목요일, 12월 13, 2018
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트랜지스터 앰프 이야기 #2, 파형분할과 동작 안정성

글쓴이 : SOONDORI

다음은 많은 이들이 그 고혹적인 음색에 푹 빠져 있는 Fisher 250TX ]리시버 파워앰프부 회로로서 신호는 차동 TR → 전압증폭 TR →드라이버 TR → 종단TR 순을 흐른다.

이 회로 입력단자에 1Khz Sine파를 주입한다면 전압증폭 TR의 Collector 신호파형은 규칙적인 양과 음의 파형들로 구성되어 있을 것이다. 양과 음은 곧 전류흐름의 방향을 의미한다. 한편, 드라이버 TR 중 NPN형은 양의 신호 즉, 전류가 베이스쪽으로 이동할 때 동작하고 PNP형은 음의 신호 즉, 베이스로 부터 전류가 흘러 나갈 때 동작한다.

이 두가지 조건들을 조합하면 Sine 파의 음/양 분할은 자연스럽게 설명된다. 드라이버 TR과 종단 TR들로 구성되는 가칭 NPN 그룹과 PNP 그룹이 양의 파형과 음의 파형 중 하나를 알아서 가져가고 알아서 처리하는 것이다. 즉, 양/음 파형분할에 별도 회로가 필요하지않다. 두 그룹이 상호작용하여 완벽한 파형을 재조립하는 것이므로 Complimentary(相補)라는 수식어를 쓴다.

(Bias Adjuster)

BIAS ADJ.로 표기된 가변저항을 배치하고 무엇인가에 대한 ‘세밀한 조정’을 할 수 있도록 배려하고 있다.

세밀한 조정을 흔히 ‘바이어스 조정‘이라고 하고 NPN, PNP그룹들에게 최소동작전류 즉, Idle Current의 양을 정해주는 것이다. 만일에 Idle Current가 0.0mA이라면 드라이버 TR 및 종단 TR은 완벽한 Off 상태가 될 것인데 마침 신호가 전달되었다면 깨어나는 절대시간이 필요하므로 곧바로 반응할 수는 없다. 그리하여 B급 앰프에서는 양의 파형과 음의 파형이 교차되는 지점에서 신호왜곡(찌그러짐)이 발생한다.

이를 보완하기위해 아주 작은 Idle Current를 흘려주면 NPN 0.6~0.7V, PNP 0.2V 내외의 문턱전압(Threshold Voltage)을 충족하고 그 조건에서 TR On 상태가 유지지되며 깨어있기 때문에 빨빠르게 반응할 수 있게 된다.

과거 오디오 메이커들은 Class B 앰프를 대상으로 , 왜곡을 줄이는 목적의 다양한 자동바이어스 보정 아이디어들을 만들어 냈다. Technics New Class-A, Pioneer Non-Switching 등이 있는데 그런 기술을 적용한 앰프의 왜곡율은 0.00x% 수준까지 떨어진다. 그렇지 않은 경우는 0.x% 수준. 여기서, 혼란의 여지를 없애기 위해 굳이 언급하자면 이런 아이디어들은 원론적으로 AB 클래스 에 속한다.

그 다음으로, NPN, PNP 그룹들이 완전한 Pair Matching 트랜지스터로 구현되어 있고 양쪽에 배치된 다이오드들 역시 완벽히 Pair Matching되어 다이오드들이 만드는 드라이버TR들의 동작전압이 완벽히 동일하다고 가정하면 무신호 상태에서 스피커 +출력라인(중성점 DC Offset)과 GND 사이 전압은 0.0V로 유지될 것이다. 그런데 현실에서는 부품들의 특성오차라는 것이 있으므로 별도대책이 없는 한 DC Offset Zero는 불가능하다.

참고로 위 예시회로에서 BIAS ADJ를 조정하여 DC Offset을 Zero상태로 만들 수는 없다. Bias와 Dc Offset은 목적하는 바와 작용이 다르기 때문이다. DC Offset과 관련된 내용은 따로 정리한다.

(DC Servo는 스피커 출력단자의 DC 성분을 적산기에 걸고 차동TR 균형점(=중성점)을 강제 조정하여 0.0V를 만들겠다는 아이디어)

(Pioneer SA-930 사례,
방향이 교체된 D16, D18 Zenor Diode와 Q11로 구성된 Current Source는
특별한 대책이 없어도 DC Offset 값이 불과 수 mV에 불과한, 매우 안정적인 중성점 전압을 만들어 낸다)

마지막으로 온도변화에 따른 특성변화를 보상할 목적으로 써미스터(온도센서)도 배치하였다. 이 센서는 종단TR과 같이 방열판에 붙어 있다가 방열판의 온도가 올라가면 저항값이 커진다. 이때 드라이버 TR로 가는 전류량을 줄이고 반대 상황에서는 전류량을 늘린다. 즉, 온도변화에 대하여 정반대 가/감 동작을 함으로써 온보변화에 대응하는 앰프동작의 항상성을 확보한다.

 

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