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인켈 AX-9030R, OPA627 단순 교체의 타당성에 대해서

작성자
SOONDORI
작성일
2020-07-25 18:27
조회
282
* 아래는 김정근 님과 주고 받은 메일에 적힌 어떤 내용에 대한 의견입니다.

왜 교체된 OPA627에서 심하게 열이 날까?

인켈 AX-9030 입력 초입, Buffer 역할을 하는 M5220P OP.AMP는 미쓰비시에서 만든 오디오용 내지 범용 OP.AMP 입니다. OPA627은 미국 TI사 Burr-Brown에서 만든 것으로 초 저잡음, 고 정밀 등 특성 때문에 특수한 회로에서 쓸 만한 물건이고 오디오 분야에서는 주로 고급 프리앰프 등에 사용됩니다.

둘을 앞에 놓고 오로지 전기적인 관점에서만 생각을 해보면...

○ 스펙 좋은 OPA627의 동작 전압은 최대 ±18V라고 합니다.



○ 오리지널 OP.AMP M5220P는 정격 ~±22.5V(최대 ~±25V)로 정의되어 있습니다.



○ AX-9030 회로를 보면 공용 GND 기준, +24V와 -24V를 공급하는 **7824. **7924 레귤레이터 IC가 사용되었으므로 CNT502 콘텍터 전압은 거의 편차 없이 +24/-24V일 것입니다.  그리고는... 공급라인 중간에 있는 R371, R372 두 22 오움에 의해, <Vx=Ix × 22오움> 만큼 약간의 전압이 차감되겠고요. (정확히는 모르지만 Ix는 불과 수  mA일 것입니다)



○ 그렇다면... 전류 제한/차감 후 전압은 얼마일까요? 18V? 20V? 22V? 모르겠습니다만 18V를 넘어설 수도 있겠지요. TI가 정격 개념의 18V를 언급한 것이 맞다면... 최대치는 따로 있을 것입니다. (TI가 OPA627을 튼튼하게 만들었거나 MAX.  여유는 있으나 매우 보수적 관점에서 가장 안전한 18V를 제기한 듯 합니다. 예를 들어 계측기는 내구성이 중요하니까 안전하게, 안전하게...)

언급되지 않은 최대치 20V? 22V? 그런 정도에서 꽤 무리하게 동작하고 있을 수도 있다는 생각을 하게 되었습니다. 이런 곳에서 방열판을 붙여야  안심이 될 정도의 발열이 있다는 것은... 정격 초과 상태에 대한 방증이 될 수도 있고요.

요지는... "범용이라 평범하지만 튼튼한 M5220P에 비해 날렵하되 섬세한 OPA627가 적당한 환경에서 동작하고 있지 않다. 그래서 과열 상태!"라는 의견인 것이죠.

위 차감 전압이 얼마인지 즉, 입력 제로 상태에서 OPA627에 흐르는 전류의 양이 얼마이고 OP.AMP 핀 기준 공급 전압은 어떠한지를 확인하는 게 좋겠습니다. 멀티미터로 22오움 양단 전압을 측정하고 CNT502 전압에서 빼면 OPA627의 현재 동작 전압이죠.

얼마일까요? 궁금하네요. 별 일은 아니니 재미 삼아... 21.xxV쯤에 내기를 걸어보겠습니다. ^^
전체 10

  • 2020-08-17 08:05

    ○ 각각의 데이터 시트에서
    1) M5220 Electrical Characteristics 항목 : Icc = Circuit Current 평균 4mA~최대 8mA@22.5V
    2) OPA627 Electical Specifications 항목 : Max. & Min. Quiescent Current 10mA@±15V
    → OPA627 전압이 전류 제한에 의해 현재 18.5V, 직전에 23V였습니다. 19V로 잡고 400오움 기준으로 한 전류량은 현재 (23-19) / 400 = 0.01 = 10mA. 조건이 약간 다르지만... OPA627의 소모 전류량이 M5220보다 약간 더 많을 것으로 판단됩니다.

    ○ 한편으로 출고 시 사용된 22오움 탄 것은 방열판 붙였던 그 시점의 과전압 & 과전류 때문인 것은 분명하죠.
    참고로 22오움은 1/4W 즉 0.25W가 최대입니다. 몇 개 N5220과 OP627 하나를 합산한 전류량이 그 범위 안에 있어야 하고요. 과거에 실제 전류가 얼마가 흘렀는가는 당시 22오움 양단의 전압(=전압강하=Voltage Drop)으로 확인할 수 있었는데... 지금은 상황이 달라졌으니 알 수가 없겠네요.


  • 2020-07-25 22:34

    안녕하세요,
    Soondori님.
    ax-9030r에 장착된 opa627bp의 전압을 체크해 보았습니다.
    집 구조상 ㅎㅎ
    빼내는것이 여간 어려운게 아닙니다 ^^
    r371 이전 전압은 24.1v
    r371 이후 전압은 23.59v
    opa627bp 제거후 전압 23.27v
    예상한 전압까지는 내려가지는 않았습니다.
    이정도면 통상적인 전압이라 생각이 들기는 한데 왜이리 열이 많은지 모르겠습니다.
    고급op?들은 허용전압이 다 낮은지 모르겠습니다.
    jrc muses02를 공구한적이 있었는데 이것도 +-18v이네요.
    기존에 있는것은 허용전압에 맞게 설계되어 있으니,
    다른op로 교환시 안전(?)을 위해 방열판이 필수가 되어야지 않을까 생각이 듭니다.
    전압측정이 맞는지 모르겠습니다 ^^

    크기변환KakaoTalk_20200725_212231526_02.jpg

    첨부파일 : 크기변환KakaoTalk_20200725_212231526_04.jpg


  • 2020-07-25 23:21

    메일로, 상상에 기초한 의견은 드렸습니다만...

    OPA627을 그대로 쓰시려면 저항 강제 조정하여 전압을 18V 이내로 낮추는 게 어떨까 합니다. 곤란하시면 원복하는 방법도요? 저항 양단 전압은 두 리드 선에 흑.적 프로브 갖다 대고 직접 측정하는 게 좋습니다.


    • 2020-07-26 00:09

      시간나는데로 교체해 보겠습니다.
      이 opa627bp를 달아놓은지 오래되었습니다.
      한 1년 달아놓긴 했는데 최적의 조건을 맞추려면 살짝 저항값을 올리는게 좋을것 같습니다.

      감사합니다.


      • 2020-07-27 07:53

        *** 이하는 다른 분들을 위한 댓글입니다. ***

        아래는 김정근 님께서 보내주신 메일의 내용입니다. AX-9030 쓰시고 손수 관리하는 분들에게는 나름 의미가 큰 발견이라고 생각하고요.

        "ax-9030r 회로도에는 7824(7924)로 되어 있는데 실장pcb에는 7818(7918)로 되어 있는것으로 보아 회로변경이 한번 있었던것 같습니다. 초기버전은 아마도 7818로 되어 있었던것 같기도 합니다 ^^"

        그런데 가만히 생각을 해보니....

        OPA627는 물론 동작 한계가 높은 M5220P도... 데이터스펙 기준으로 Rated ~22.5V를 넘어서서 Max. ~25V 근접 상태에서 동작하고 있네요? 네... 김정근 님이 메일로 확인해주신 전압으로는 23.**V입니다.

        Recommended Operating Conditions와 다른 현실.

        왜 이렇게 여유없이 설계를 했을까? 전압 극한으로 가면 음 좋아진다는 소리는 못 들었으니 다른 이유가 있었겠지요. (궁금합니다. 배경, 이유를 아시는 분께서 설명을...) 혹시나 해서 같은 전원 라인을 공유하는 포노 영역을 살펴보니 그곳도 M5220P가 사용되었습니다.

        어쨌든 M5220P는 버티겠지만 OPA627은 살짝 어려운 상황이 맞는 것 같습니다. 더불어 OPA627은 Line Buffer로서 역할만 하고 있기 때문에 그러니까 원래 있던 M5220P는 논리상 Gain=1인 상태(아래 그림)로서 앰프 입력 임피던스를 최대한 키우려고 쓴 것이라 생각되고... 흔히 보는 평범한 증폭회로가 아닌 경우라서, 프리앰프 영역이 아닌 회로 초입의 버퍼에서 음질 개선 효과가 어떨지 모르겠습니다.

        그 외...

        LC7821/7822 셀렉터 IC를 조합하되 전면 부 Knob은 셀렉터 IC를 통제하는 마이컴에게 Knob 위치만 알려주는 구조에, 원년 AX-7R에서 처럼 보기 좋은 두 덩어리 트랜스포머는 완벽한 L/R 분리 독립형이 아니라 그냥 체적 고려하고 전체 전류 용량을 키우기 위해서 하나를 둘로 나누어 놓은 것이며... 9030의 설계사상은 좀 특이하네요?!

        T_op-amp-line-buffer.jpg


  • 2020-07-27 14:03

    안녕하세요... AX-9030 을 들일 기회가 몇번 있었는데, 제 사용조건에 맞지 않아, 소유는 하지 못했습니다.
    내부를 보면 한 덩치하더군요.
    OP AMP의 공급전압에 관해 제 경험은, AR 의 A-05 인티앰프의 경우, 프리단에 NE5534 가 사용되었는데, 이 IC 의 최대 공급전압이 +-22V 인데, 실제 앰프내에서의 공급전압이 거의 22V 였습니다. 이렇게 극단까지 가야하나 생각하다가, 인터넷 검색중에, 일부 메이커에서 음질의 향상을 위해 반도체의 절대정격까지 전압을 공급한다고 하는 기사를 본후, 그럴수도 있겠다라고 생각했지요. 일반적인 OP AMP 대비해서, A-05 의 NE5534 도 뜨겁지는 않지만, 어느정도 열이 났습니다.
    또다른 예로 AX-7R 의 앰프도 열이 많이 납니다. 누군가 우스개소리로, 몸을 불살라야 좋은소리가 난다고 합니다만, 소리라는 측면에서, 반도체와 열과의 관계는 있지 않나 싶습니다.


  • 2020-07-27 19:15

    안녕하세요?

    신호 Swing의 상하 여유도를 키울 필요가 있다면 몰라도.... 칩 제조사의 Recommended라는 단서가 있음에도... 왜 그런지 납득은 안됩니다만...

    "...일부 메이커에서 음질의 향상을 위해 반도체의 절대정격까지 전압을 공급한다고 하는..." 그런 경우가 있기는 하군요. 호... 하기는 김정근 님의 인켈 AX-9030 사례가 눈 앞에 있으니까요.

    ---

    내일까지 제주 > 남부 > 중부 > 수도권 그런 식으로 장맛비가 올라온다 하던데... 생각보다는 아닌듯합니다?! 아무튼... 코로나에, 장마에... 소상공인들은 시름만 한 가득이겠습니다. 다들 어렵겠죠.


    • 2020-08-15 22:41

      안녕하세요, Soondori님.
      오늘에서야 테스트및 적용을 했습니다.
      저항은 400,500옴 1/2w F 두종류를 준비했고,
      400옴으로 달고 보니 18.5V 정도 되어서 그냥 적용했습니다.
      OPA627 한곳만 했으며, 적용후 열이 예전처럼 뜨겁지는 않고 적정한 수준인듯 합니다.
      크게 문제가 없으면 그냥 적용 안하고 쓰려고 했는데 , 몇일전부터 무슨이유인지 소스가 입력되어도 출력이
      되지가 않습니다. 시간이 지나면 될때도 있고 ,
      오늘 겸사겸사 열어보았더니 ㅎㅎ
      22옴 한쪽이 열을 받았는지 열데미지를 먹은것 같습니다.
      열받으면 붙고, 식으면 떨어지는 ? 바이메탈처럼 동작?을 한것 처럼 보이고요.
      이것도 일단 시간내어서 교체해 보겠습니다.
      결론적으로는 고급 OPAMP로 교환시 전압을 꼭 확인해야 한다는
      교훈으로 마무리가 될것 같습니다.
      조언 감사합니다^^

      크기변환KakaoTalk_20200815_222758478_02.jpg

      첨부파일 : 크기변환KakaoTalk_20200815_222758478_04.jpg


      • 2020-08-17 08:06

        ○ 각각의 데이터 시트에서
        1) M5220 Electrical Characteristics 항목 : Icc = Circuit Current 평균 4mA~최대 8mA@22.5V
        2) OPA627 Electical Specifications 항목 : Max. & Min. Quiescent Current 10mA@±15V
        → OPA627 전압이 전류 제한에 의해 현재 18.5V, 직전에 23V였습니다. 19V로 잡고 400오움 기준으로 한 전류량은 현재 (23-19) / 400 = 0.01 = 10mA. 조건이 약간 다르지만... OPA627의 소모 전류량이 M5220보다 약간 더 많을 것으로 판단됩니다.

        * OPA627의 대기전류(Quiescent Current) = 신호 0인 조건 M5220의 Icc

        ○ 한편으로 출고 시 사용된 22오움 탄 것은 방열판 붙였던 그 시점의 과전압 & 과전류 때문인 것은 분명하죠.
        참고로 22오움은 1/4W 즉 0.25W가 최대입니다. 몇 개 N5220과 OP627 하나를 합산한 전류량이 그 범위 안에 있어야 하고요. 과거에 실제 전류가 얼마가 흘렀는가는 당시 22오움 양단의 전압(=전압강하=Voltage Drop)으로 확인할 수 있었는데... 지금은 상황이 달라졌으니 알 수가 없겠네요.


        • 2020-08-17 11:31

          OPA627BP가 싱글인데 10mA이면, 이걸 듀얼로 만들었으니 20mA가 되겠네요.
          M5220의 두배,
          결론적으로 보아도 사진상 저항은 1/2W급이니 절대 최대소비전력과는 무관한 무언가의 영향을 받았다는 말도 될듯 합니다.
          갈수록 새로은 무언가 발생되니 말씀하신데로 리셋하고 원위치하는게 나을것 같습니다.
          원위치하고 또 무슨문제가 발생되는지 예의주시 해 보겠습니다.

          감사합니다^^

          크기변환_KakaoTalk_20200815_222758478.jpg


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