KR0155052B1 - 진공관 왜곡을 에뮬레이트(모사)하는 다단 고체 증폭기 - Google Patents

진공관 왜곡을 에뮬레이트(모사)하는 다단 고체 증폭기 Download PDF

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하틀리 디. 피비
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Abstract

이 발명은 다단 고체 증폭기에 관한 것으로, 각 직렬접속 스테이지들 사이의 회로에서 클립핑소자에 의해 다단 진공관 증폭기에서의 그리드 전류흐름과 관련된 왜곡을 에뮬레이팅하도록 된 다단 고체 증폭기에 관한 것이다. 이 발명의 특정 실시예에서, 각 스테이지는 전계효과 트랜지스터(FET)를 포함하고 상기 클립핑소자가 다이오드이다. 다른 실시예에서, 각 스테이지가 달링톤 접속 트랜지스터 쌍을 포함하고 있다. 입력 다이오드와 다레벨 바이어싱회로가 전공관회로 입력을 에뮬레이팅한다.

Description

진공관 왜곡을 에뮬레이트(emulate : 모사 )하는 다단 고체 증폭기
제1도는 바람직한 왜곡출력을 나타내는 종래의 진공관 증폭기의 개략적인 예시도.
제2도는 종래의 진공관 증폭기에 의해 발생된 왜곡 및 음(音)을 에뮬레이트하는 본 발명에 따른 전계효과트랜지스터(FET)소자를 사용하는 다단 고체증폭기의 개략적인 예시도.
제3도는 본 발명에 따른 다단 고체 증폭기의 다른 실시예의 개략도.
제4도는 제2도에서의 각각의 FET가 입력 다이오드와 함께 다중 바이어싱(biasing)레벨을 갖는 바이어스회로와 달링톤(Darlington)접속 트랜지스터쌍으로 교체된 제 2도와 유사한 본 발명의 또다른 실시예의 개략도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110,210,310 : 다단 고체증폭기
112,114,116,118,212,214,216,218,312,314,316,318 : 고체 증폭 스테이지(stage)
120,220 : 드레인 저항 D : 드레인(drain)
G : 게이트(gate) S : 소오스(source)
122 : 저항 124 : 바이패스(bypass)캐패시터
125 : 소오스 저항 140 : 밀러(Miller)캐패시터
142,148,154,160,260 : 결합 캐패시터 144,150,156 : 게이트 저항
146,152,158 : 기준저항
162,164,166,262,264,266,362,364,366 : 다이오드
216,261 : 전위차계
312A-312B,314A-314B,316A-316B,318A-318B : 달링톤접속 트랜지스터 쌍(pair)
320 : 콜렉터 저항 338,346,358 : 바이어스 공급 저항
370 : 베이스 저항 374 : 입력 다이오드
본 발명은 악기용 증폭회로에 관한 것으로서, 특히 과여진(overdrive)시 진공관 증폭기와 같은 소리를 내도록 왜곡을 갖는 다단 고체 증폭회로에 관한 것이다.
진공관 증폭기들은 진공관들이 친근감있고 가장 만족하다고 생각되는 왜곡된 출력음을 발생하기 때문에 종종 음악가들에게 선호된다. 고체증폭기들은 더 가벼운 경향이 있고 생산비가 더 저렴하기 때문데 선호되고 더욱 내구성이 있으며, 저전력을 소모한다. 고체증폭기가 진공관형 증폭기와 같은 왜곡음을 발생하게 하기란 어려운 일이다. 또한, 증폭기에 사용하기 위해 구입할 수 있는 진공관의 공급은 어려워 졌고 더욱 값이 비싸졌다.
제1도에 종래의 진공관 증폭기(10)가 도시되어 있다. 상기 증폭기는 소자의 동작을 특성화하기 위해 언급된 각종 소자들의 본보기값과 함께 기술된다. 제1도에 예시된 상기 진공관 증폭기(10)는 , 각각 해당 플레이트(plate) 저항(20)(100K ohm)과 케소드 저항(22)(1.5K ohm)을 갖는, 네 개의 동일한 진공관 증폭부(12,14,16,18)(예를 들어, 네 개의 12AX7 진공관부)들로 구성된 전치증폭기(pre-amplifier)이다. 각 캐소드저항(22)은 캐패시터(24)(2.2μF)에 의해 바이패스된다. 이들 플레이트 및 캐소드 저항 값들로, 종래의 12AX7 증폭기 진공관부는 약 1mA의 플레이트전류, 약 1.5V의 캐소드전압 및 +300V전원으로부터 +200V의 플레이트전압에서 아이들링(idling)한다. 1.5V의 피크치를 초과하여 스윙(swing)하는 포지티브 그리드(양격자)는 그리드를 도통하도록 한다. 정상적인 기타 입력은 결합 캐패시터(34)와 그리드저항(36)에 의해 제1진공관 증폭부(12)의 그리드에 연결된다. 저항(38)은 상기 결합 캐패시터(34)와 그리드 저항(3)사이의 노드(node)에 연결되고 상기 진공관 증폭부(12)의 입력용접지 기준을 제공한다. 피드백 캐패시터(40)(10pF)는 상기 진공관 증폭부(12)의 플레이트와 그리드사이에 연결되고, 개방 입력조건에서 상기 증폭기가 안정되게 유지하는데 도움을 주는, 밀러(Miller)효과로 알려진, 고주파 로울 오프(roll-off : 상향전이)의 제어를 제공한다. 상기 증폭부(12)의 플레이트로부터의 신호는 캐패시터(42)와 그리드 저항(44)를 개재하여 증폭부(14)의 입력에 접속된다. 저항(46)은 증폭기(14)의 접지 기준을 제공한다. 저항(44 및 46)들은 분압기로서 동작한다. 유사하게, 상기 증폭부(14)로부터의 신호는 캐패시터(48)와 그리드 저항(50)을 경유하여 증폭부(16)에 연결되고, 저항(52)은 입력용 접지 기준을 제공하고 분압동작을 한다. 마지막으로 증폭부(16)으로부터의 신호는 캐패시터(54)와, 그리드 저항(56)과, 분압작용과 함께 접지하는 기준저항(58)을 경유하여 증폭부(18)에 연결된다. 상기 진공관 증폭부(18)의 출력은 출력 캐패시터(60)에 의해 전치증폭기(20)의 출력에 접속된다.
상기 결합 캐패시터(42,48,54)들의 값뿐만 아니라 분압 저항(44/46,50/52,56/58)의 값들은 양호한 왜곡음을 제공하도록 종래와 같이 선택된다. 전형적으로, 인가된 기타 레벨 입력신호로, 제 1증폭부(12)는 약간 고레벨 기타(guitar)라할지라도 때때로 클립핑할때조차 깨끗하고 왜곡이 없다. 제1증폭부 신호레벨의 제2증폭부(14)의 그리드가 캐소드에 대해 포지티브로 여진되고 입력사이클의 실체부에 대해 도통하기 때문에 제2증폭부(14)에서 입력이 클립핑하도록 하기에 충분할 만큼 높다. 상기 제2증폭부(14)에서 클립핑하는 입력은 그리드상에서 평균 네거티브 전압을 가져오고, 그리하여 제2증폭부(14)의 동작점으로 하여금 극적으로 상당한 양의 제2고조파 왜곡을 가져오게 전이(shift)시키도록 한다. 제2증폭부(14)의 플레이트에서의 신호는 포지티브 반사이클에서 소비된 기간의 약2/3를 갖는 구형파와 닮았다. 상기 제2증폭부(14)의 플레이트는 상당한 입력이 제3증폭부(16)에서 클립핑하도록 하기에 충분한 고 신호레벨을 갖는다. 여기에서 또한 상기 그리드는 캐소드에 대패 포지티브로 스윙한다. 이와같이, 입력 클립핑은 제3증폭부(16)의 동작점을 시프트하게 하다. 이것은 또한 한 번 더 반복되어, 제4증폭부(18)의 동작점 시프트와 입력 클립핑을 가져온다. 제4증폭부(18)의 플레이트에서의 출력은 입력 및 출력에서 여러 다른 레벨의 클립핑을 경험하고 여러 동작점 시프트를 행하고, 고조파에서 풍부하다. 이 모든 것은 필수적으로 양호한 진공관 음이라 칭하는 특성음을 가져온다.
제1도에 예시된 본보기의 전치증폭기(10)에 있어서, 임의의 증폭부에 대한 포지티브 방향으로 스윙하는 유효 피크 플레이트 전압은 약 100V(즉 다시말해서, 플레이트전압의 1/2)이다. 또한, 각 그리드는 약 1.5V의 포지티브 스윙 피크치로 도통한다. 1.5에대한 100의 비율또는 66.7은 높은 수이고, 그 값은 적당한 양의 제2고조파 왜곡을 발생시키기에 충분한 각 증폭부의 동작점을 시프트시키는데 중요하다. 또한, 분압 저항(44/46,50/52,56/58)들의 값들은 심각하고, 바로 정확한 양의 입력 클립핑을 설정하도록 주의 깊에 선택되고 그리하여 만족스러운 음을 발생하도록 제2고조파 왜곡을 가져온다.
여기에 기술한 것중에는 소위 왜곡된 진공관 음에 있어서 두가기 중요한 요소가 있다.
첫째, 100V출력능력과 1.5V입력 클립핑 능력 또는 레벨을 갖는 상기 진공관 자체 특성은 독특하고 제2고조파 왜곡 및 소위 진공관 음의 성공적인 발생에 필요하다. 둘째로, 다수의 증폭부는 음악가에 의해 탄조된 후에 기타 출력레벨이 떨어지기 때문에 지속된 왜곡음에 필요하다. 비록 더 많거나 더 적은 증폭부들이 사용된다 한지라도, 최상의 음악가에 의해 추구되는 바람직한 왜곡음을 달성시키는데 적어도 세 개의, 더 바람직하게는 네 개의 증폭부들이 요구된다.
그러므로, 다단 전치증폭기에서 여러 진공관 증폭부를 교체할 수 있는 그리고 그러한 종래의 진공관 증폭기들에 의해 발생된 진공관 음을 에뮬레이팅하도록 여진 될 수 있는 고체 증폭기의 필요성이 있다.
본 발명은 고 입력레벨에서 동작되는 진공관 증폭기의 그리드에서의 전류흐름과 연관된 왜곡이 각 증폭 스테이지들 사이의 결합회로에서 클립핑소자에 의해 다단고체 증폭기에서 모사되는 발견을 근거로 한 것이다.
본 발명을 여진될 때 진공관 전치증폭기와 관련된 왜곡을 에뮬레이팅하는 다단 고체 증폭기를 포함한다. 본 발명은 입력회로 및 출력회로를 갖는 다수의 직렬접속 고체 증폭 스테이지들을 포함한다. 각 하류방향 스테이지는 상류방향 스테이지의 출력회로에 연결된 입력회로를 갖는다. 다이오드와 같은 클립핑소자는 상기 스테이지들사이의 입력회로에 연결된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 고체 증폭 스테이지는 다음 하류방향 스테이지의 입력에 연결된 출력단자를 갖는 전계효과 트랜지스터(FET)를 포함하고 진공관 증폭기의 바람직한 입력 클립핑 특성을 복제하도록 입력회로에 다이오드가 위치되고, 그리하여, 스테이지들사이의 입력 클립핑레벨에 대한 출력능력의 비율이 적당한 제2고조파 왜곡을 가져오기에 충분하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 각 고체 증폭 스테이지는 트랜지스터를 포함하고, 변형예에서 달링톤 트랜지스터를 사용한다. 별개의 트랜지스터들이 달링톤 접속될 때, 접지에 대한 내부 베이스 저항은 각 스테이지의 턴오프(turn-off)특성을 개선시키는 데 사용될 수 잇다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 입력 다이오드는 진공관 증폭기의 입력 특성을 복제하도록 다레벨 바이어스회로로 사용된다.
다음에서 본 발명의 양호한 실시예들을 첨부도면들에 의거하여 상세히 설명한다.
제2도에 예시된 바와 같은 본 발명은 제1도의 공지된 장치와 유사한 다단 고체 증폭기(110)에 관한 것이다 . 제2도에서, 구성요소들은 100번대로 제1도의 도면 참조부호와 대응하는 참조부호로 매겨져 있고, 공지 장치의 진공관부들은 네 개의 고체 증폭 스테이지(112,114,116 및 118)들로 교체 되었다. 예시된 소자들은 40V전원이 공급된, 종종 J-FET소자로 불리어지는 전계효과 트랜지스터( FET)들이다. 각 증폭 스테이지(112-118)들은 예시된 바와 같이 소오스(S), 드레인( D), 게이트(G)를 갖는다. 드레인(D)은 상기 소자의 출력에 해당하고 게이트(G)는 상기 소자의 입력에 해당한다 . 각 스테이지(112-118)는 제1도에서의 플레이트 저항값(100K ohm)과 비슷한 드레인 저항(120)을 포함한다. 게다가, 각 스테이지는 병렬로 저항(122)(33K ohm) 및 바이패스 캐패시터(124)(2.2μF)를 포함하는 바이어스 회로를 사용한다. 상기 소오스(S)는 도시된 바와 같이 자기 바이어스형상으로 접지되도록 상기 바이어스회로와 소오스저항(125)을 통해 연결된다. 또한, 각 소오스(S)는, 가장 많은 진공관부들과 유사한, 게인은 100으로 설정하도록 소오스 저항(125)(1K ohm)을 갖는다. 상기 드레인 및 소오스 저항값들은 약 6V의 핀치오프(pinch-off:차단)전압을 갖는 각 FET 스테이지(112,114,116 및 118)가 약 180μA에서 아이들링하도록 조절된다. 각각은 드레이(D)에서 약 +22볼트 그리고 소오스(S)에서 약 +6V의 전압을 갖는다.
제2도에서, 상기 스테이지(112)의 드레인(D) 또는 출력은 결합 캐패시터(142) 및 게이트 저항(144)에 의해 상기 스테이지(114)의 게이트(G) 또는 입력에 연결된다. 기분 저항(146)은 상기 스테이지(114)의 게이트(G)에 접지기준을 제공하다. 또한, 저항(144 및 146)들은 분압기로서 동작한다. 유사하게,제1도에서와 같이, 후속 스테이지(116 및 117)들은 각각 결합 캐패시터, 게이트 저항 및 기준저항(148,150 및 152와, 154,156 및 158)의 대응 조합에 의해 연결된다. 마지막 스테이지(118)은 결합 캐패시터(160)에 의해 출력에 연결된다. 상기 입력 스테이지(112)는 예시된 바와 같이 상기 드레인 (D)과 상기 게이트(G)사이에 밀러 캐패시터(140)를 갖는다.
제2도에서, 클립핑수단없이, 임의의 스테이지에 대한 포지티브방향으로의 유효 피크 드레인 신호출력 또는 스윙전압은 약 18볼트, 즉 다시말해서, 상기 드레인(D)과 상기 소오스(S)사이의 차이다. 각 증폭 스테이지(112-118)에서, 상기 게이트(G)는 약 7볼트의 포지티브 피크치에서 도통하는 다이오드로서 동작한다. 그리하여, 상기 드레인 출력눙력(18볼트)과 게이트 스윙전압(7볼트)의 비율은 약 2.57이다. 이 비율은 적절한 제2고조파 왜곡을 발생시키는데 충분하다.
본 발명에 있어서, 클립핑 수단은 상기 스테이지들 사에 제공된다. 기술된 상기 실시예에서 클립핑은 각 스테이지(114,116,118)들의 각각에서의 해당 기준 저항(146,152,158)들과 병렬로 제공된 다이오드(162,164,166)들에 의해 달성된다. 각 다이오드(162,164,166)는 그것의 캐소드가 접지에 연결되고 그것의 애노우드가 각 스테이지의 분압 저항(144/146, 150/152, 156/158)들 사이의 노우드에 연결되어 있다. 각 다이오드(162,164,166)는 순방향으로 도통되고, 그리하여 진공관 증폭기에서의 그리드도 통과 관련된 왜곡을 에뮬레이팅하도록 게이트 스윙에 약 +0.5볼트로 클립핑레벨을 확립한다. 게이트 클립핑 레벨(+0.5볼트)에 대한 상기 드레인 신호 출력 능력 또는 스윙전압의 비율은 18/0.5=36이고, 그것은 진공관 회로만큼 높지 않다. 그러나, 더 높은 비율이 바람직하다 할지라도, 고체회로에서 약 30의 비율은 각 스테이지에서의 적절한 제2고조파 왜곡을 발생하게 하는데에 충분하다. 따라서, 본 발명의 다단 고체 전치 증폭기(110)는 다이오드(162,264,166)들과 같은 저레벨 입력 클립핑수단을 사용함에 의해 제 1도에서의 진공관 회로의 아주 유사한 왜곡성능을 발생한다.
예시된 상기 J-FET소자 및 상기 다이오드 외에 다른 고체소자들이 사용될 수 있다는 것은 이해해야 한다. 또한, 게인, 결합 및 고주파 특성들이 여러 소자들의 값들을 변화시킴에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 상기 스테이지들사이에 제공된 상기 클립핑수단은 고체 증폭기부터 진공관식 음을 발생시키는 제2고조파 왜곡을 발생시키는데 유효하다.
제3도는 본 발명에 따른 다단 고체 증폭기(210)의 다른 실시예의 에시도이다. 같은 종류의 소자들은 200번대로 제2도에 도시된 바와 같이 유사한 도면 참조부호로 매겨졌다. 그러나 제3도에서, 전위차계(213)는 상기 스테이지(112.,114)들 사이에 고정된 분압 저항(144,146)들의 대용이다. 와이퍼(wiper)는 스테이지(214)의 입력에 연결되고 상기 전위차례(213)는 스테이지(214)에 최대 신호가 인가되는 CW방향으로최대 왜곡을 가져오게 한다.
상기 스테이지(214)의 출력에서, 전위차계(261)가 결합 케패시터(260)에 연결된다. 상기 와이퍼는 출력단자로서 동작한다. 출력레벨은 상기 와이퍼가 전체CW방향에 있을 때 최대이다. 상기 왜곡은 독립적으로 변화시키고 상기 레벨은 변화시키는 능력은 상기 회로에의 융통성을 더해주고 예술가로 하여금 마음대로 상기 왜곡 음과 볼륨(volume)을 실행할 수 있게 한다.
제4도는 본 발명에 따른 스테이지(312,314,316,318)들을 갖는 다단 고체증폭기 (310)의 또다른 실시예의 에시도이다, 동일한 소자들은 300번대로 제2도에 도시된 바와같은 유사한 도면 참조부호를 갖는다. 그러나, 제4도에 있어서, 달링통 접속 트랜지스터쌍(312A-312B,314A-314B,316A-316B,318A-318B)은 각각의 대응 FET(112,114,116,118)의 대신에 대체된 것이다. 또한, 입력 다이오드(374)를 갖는 다레벨 바이어싱 시스템이 제공되어 있다. 각 스테이지에 대해 내부 베이스 저항(370)이 턴오프(turn-off)특성에 유리하게 영향을 미치도록 사용될 수 있다.
제4도에 있어서, 회로성능은 제2도와 유사하다. 그러나, 달링톤 접속 트랜지스터들의 사용은 코스트와 성능의 이익을 가져온다. 상술한 FET소자들은 비용을 상당히 증가시키는 빈틈없는 핀치오프(차단)전압 제한을 필요로 한다. 상기 트랜지스터 소자들에 대해 입력은 필수적으로 성능에 관해 예측할 수 있는 두 개의 다이오드들과 같다.
제4도의 상기 증폭기(310)는 각 스테이지에 NPN형 달링톤 접속 트랜지스터쌍 (312A-312B,314A-314B,316A-316B,318A-318B)을 사용한다. 상기 NPN형 전원이 +40V이기 때문에 선택된 것이다. 네거티부(-)전원은 반대소자 형을 가져온다. 즉 PNP형을 가져온다. 선택적으로 단일 트렌지스터는 여기에 기술된 실시예에서 동작한다. 그러나, 단일 트랜지스터는 진공관이나 상기 FET의 것과 매칭되도록 게인이나 입력 임피던스를 제공하지 않는다. 그리하여, 트랜지스터 쌍들이 바람직하다. 또한, 일체화된 달링톤 NPN트랜지스터가 사용될 수 있다. 그러나, 개별 트랜지스터들은, 내부 베이스접속에의 접근방식이 유효하기 때문에, 고주파에서 약간 더 나은 성능을 제공한다. 또한, 개별 트랜지스터들은 비용이 더 비싸다.
제4도의 회로 디자인은 상기 트랜지스터들을 바이어싱하는 회로구성이 필요하다. 따라서, 별개의 바이어스 전원 VCC이 제공된다. 제 1증폭스테이지(312)에 대한 바이어스 전압은 제1레벨로 조절되고, 공통 바이어스 전압이 나머지 3스테이지(314,316,318)들에 사용된다. 본 발명의 본보기의 실시예에서, 모든 스테이지(312-318)들은 각각 470K바이어스 공급저항(338,346,356,358)들과 150K콜렉터 저항(320)들을 사용한다. 각 내부 스테이지는 해당 입력 다이오드(362,364,366)를 가지고 그리하여 거기에서 동작점 시프트(전이)를 야기시킨다. 또한, 각 스테이지는 트랜지스터들사이의 베이스 에미터회로에서 유효 내부베니스로부터 접속까지 470K베이스 저항을 가지며 그리하여 턴 오프 특성을 개선한다. 상기 입력 증폭 스테이지(312)는 후술하는 바와 같이 더 좋은 진공관 입력회로 에뮬레이션을 위해 입력 다이오드(374)를 갖는다.
많은 더 새로운 또는 더욱 현대적인 기타들은 비교적 고 출력 전압, 예를 들면, 3.5V을 제공한다. 이와 같이, 좋을 프리앰프(전치증폭기) 입력 과부하를 갖는 것이 중요하다. 따라서 제1증폭 스테이지(312)는 다레벨 바이어스 구성을 제공함에 의해 종래의 12AX7 진공관 그리드의 입력 과부하를 복제하도록 바이어스되었다.
상기 구성에서, 바이어스 회로(380)는 저항(382,384,386 및 388)과 필터 케패시터(391)를 내포하는 디바이더 네트웍를 포함한다. 저항(382)은 입력 다이오드(374)의 애노우드에 연결되어 상기 증폭 스테이지(312)에 다이오드 바이어스 전압레벨(예를 들어, 직류 3.5볼트)을 확립한다. 저항(384)은 상기 스테이지(312)의 베이스 바이어스 전압레벨(예를 들어, 직류 2.5볼트)을 확립하기 위하여 베이스 저항(338)에 연결된다. 저항(386)과 다이오드 저항(388)은 도시된 바와 같이, 하류방향 스테이지(314-318)들에 공통 바이어스 전압(예를 들어,직류 1.5볼트)을 확립한다.
본 발명의 본보기의 실시예에 나타낸 바와 같이, VCC는 2.5V베이스 바이어스 전원과, 3.5 다이오드 전원 및 공통 1.5 전원을 확립하도록 분할된다. 또한, 각 스테이지 (314-318)에서, 해당 클립핑 다이오드(362,364,366)는 상기 공통 1.5V 전원이 접속된다.
상기 실시예에서, 상기 제1스테이지 입력 트랜지스터(312A)의 베이스는 2.5V 에서 바이어스되고, 상기 출력 트랜시스터(312B)의 에미터는 약 1.5V에서 그 자신을 발견하고(즉 다시말해서, 두 개의 다이오드는 0.5V전압강하이고,) 그것은 전술한 제1도의 진공관회로에서의 케소드와 같은 값이다. 이것은 이 스테이지(312)의 입력에서 1.5V의 네거티브 피크스윙 전압이 콜렉터 동작전류로 하여금 제로(네거티브 스윙)로 가도록 한다. 또한 그것은 제1도의 진공관회로와 같은 경우이다. 이와같이, 제4도의 회로는 진공관회로 입력과 같이 보인다.
제1스테이지 입력 다이오드(374)는 0.5V에서 도통한다. 3.5V전원은 베이스 공급전압보다 1V더 크다. 3.5V의 다이오드 바이어스 전압 더하기 0.5V의 다이오드 전압강하의 합은 2.5V의 베이스 바이어스 전압보다 1.5V더 큰 4V와 동일하다. 이것은 이 스테이지의 입력에서의 1.5V의 포지티브 피크치가 입력 다이오드(374)를 도통하게 하고 동작점 시프트(포지티브 클립핑)를 야기시킨다는 것을 의미한다. 이것은 또한 진공관 회로의 경우이다. 그리하여, 제4도의 회로는 진공관회로의 입력 다이나믹 범위와 매칭한다.
제2도에 나타낸 바와같이, 케페시터(340)는 약간의 제어된 고주파 로울-오프(밀러효과)를 제공하고, 트랜지스터(312B)의 에미터는 접지되도록 직렬 저항(322 및 325)를 갖고, 상기 저항(322)은 캐패시터(423)로 바이패스된다. 이 회로 구성은 종래의 제 1진공관 스테이지와 매칭되는 과부하 조건을 야기시키도록 아이들 전류와 게인값을 제공한다. 저항(390)과 캐패시터(392)를 포함하는 직렬회로는 고주파 부우스트(boost)를 달성하도록 에미터 회로양단에 연결되다.
제1스테이지 출력신호는 제2도의 회로구성과 유사한 방식으로 캐패시터(342)와 저항(344)를 경유하여 제2증폭 스테이지(314)의 입력에 제공된다. 나머지 3스테이지(314,316,318)들은, 비록 구성요소 값들이 소망이 클립핑 양과 동작점 시프트 및 주파수 응답을 달성하여 만족스러운 과부하 음을 발생하도록 변화될 수 있을지라도, 유사하다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 내부 스테이지 결합은 캐패시터(342,348,354)들과 저항(344,350,356)들에 의해 제공된다. 각각의 하류방향 스테이지(314-318)들에 있어서, 에미터들은 접지까지 이중 일련의 저항(322-325)을 가지며, 접지저항(322)은 캐패시터(324)와 함께 바이패스된다. 또한, 각 스테이지는 고주파 부우스트를 제공하도록 접지까지 일련의 저항(390)과 캐패시터(392)을 사용한다. 출력은 케패시터(360)를 경유하여 전달된다.
임의의 스테이지동안 포지티브 방향으로 스윙하는 유효 피크 콜렉터전압은 약 20V이다. 세 개의 내부 스테이지 클립핑 다이오드(362,364,366)들의 각각은 약 0.5V에서 순방향으로 도통한다. 그리하여, 클립핑전압에 대한 입력 스윙전압의 비율,20/0.5=40은 각 스테이지의 동작점 시프트를 야기하는데 적당하고, 왜곡 성능이 진공관 회로와 매우 유사하다.
상기 입력 다이오드(374)가 제2도 또는 제3도의 구성에서의 적당한 바이어스회로와 함께 적용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이 회로는 그 회로가 진공관 회로와 동일한 입력 특성을 갖도록 한다.
제4도의 회로구성에서, 상기 전위차계(213)과 유사한 볼륨 전위차계는 회로에서 캐패시터(342)뒤에 삽입될 수 있고, 상기 전위차게(261)과 유사한 마스터 볼륨 전위차계는 캐패시터(360)뒤에 접속될 수 있다.
본 발명은 다이오드 클립핑수단과 동작점 시프터를 간이화한 것이 아니라는 것을 알아야 한다. 여러 미합중국 특허들이 제2고조파 왜곡을 가져오는 다이오드에 의한 동작점 시프트에 관해 논의하고 있다. 본 발명은 단지 0.5V의 순방향 전압 클립핑값을 갖는 다이오드가. 약 20-30V의 출력능력을 갖는 전형적인 고체소자로부터 구동될 때, 현존하는 진공관회로의 특정한 출력/입력비율과 꼭 매칭하고 그리하여 상기 진공관 음과 근사하게 에뮬레이팅(모사)하는 중요한 발견을 보여 주고 있다. 본 발명은 또한 다수의 증폭 스테이지에 의해 발생된 다수의 동작점 시프트들이 광범위 입력신호 레벨에 걸쳐 다수의 레벨 및 양들의 제2고조파 왜곡을 발생하는 것을 가르치고 있다. 본 발명은 또한 고체소자로 진공관회로의 전형적인 제1증폭 스테이지의 입력과부하 특성을 복제하는 방식을 보여주고 있다. 그리하여, 그 결과는 소위 진공관 왜곡음; 즉, 고체소자들로 거의 정확하게 발생될 수 있는 음이다.
본 발명의 바람직한 실시예들로 현재 고려된 것들이 기술되어 있는한, 당기술 분야에서 숙련된 자에게 여러 변화들 및 변형예들이 본 발명의 범주를 벗어 남이 없이 그 안에서 이루어 질 수 있다는 것은 명백하고, 본 발명의 정신 및 범위내에 들어가는 이러한 변화들 및 변형예들을 커버하는 것이 첨부된 특허청구범위에 의도되어 있다.

Claims (22)

  1. 바람직한 입력 클립핑 특성을 가져오는 고입력레벨로 과여진된(overdriven)다단 진공관 증폭기의 그리드에서의 전류흐름과 관련된 왜곡을 에뮬레이팅(emulating; 모사)하는 고체 증폭기로서, 각각 입력회로와 출력신호능력을 갖는 츨력회로를 포함하고, 각 하류 방향 스테이지가 상류방향 스테이지의 출력 회로에 입력회로가 연결된 다수의 직렬 접속 고체소자들과; 상기 스테이지들사이의 클립핑 레벨을 확립하고, 상기 스테이지들 사이의 입력 클립핑레벨과 출력 신호능력이 제2고조파 왜곡을 가져오기에 충분한 비율인 진공관 증폭기의 입력 클립핑 특성을 고체증폭기에서 복제하기 위한, 각 스테이지들사이의 입력회로에 배치된 클립핑수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고체소자는 전계효과 트랜지스터로 구성됨을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고체소자는 트랜지스터로 구성됨을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고체소자는 달링톤 트랜지스터로 구성됨을 특징으로 하는 다단 고체증폭기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 달링톤 트랜지스터가 일체화된 것을 특징으로 하는 다단 고체증폭기.
  6. 제4항에 있어서,상기 달링톤 트랜지스터가 개별소자들로 구성됨을 특징으로하는 다단 고체 증폭기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 달링톤 트랜지스터가 베이스-에미터회로와, 상기 베이스-에미터회로와 접지사이에 접속된 바이어스 저항을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 클립핑수단이 다이오드를 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 다이오드는 순방향으로 바이어스됨을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 다이오드는 약 0.5V로 순방향 전압클립핑을 발생함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 비율은 약 30임을 특징으로 하늠 다단 고체 증폭기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 왜곡은 변화시키기 위하여 상기 입력회로들 중 적어도 하나에 대한 가변 입력수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가변 입력수단은 제1증폭 스테이지의 출력회로에 연결된 전위차계를 포함하고, 상기 전위차계가 상기 제2증폭 스테이지의 입력에 연결된 와이퍼(wiper) 와 상기 클립핑수단을 가짐을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 증폭기의 전체 출력레벨을 변화시키기 위하여 마지막 증폭 스테이지의 상기 출력회로에 연결된 가변 출력수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가변 출력수단이 전위차계로 구성됨을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 고체소자를 제어하기 위해 바이어싱수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 고체소자들 중 제1상류방향 소자용 상류방향 바이어싱수단과 하류방향소자들용 하류방향 바이어싱 수단을 내포하는 다레벨 바이어싱수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 상류방향 바이어싱수단이 상류방향 고체소자의 베이스소자에 연결된 베이스회로 바이어싱수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제 1상류방향스테이지의 입력과 기준사이에 연결된 입력 다이오드수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 다이오드용 상류방향 바이어싱수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  21. 제1항에 있어서, 상기 다이오드회로 바이어스레벨을 확립하기 위한 다이오드회로 바이어싱 수단과, 베이스회로 바이어스레벨을 확립하기 위한 베이스 회로 바이어싱수단과, 하류방향 바이어스레벨을 확립하기 위한 하류방향 바이어싱수단을 포함하고, 상기 다이오드 바이어싱 레벨이 하류방향 바이어스레벨보다 더 큰 베이스 회로 바이어스 레벨보다 더 큰 것을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
  22. 제1항에 있어서, 상기 각 스테이지에 연결된 고주파레벨로 주파수 응답을 부우스팅하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 다단 고체 증폭기.
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