글쓴이 : SOONDORI
좋은 세상에, 온갖 무료 WEB TOOLS과 온갖 오픈 소스 기반 무료 프로그램이 널려 있다.
그중에서… 대기업이 만든 SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 보다 훨씬 엉성하고 버그도 있지만, 어찌 보면 오히려 조작은 더 쉽지 않나? 싶은 <독일 산 오픈 프로그램, QUCS>를 계속~ 활용하기.
[ 관련 글 ]
DIYer를 위한 회로 시뮬레이션 (1), QUCS Studio
DIYer를 위한 회로 시뮬레이션 (3), QSPICE
■ 아래는 그리기 대상물로서 디엠퍼시스 반응이 다소 희한했던, 그러니까 저음 편향이었던 삼성전자 S36T 아날로 튜너의 회로.
복잡한 S36T 회로도에서 불요한 것과 별 의미가 없는 것을 공제하면 다음과 같이 된다.
(▲ QUCS에 초빈티지 IC인 도시바 TA7322P 정의(Definition)가 있을 리 만무하니까, 그것이 그냥 OP.AMP와 다름없다는 사실에 기대어 QUCS 목록에 있는 것을 아무렇게나 클릭. 전압만 맞춰주면 다 거기서 거기려니…)
■ 일단 그렇게 그림을 그렸으면,
1) <Calculate DC Bias> 버튼을 눌러 특별한 이상이 없는지 확인한다.
2) 라인을 클릭하고, 임의 문자열 ‘Input’, 임의 문자열 ‘Output’으로 관찰용 노드(Node)의 식별자를 지정한다.
3) <AC Simulation> 블록을 드래그 앤 드롭하고 더블 클릭하여 시뮬레이션 속성을 지정한다.
4) <Inset Equation> 메뉴를 통해서 어떤 연산 값을 보고 싶은지를 알려주고…
이때의 입력 수식은, “-dB(Output.v / Input.v)”. (dB는 QUCS의 예약어로 데시벨 즉, 10*log(x))
음의 부호를 붙인 것은 <마이너스 증폭도*>로 표시되니까 그것을 편하게 양의 값으로 보고 싶었기 때문이다. Output과 Input은 앞서 ‘관찰용 Node’로 정의했던 것이고 그 뒤에 붙은 ‘점(.) + v’는 전압으로 관찰하겠다는 의사 표시. QUCS의 정의에 따른 것.
그리고 이 모든 것은 위 2항 팝업 창에 표시된 ‘Sweep Parameter = acfrequency’ 속성의 지배를 받는다. 주파수…
* TA7322P의 Phase Compensation 핀의 영향 정도로 간주.
모든 것을 한 줄로 요약하면, “주파수 변화에 따른 입력 대 출력의 비율 즉, Gain을 로그 스케일로 보여달라”
5) 마지막으로 표시할 그래프 종류를 지정한다. 좌상단 <Cartesian> 아이콘을 드래그 앤 드롭하고, 창의 크기나 위치를 적당히 조절하며…
6) 모터 기어처럼 생긴 아이콘을 클릭하여 Action!
7) 리프레쉬된 그래프의 모양 자체는 그럴듯함? 글쎄요… 어쨌든 아래 결과를 <Post Amp의 주파수 대 Gain 그래프>로 간주
■ 흔히 ‘주파수 대 전압’을 관망의 잣대로 쓰니까 QUCS 예약어 ‘dB’로 산출된 전력(Power) 로그값에 2를 곱하여 전압(Voltage) 로그값으로 바꾼다.
그래서 다음과 그래프가 나왔다. 뭐…
등간격으로 표시된 X축이 못마땅하여 그래프를 더블 클릭하고, 나타난 팝업창에서 로그 스케일을 지정. 그리고 나서야… 아래 모양이 됨.
그런데 위 결과는 무용의 것.
Curve의 모양을 보면 이도저도 아닌, 아무짝에 쓸모없는 반응이다. 예를 들어 아래의 실측 Frequency-Ouput Voltage 그래프가 대충 표준 디엠퍼시스 그래프를 따라가는 모습(점증/점감의 시작점, dB의 수치 한계)과 대비된다.
* 이것은 비율과 전압을 혼동하는 실수.
* 관련 글 : 서음전자 ST-4120 아날로그 튜너 (6), 왜 기본 0.5%인가?
“그렇다면, 그냥 그런가 봅니다”
글의 목적이 QUCS 시뮬레이션 절차를 정리하는 것이라서, 실물 S36T에서는 TA7322P #4핀/#6핀이나 회로 내 불상의 변수가 적절히 작용하려니 하고… 끝.
(내용 추가) Gain이라는 단순 비율과 출력 전압은 서로 개념이 다르니까, 그래프 클릭 → 속성 팝업창의 옵션 변경.
1) 좌측 Y축 <기준 주파수-Gain> 그래프, 2) 우측 Y축 기준 <주파수-입력 전압> 그래프, 3) 우측 Y축 기준 <주파수-출력 전압>로 풀어서 보면…
<주파수-출력 전압> 그래프의 패턴이 디엠퍼시스 패턴과 유사함을 알 수 있다. 이제는 둘 다 전압 기준이니까 바교 가능.
47uF과 1.2K오움 조합 시정수를 달리하면 타겟 그래프는 이렇게 저렇게 모양이 바뀔 것. 모양이 바뀌면 그것은 디엠퍼시스 반응 즉, 청감이 달라지는 것과 같고.
(▲Gain이 양의 값으로 표현된 것은 앞서 ‘-2*dB’를 했기 때문이고… TA7322P의 속성과 사용한 QUCS OP.AMP의 속성이 전혀 다르니까 우측 Y축의 0.1V, 0.2V… 값은 사실 무의미한 것. 그저 등락 패턴만 유의미하다)
그런데, 이런 그래프가 FM 튜너를 듣고 있는 사람의 청감을 직접 대변할 수 있을까? 절대적으로 NO. 그림은 그림이고 사람 귀는 사람 귀.
(내용 추가, 2023.06.11) 아~차차! 깜빡하고 매우 중요한 것을 빼먹음. 아래 비교 자료에서,
시정수에 관여하는 커패시터의 용량과 저항 값을 달리하면, 디앰퍼시스의 정의에 부합하는 고역 감쇄량을 자유롭게 제어할 수 있고 그에 따라 FM 튜너의 음색은 현격히 달라진다. 노파심에 적는바, S36T와 유사한 구조에서 유효 숫자 47과 12의 단순 곱으로 uS 디엠퍼시스값을 즉석 추정하는 것은 문제가 있다. 왜냐하면 OP.AMP와 피드백 회로 등이 조합된 능동형이기 때문에.
IC 정의가 없기 때문에 시물레이션이 부정확하고 또 정확하다고 해도 그것이 청감으로 연결되지도 않음. 그러나 극구 하자고 하면, Wave Gen의 MLS 출력 → SSG External 입력 → THD/THD+N 등 다 무시하고 오로지 Wave Spectra 그래프가 평탄한지만 관찰하는 방법이 있다. 매번 생각만 하고 매번 깜빡하면 그동안 한 번도 시도하지 못했던 것.
