요.
2) 네. WEB TOOL이 4.6K오움이라고 하는군요. 그러면 거꾸로, 수도관 에미터-콜렉터에는 얼마만큼의 전류가 흐른다는 것인가요? 멀티미터로 측정해도 되지만, 거꾸로 계산을 해보겠습니다. 여기서, 스피커 유닛의 저항은 작으니까 무시합니다.
직전 상태에서 R1 = (건전지 전압 9V - 트랜지스터 베이스-에미터의 필수 전압 0.7V) ÷ (알고 싶은 수도관 전류량의 1/100) = (병렬 저항 계산값 4600오움)이었므로, (알고 싶은 수도관 전류량의 1/100) = 8.3V/4600입니다. 그래서 (알고 싶은 수도관 전류량) = (8.3V/4600) × 100 = 0.18A = 180mA가 됩니다. ※ 멀티미터로 측정하면 180mA가 아닐 것입니다. 아마 작은 트랜지스터가 진작에 망가졌을 것입니다. 그저 계산식이 그렇다는 점에 유의해 주세요.
DIY PACK.1에 담긴 KTC3202, 위에 사용된 범용 트랜지스터 2SC1815와 같은 작은 트랜지스터에게는 상당히 무리한 전류량입니다. 실제로 손가락을 대보면 살짝 뜨겁습니다. (거의 한계점에서 동작하고 있는 셈이지요. 불안하면 5.1K오움을 조금 더 큰 것으로 바꾸어도 됩니다)이 싱글 앰프의 동작은 정확히 가정집 A 클래스 인티앰프의 동작과 같습니다. 부품이 많고 적고의 차이 정도로 이해하면 좋습니다.
3) 그런 DC 전류가 항상 스피커에 전달되면 어떤 일이 벌어집니까?
실험 상황이 아닌 현실에서는 당연히 좋지 않습니다. 예를 들어, 스피커 유닛 안에 있는 보빈(Bobbin) 코일에 전류가 흐르면 스피커 유닛의 콘지는 앞이나 뒤로 상시 이동한 상태가 됩니다. 그다음에 '최대 이동 구간에서 상시 이동된 위치를 뺀 나머지 구간'에서만 신호를 재생하게 됩니다.
잠을 잘못자서 하루 종일 목이 돌아가 있는 겻처럼, 소리가 좋을 이유가 없는 데다가 보빈 코일의 발열은 유닛 고장으로 이어질 수 있습니다. 그래서 앰프의 DC Offset이라는 것을 상정하고 그것을 항상 0.0V에 머물게 합니다.
■ 핵심 정리
1) 트랜지스터 하나로 최소한의 기능을 수행하는 A 클래스 앰프를 만들어보았습니다.
2) 커플링 커패시터라는 것을 사용해보았습니다.
3) DC로 LED를 켜는 것과 등락하는 사운드 신호나 AC 신호를 다루는 것은 성격이 완전히 다르다는 것을 기억해주세요.
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