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.