KR101665586B1 - 진공관을 이용한 증폭회로 - Google Patents

진공관을 이용한 증폭회로 Download PDF

Info

Publication number
KR101665586B1
KR101665586B1 KR1020150121879A KR20150121879A KR101665586B1 KR 101665586 B1 KR101665586 B1 KR 101665586B1 KR 1020150121879 A KR1020150121879 A KR 1020150121879A KR 20150121879 A KR20150121879 A KR 20150121879A KR 101665586 B1 KR101665586 B1 KR 101665586B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vacuum tube
current
circuit
cathode
current distribution
Prior art date
Application number
KR1020150121879A
Other languages
English (en)
Inventor
배성호
강기완
크리스토퍼 모리슨 얀
Original Assignee
주식회사 실바톤어쿠스틱스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 실바톤어쿠스틱스 filed Critical 주식회사 실바톤어쿠스틱스
Priority to KR1020150121879A priority Critical patent/KR101665586B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101665586B1 publication Critical patent/KR101665586B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F5/00—Amplifiers with both discharge tubes and semiconductor devices as amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/181—Low-frequency amplifiers, e.g. audio preamplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/03—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being designed for audio applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

본 발명의 일 태양에 따르면, 진공관을 이용한 증폭회로에 있어서, 동작 전압을 공급하는 동작 전원, 1차 코일의 일단이 상기 동작 전원과 연결되고 상기 1차 코일의 타단이 전류 분배 노드와 연결되는 트랜스포머, 그리드에 걸린 입력 전압을 증폭하는 진공관, 일단이 상기 진공관의 플레이트와 연결되고 타단이 상기 전류 분배 노드에 연결되어 상기 진공관에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전류 분배 비율 결정 소자, 제1 단이 상기 진공관의 플레이트 및 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 일단 사이에 위치하는 노드와 연결되고 제2 단이 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 타단에 연결되며 제3 단이 상기 진공관의 캐소드와 연결되어 상기 진공관의 플레이트에서 출력되는 출력신호가 상기 제1 단으로 인가되어 상기 제2 단 및 상기 제3 단을 통해 소정의 전류가 흐르도록 하는 반도체 소자, 및 일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 그라운드에 연결되어 상기 증폭회로 전체에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전체 전류 결정부를 포함하되, 상기 전류 분배 노드의 전압의 움직임에 따라 상기 트랜스포머의 2차 코일을 통해 출력이 제공되는 것을 특징으로 하는 증폭회로가 제공된다.

Description

진공관을 이용한 증폭회로{AMPLIFIER CIRCUIT USING VACUUM TUBE}
본 발명은, 증폭회로에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 진공관을 이용한 증폭회로에 있어서, 동작 전압을 공급하는 동작 전원, 1차 코일의 일단이 상기 동작 전원과 연결되고 상기 1차 코일의 타단이 전류 분배 노드와 연결되는 트랜스포머, 그리드에 걸린 입력 전압을 증폭하는 진공관, 일단이 상기 진공관의 플레이트와 연결되고 타단이 상기 전류 분배 노드에 연결되어 상기 진공관에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전류 분배 비율 결정 소자, 제1 단이 상기 진공관의 플레이트 및 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 일단 사이에 위치하는 노드와 연결되고 제2 단이 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 타단에 연결되며 제3 단이 상기 진공관의 캐소드와 연결되어 상기 진공관의 플레이트에서 출력되는 출력신호가 상기 제1 단으로 인가되어 상기 제2 단 및 상기 제3 단을 통해 소정의 전류가 흐르도록 하는 반도체 소자, 및 일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 그라운드에 연결되어 상기 증폭회로 전체에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전체 전류 결정부를 포함하되, 상기 전류 분배 노드의 전압의 움직임에 따라 상기 트랜스포머의 2차 코일을 통해 출력이 제공되는 것을 특징으로 하는 증폭회로에 대한 것이다.
진공관의 개발은 음향기기 발전의 혁명이 되었는데, 초기 3극관의 발명으로 비로소 소리를 증폭하게 되며 오디오의 본격적인 발전이 시작되게 되었다. 그 후 1930-40년대에 집중적으로 고성능 진공관이 개발되기 시작하였다. 이 당시 개발된 대표적인 진공관으로 WE205, 275, 2A3, 300B 등이 있다. 1930년대 후반 5극관이 개발되면서 고효율 대출력 토키 시스템이 본격적으로 대중화되기 시작하였다. 1970년대 이후 전력이 적고 출력이 높은 솔리드 스테이트 앰프가 출현하면서 그 편리성과 경제성으로 인해 진공관 앰프에 대한 관심이 낮아졌으나, 솔리드 스테이트인 트랜지스터 앰프의 한계점이 나타나면서 다시 진공관 앰프가 주목을 받기 시작하였다.
특히, 근래에 들어 다시 진공관이 각광받기 시작하는데, 이는 진공관이 가지고 있는 공간감 재현능력과 고유의 하모닉스 특성에 기인한다. 모든 진공관이 고유의 하모닉스를 가지고 있지만 특히 3극 진공관의 하모닉스 특성은 여타의 증폭소자가 재현해 낼 수 없는 독특한 특성을 가지고 있다. 특히 진공관 태동기에 개발된 소수의 진공관들은 타 진공관이 낼 수 없는 독특한 하모닉스 성분으로 인하여 소리 재생 품질의 우수성을 인정받고 있다.
왜곡(distortion)은 하모닉스 왜곡(harmonics distortion)과 상호 변조 왜곡(intermodulation distortion)으로 구별하여 앰프의 성능을 나타내는 가장 중요한 요소로 판단되어 왔다. 일반적으로 증폭기에서 왜곡은 THD(Total Hamonics Distortion)으로 나타내는데, 이는 2차 하모닉스 왜곡과 3차 하모닉스 왜곡을 합한 수치로 표시된다. 2차 하모닉스 왜곡의 경우 소리를 아름답고 풍부하게 만들어주며, 3차 하모닉스 왜곡의 경우 건조하고 신경질적인 소리로 표현되게 된다.
진공관 앰프의 경우 진공관 고유의 특성 및 회로의 특성으로 인하여 2차 하모닉스 왜곡이 크게 나타날 수밖에 없고, 반도체 앰프의 경우 다량의 피드백으로 인하여 전체적인 왜곡 특성은 우수하지만 상대적으로 2차에 비해 3차 하모닉스 성분이 많이 발생하게 된다. 이 때문에 THD가 많은 진공관 앰프의 소리가 고급 오디오 시장에서 더 인정을 받게 되는 것이다.
진공관 앰프는 증폭 회로의 방식에 따라서 싱글엔디드 방식과 푸시풀 방식으로 나뉜다.　싱글엔디드 방식이란 출력 진공관을 각 채널당 1개씩 사용하여 진공관의 고유한 출력을 그대로 증폭하는 방식이고, 푸시풀 방식이란 각 채널 별로 1개 이상의 출력관을 복수로 사용하여 그 구동력을 더 높인 것이다. 일반적으로 진공관의 하모닉스를 그대로 유지하면서 증폭할 경우 푸시풀 방식보다는 실글엔디드 방식이 절대적으로 유리한데, 이는 진공관의 비선형성 커브가 푸시풀 동작을 시킬 경우 상호 상쇄되어 그 특성이 반감하기 때문이다.
문제는 출력이 대단히 낮다는 점인데, 음질의 우수성을 인정받는 대부분의 진공관이 여기에 속한다 할 수 있다. 예를 들어 미국의 Western Electric사에서 1920년대에 개발된 WE205D 같은 경우에는 싱글엔디드 A급 동작의 경우 최대출력이 1W 미만에 불과하여 뛰어난 음질에도 불구하고 대중적으로 사용될 수 없는 실정이다. 이처럼 현대에 생산되는 저능률 스피커들을 수W 미만의 앰프로 재생하기는 사실상 불가능하다. 이에 진공관의 특성에 반도체의 출력을 가진 하이브리드 회로에 대한 시도는 예전부터 있어 왔다. 그러나 대부분의 회로 구성은 반도체 회로에서 소신호를 담당하는(주로 초단 전압증폭부) 특정 반도체 일부만을 진공관으로 대체하는 수준이었다.
도 1은 일반적인 싱글엔디드 진공관 출력 앰프의 기본 회로의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 전류가 캐소드 저항(R1)을 통해 흐르면 전압 강하를 일으켜 진공관(10)의 캐소드에 플러스 전압을 만들어 준다. 캐소드의 전압은 그리드에 상대적으로 마이너스 전압을 만들어 진공관의 바이어스 동작점을 제공한다. 콘덴서(C1)는 캐소드에 걸리는 AV 성분을 그라운드로 바이패스시켜 게인을 높여준다. 진공관(10)은 그리드에 걸린 입력 전압(V1)을 증폭하여 플레이트로 출력한다. 이때 회로의 출력은 사용되는 진공관(10)에 지배를 받게 되는데, 전술한 것처럼 싱글엔디드 방식으로 증폭을 하는 경우 진공관(10)의 출력이 매우 낮아 사용성이 떨어지는 문제가 있었다.
따라서, 진공관의 특성을 그대로 유지하면서 최대 출력의 한계를 극복할 수 있는 출력 증폭 기술의 필요성이 대두되고 있다. 특히 진공관의 종류에 구애받지 않고 출력만을 비약적으로 향상시킬 수 있는 기술 방안이 요청된다.
본 발명은 상술한 문제점들을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 증폭도, 하모닉스, 선형성과 같은 진공관의 특성을 그대로 유지하면서 최대 출력을 비약적으로 향상시킬 수 있는 출력 증폭 기술을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 300B 진공관을 사용하는 경우 복수의 모스펫을 직렬로 연결함으로써 진공관의 스윙 전압을 분산시키면서 최대출력을 향상시킬 수 있는 진공관 출력 증폭 기술을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 진공관을 이용한 증폭회로에 있어서, 동작 전압을 공급하는 동작 전원, 1차 코일의 일단이 상기 동작 전원과 연결되고 상기 1차 코일의 타단이 전류 분배 노드와 연결되는 트랜스포머, 그리드에 걸린 입력 전압을 증폭하는 진공관, 일단이 상기 진공관의 플레이트와 연결되고 타단이 상기 전류 분배 노드에 연결되어 상기 진공관에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전류 분배 비율 결정 소자, 제1 단이 상기 진공관의 플레이트 및 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 일단 사이에 위치하는 노드와 연결되고 제2 단이 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 타단에 연결되며 제3 단이 상기 진공관의 캐소드와 연결되어 상기 진공관의 플레이트에서 출력되는 출력신호가 상기 제1 단으로 인가되어 상기 제2 단 및 상기 제3 단을 통해 소정의 전류가 흐르도록 하는 반도체 소자, 및 일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 그라운드에 연결되어 상기 증폭회로 전체에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전체 전류 결정부를 포함하되, 상기 전류 분배 노드의 전압의 움직임에 따라 상기 트랜스포머의 2차 코일을 통해 출력이 제공되는 것을 특징으로 하는 증폭회로가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 진공관을 이용한 증폭회로에 있어서, 동작 전압을 공급하는 동작 전원, 1차 코일의 일단이 상기 동작 전원과 연결되고 상기 1차 코일의 타단이 전류 분배 노드와 연결되는 트랜스포머, 그리드에 걸린 입력 전압을 증폭하는 진공관, 일단이 상기 진공관의 플레이트와 연결되고 타단이 상기 전류 분배 노드에 연결되어 상기 진공관에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전류 분배 비율 결정 소자, 제1 단이 상기 진공관의 플레이트 및 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 일단 사이에 위치하는 노드와 연결되고, 제2 단이 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 타단 및 임피던스 드롭 회로에 연결되며, 제3 단을 포함하는 제1 반도체 소자, 제1 단이 상기 임피던스 드롭 회로에 연결되고 제2 단이 상기 제1 반도체 소자의 상기 제3 단과 연결되며 제3 단이 상기 진공관의 캐소드 및 상기 임피던스 드롭 회로에 연결되는 제2 반도체 소자, 일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 그라운드에 연결되어 상기 증폭회로 전체에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전체 전류 결정부를 포함하되, 상기 전류 분배 노드의 전압의 움직임에 따라 상기 트랜스포머의 2차 코일을 통해 출력이 제공되는 것을 특징으로 하는 증폭회로가 제공된다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 진공관을 이용한 증폭회로에서 증폭도, 하모닉스, 선형성과 같은 진공관의 특성을 그대로 유지하면서 최대 출력을 비약적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 진공관을 이용한 증폭회로에서 300B 진공관을 사용하는 경우 복수의 모스펫을 직렬로 연결함으로써 진공관의 스윙 전압을 분산시키면서 최대출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 싱글엔디드 진공관 출력 앰프의 기본 회로의 회로도이다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공관을 이용한 증폭회로의 회로도이다.
도 6은 도 4의 실시예에서 진공관을 300B로 사용하는 증폭회로의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공관을 이용한 증폭회로의 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공관을 이용한 증폭회로의 회로도이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 도 2를 중심으로 설명하나 도 3 내지 5의 경우도 모순되지 않는 범위에서 동일한 설명이 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공관(110)을 이용한 증폭회로(100)는, 동작전원(V2), 트랜스포머(TX1), 진공관(110), 전류 분배 비율 결정 소자(130), 반도체 소자(140), 전체 전류 결정부(150), 캐패시터(C1)를 포함한다.
동작 전원(V2)은 증폭회로에 동작 전압을 공급한다. 동작 전원(V2)은 직류 전원일 수 있다.
트랜스포머(TX1)의 1차 코일의 일단은 동작 전원(V2)과 연결되고 1차 코일의 타단은 전류 분배 노드(120)와 연결된다. 전류 분배 노드(120)는, 동작 전원(V2)으로부터 흐르는 전류가 진공관(110)측 선로와 반도체 소자(130)측 선로에 분배되는 지점에 위치한다. 트랜스포머(TX1)는 진공관(110)에서 증폭되는 전압이 1차 코일에 걸리면 2차 코일측에 유도기전력을 발생시킨다. 즉, 전류 분배 노드(120)의 전압의 움직임에 따라 트랜스포머(TX1)의 2차 코일을 통해 출력이 제공될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 트랜스포머(TX1)의 2차 코일의 양단에는 스피커가 연결될 수 있다.
진공관(110)은 그리드에 걸린 입력 전압을 증폭한다. 진공관(110)은 애노드, 그리드, 캐소드의 세 전극이 있으며, 가열된 캐소드에서 나온 자유전자를 양극에서 흡인한다. 그리드는 중간에서 전자의 통과량을 제어하고 전위를 캐소드보다 음으로 유지하여 전압의 크기를 바꿈으로써 애노드의 전류를 제어한다. 도면에 도시된 바와 같이 그리드를 통해 교류 전원(V1)이 제공될 수 있다. 본 명세서에서는 3극 진공관을 중심으로 설명하나, 본원발명에서 사용될 수 있는 진공관(110)은 3극관에 한정되지 않고, 4극관, 5극관도 사용될 수 있다. 4극관은 음극과 양극 사이에 2개의 그리드를 가지고, 5극관은 제어 그리드, 차폐 그리드, 억제 그리드 등 3종의 그리드와 양극, 음극을 가진다. 또한, 전압증폭관, 드라이버관, 출력관, 직렬관, 방열관 등 진공관의 목적이나 구조에 관계없이 모든 진공관에 본 발명의 기술사상이 적용될 수 있다. 다만, 후술하는 예에서는 예시적으로 2A3 및 VT-2을 설명한다.
전류 분배 비율 결정 소자(130)는 동작 전원(V2)으로부터 흐르는 전류가 진공관(110)측 선로와 반도체 소자(140)측 선로에 분배되는 비율을 결정하는 구성이다. 전류 분배 비율 결정 소자(130)는 일단이 진공관(110)의 플레이트와 연결되고 타단이 전류 분배 노드(120)에 연결되어 진공관(110)에 흐르는 전류의 양을 결정한다. 일 실시예로 전류 분배 비율 결정 소자(120)는 저항 소자일 수 있다. 여기서, 저항 소자는 가변 저항일 수 있다. 전류 분배 비율 결정 소자(130)의 양단에는 반도체 소자(140)의 바이어스 전압이 걸린다.
반도체 소자(140)는 진공관(110)에 흐르는 전류 이외의 전류를 흐르게 하는 소자로서, 제1 단이 진공관(110)의 플레이트 및 전류 분배 비율 결정 소자(130)의 일단 사이에 위치하는 노드와 연결되고 제2 단이 전류 분배 비율 결정 소자(130)의 타단에 연결되며 제3 단이 진공관(110)의 캐소드와 연결된다. 진공관(110)의 플레이트에서 출력되는 출력신호가 제1 단으로 인가되어 제2 단 및 제3 단을 통해 소정의 전류가 흐를 수 있다. 여기서 소정의 전류는 증폭회로 전체에 흐르는 전류의 양에서 진공관(110)에 흐르는 전류의 양을 제외한 나머지 전류가 될 수 있다. 반도체 소자(140)는 도 2 및 4에 도시된 것처럼 P형 MOSFET일 수 있고, 이와 달리 도 3 및 5에 도시된 것처럼 바이폴라 PNP 트랜지스터이거나 IGBT일 수도 있다. 다만, 이와 다른 종류의 반도체 소자의 적용을 배제하는 것은 아니다. 반도체 소자가 P형 MOSFET인 경우 상기 제1 단 내지 제3 단은 각각 게이트(Gate), 소스(Source), 드레인(Drain)이 될 수 있다. 반도체 소자가 바이폴라 PNP 트랜지스터인 경우, 상기 제1 단 내지 제3 단은 각각 베이스(Base), 이미터(Emitter), 콜렉터(Collector)가 될 수 있다.
전체 전류 결정부(150)는 증폭회로 전체에 흐르는 전류의 양을 결정하는 구성으로, 일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 그라운드에 연결된다. 전체 전류 결정부(150)는, 도 2 및 3과 같이 저항 소자일 수 있고, 이와 달리 도 4 및 5와 같이 증폭회로 전체에 일정한 전류를 흐르게 하는 정전류 회로로 구성될 수도 있다. 전체 전류 결정부(150)가 저항 소자인 경우 저항값을 낮게 하여 증폭회로 전체에 흐르는 전류를 증가시키면 진공관(110)에 흐르는 전류 이외의 전류는 반도체 소자(140)를 통해 흐르게 된다. 따라서, 전체 회로는 대전력 진공관과 동일하게 작용되어 전체적인 출력을 향상시킬 수 있다. 이와 달리 전체 전류 결정부(150)가 정전류 회로로 구성되는 경우 전류값을 설정하는 것만으로 전체적인 출력을 결정할 수 있다.
캐패시터(C1)는, 진공관(110)의 캐소드에 걸리는 AC성분을 그라운드로 바이패스시키는 구성으로, 일단이 진공관(110)의 캐소드에 연결되고 타단이 그라운드에 연결된다.
이하에서는 도 2를 참조로 하여 진공관(110)을 이용한 증폭회로(100)를 통해 전력을 증폭시키는 구체적인 실시예를 설명한다.
2A3 진공관의 경우 최대 플레이트 손실이 15W, 최대 전류가 60mA이지만 안전 및 수명을 고려했을때 플레이트 손실을 10W 이내, 전류는 50mA 정도로 설정하는 것이 이상적이다. 일반적으로 플레이트 전류를 10% 줄일 경우 진공관의 수명이 향상되는바, 이 경우 플레이트 손실은 8W이며 이때의 최대출력은 이론적으로 2W 이내이다. 목표 출력을 10W로 할 경우 손실 전력은 40W 이상이 되어야 하며 동일 전원 전압시 전류는 0.2A가 된다. 따라서, 진공관(110)으로 45mA 반도체로 155Ma의 전류를 흘리면 이러한 설계가 가능하다.
사용된 반도체 소자(MOSFET, 140)의 내압은 500V이며 바이어스 전압은 대략 4V 전후이다. 진공관(110)에 흐르는 전류를 45mA로 할 경우 전류 분배 비율 결정 소자(130)인 저항 R2는 다음과 같이 계산될 수 있다.
R2 = 4V/0.045A = 89ohm
또한, 2A3에 45mA를 흘릴 경우 바이어스 전압은 대략 37V이며 총 전류는 200mA이므로, 전체 전류 결정부(150)인 저항 R1은 다음과 같이 계산될 수 있다.
R1 = 37V/0.2A = 185ohm
상기 회로에서 최종적으로는 회로 전체의 손실 전력은 약40W가 되며 회로의 최대 출력은 10W가 된다.
한편, VT-2 진공관의 경우 1914년 최초 생산된 관으로서 히터 전압, 최대 전류 등은 유추할 수 있으나 정확한 바이어스 전압을 계산하기 위한 세부적인 자료가 없는 실정이다. 이러한 경우에도 본 발명의 기술사상이 쉽게 적용 가능한데, 이 경우 도 4와 같이 정전류 회로를 이용함으로써 해결할 수 있다.
진공관(110)에 흐르는 전류를 결정하고 저항을 계산한다. VT-2는 20mA 정도 흘린다는 가정하에, 전류 분배 비율 결정 소자(130)인 저항 R2는 다음과 같이 계산될 수 있다.
R2 = 4V/0.02A = 200ohm
R1은 정전류 회로로 대체하고 총전류를 200mA로 설정한다. 최종적으로는 회로 전체의 손실 전력은 약40W가 되며 회로의 최대 출력은 10W가 된다. 이처럼 본 발명은 진공관의 자세한 사양을 몰라도 쉽게 적용하여 출력을 증폭시킬 수 있다.
도 6은 도 4의 실시예에서 진공관을 300B로 사용하는 경우의 증폭회로의 회로도이다.
300B 진공관은 싱글 A급으로 동작시킬 경우 최대 출력이 8W 정도로 일반적인 스피커를 구동하기에 크게 무리는 없지만 현대의 저능률 스피커의 경우 충분한 음량을 재생시킬 수 없는 문제가 있다.
300B 진공관을 정상적으로 동작시키기 위한 전원 전압은 대략 350V 이상인데 이 경우 진공관의 플레이트에 발생되는 전압은 대략 600Vpp 이상으로 일반적인 P형 MOSFET로는 내압을 감당할 수 없다. 즉, P형 MOSFET의 경우 진공관 플레이트의 최대 스윙전압을 감당하기 어렵다. 바이폴라 트랜지스터 역시 P-type 에서는 고내압 용이 생산되지 않고 있다. 따라서, 300B 진공관을 사용하여 20W이상의 출력을 안정적으로 내기 위한 증폭회로가 요청된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공관을 이용한 증폭회로의 회로도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공관(110')을 이용한 증폭회로(100')는, 동작전원(V2), 트랜스포머(TX1), 진공관(110'), 전류 분배 비율 결정 소자(130), 제1 반도체 소자(140-1), 제2 반도체 소자(140-2), 전체 전류 결정부(150), 캐패시터(C1), 임피던스 드롭 회로(160)를 포함한다.
동작전원(V2), 트랜스포머(TX1), 전류 분배 비율 결정 소자(130), 전체 전류 결정부(150), 캐패시터(C1)는 전술한 실시예에서 설명하였으므로 중복 설명은 생략한다.
여기서 진공관(110')은 플레이트에서 고압이 발생되는 진공관으로 예를 들어 300B와 같은 진공관이 될 수 있다. 이하에서는 300B 진공관을 기준으로 설명을 하나 본 발명에 이용될 수 있는 진공관이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 반도체 소자가 견디기 어려운 고압이 발생되는 진공관에 대해서 본 발명의 기술사상이 적용 가능하다.
제1 반도체 소자(140-1)는 진공관(110')에 흐르는 전류 이외의 전류를 흐르게 하는 소자로서, 제1 단이 진공관(110')의 플레이트 및 전류 분배 비율 결정 소자(130)의 일단 사이에 위치하는 노드와 연결되고, 제2 단이 전류 분배 비율 결정 소자(130)의 타단 및 후술할 임피던스 드롭 회로(160)에 연결되며, 제3 단을 포함할 수 있다. 제1 반도체 소자(140-1)가 P형 MOSFET인 경우 상기 제1 단 내지 제3 단은 각각 게이트(Gate), 소스(Source), 드레인(Drain)이 될 수 있다. 제1 반도체 소자(140-1)는 제2 반도체 소자(140-2)와 함께 300B 진공관의 스윙 전압을 분산시킬 수 있다.
제2 반도체 소자(140-2)도 진공관(110')에 흐르는 전류 이외의 전류를 흐르게 하는 소자로서, 제1 단이 임피던스 드롭 회로(160)에 연결되고 제2 단이 제1 반도체 소자(140-1)의 제3 단과 연결되며 제3 단이 진공관(110')의 캐소드 및 임피던스 드롭 회로(160)에 연결된다. 제1 반도체 소자(140-2)가 P형 MOSFET인 경우 상기 제1 단 내지 제3 단은 각각 게이트(Gate), 소스(Source), 드레인(Drain)이 될 수 있다. 제1 반도체 소자(140-1) 및 제2 반도체 소자(140-2)를 통해 흐르는 전류는, 증폭 회로 전체에 흐르는 전류 중 진공관(110')에 흐르는 전류를 제외한 나머지 전류가 된다.
임피던스 드롭 회로(160)는, 제2 반도체 소자의 게이트(제 1단)에 인가되는 임피던스를 떨어뜨리는 구성이다. 임피던스 드롭 회로(160)는 제1 저항 소자 내지 제4 저항 소자(R3, R4, R5, R6), 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3)를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(C2)는 일단이 전류 분배 비율 결정 소자(130), 제1 반도체 소자(140-1)의 제2 단 및 제2 저항 소자(R4)의 일단에 연결되고 타단이 제1 저항 소자(R3)의 일단에 연결된다.
제2 캐패시터(C3)는 일단이 제1 저항 소자(R3)의 타단, 제2 저항 소자(R4)의 타단, 제2 반도체 소자(140-2)의 제1단 및 제4 저항 소자(R6)의 일단에 연결되고 타단이 제3 저항 소자(R5)의 일단에 연결된다.
이때, 제3 저항 소자(R5)의 타단 및 제4 저항 소자(R6)의 타단은, 진공관(110')의 캐소드에 연결된다.
MOSFET의 경우 게이트 정전용량으로 인해 높은 주파수에서 응답성이 떨어지는데 임피던스 드롭 회로(160)는 캐패시터를 통해 MOSFET인 제2 반도체 소자(140-2)의 게이트에 인가되는 임피던스를 떨어뜨린다.
상술한 구성을 통해 제2 반도체 소자(140-2)는 제1 반도체 소자(140-1)에 비해 항상 1/2 진폭만으로 동작하게 되고 결과적으로 제1 반도체 소자(140-1) 및 제2 반도체 소자(140-2) 모두 내압 범위 내에서 안전 동작을 수행할 수 있게 된다.
또한, 전술한 실시예와 마찬가지로 전체 전류 결정부(150)는 저항 소자로 구성될 수도 있으나 증폭회로 전체에 일정한 전류를 흐르게 하는 정전류 회로로 구성되어 진공관의 불균일로 인한 오차를 감소시킬 수 있다.
도 7을 참조로 하여 300B 진공관(110')을 이용한 증폭회로(100')를 통해 전력을 증폭시키는 구체적인 실시예를 설명하면, 300B에 흐르는 전류는 관의 수명 및 안전을 고려하여 50mA로 제한하고 전원 전압은 350V~400V 전후로 결정할 수 있다. 최종 출력을 20W로 할 경우 전체 전력 손실은 80W 이상이 되며, 회로에 흐르는 전류는 대략 270mA가 되고 반도체에 흐르는 전류는 220mA가 된다.
한편, 상술한 본 발명은 출력트랜스의 일차 임피던스를 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다. 도 6의 회로의 경우 출력트랜스의 일차 임피던스는 최소 3Kohm이상이지만, 도 7의 회로의 경우 최대 1Kohm정도이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 100' : 증폭회로
110, 110' : 진공관
120 : 전류 분배 노드
130 : 전류 분배 비율 결정 소자
140 : 반도체 소자
140-1 : 제1 반도체 소자
140-2 : 제2 반도체 소자
150 : 전체 전류 결정부
160 : 임피던스 드롭 회로
V1 : 교류전원
V2 : 동작전원
TX1 : 트랜스포머
C1 : 캐패시터
C2 : 제1 캐패시터
C3 : 제2 캐패시터

Claims (17)

  1. 진공관을 이용한 증폭회로에 있어서,
    동작 전압을 공급하는 동작 전원,
    1차 코일의 일단이 상기 동작 전원과 연결되고 상기 1차 코일의 타단이 전류 분배 노드와 연결되는 트랜스포머,
    그리드에 걸린 입력 전압을 증폭하는 진공관,
    일단이 상기 진공관의 플레이트와 연결되고 타단이 상기 전류 분배 노드에 연결되어 상기 진공관에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전류 분배 비율 결정 소자,
    제1 단이 상기 진공관의 플레이트 및 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 일단 사이에 위치하는 노드와 연결되고 제2 단이 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 타단에 연결되며 제3 단이 상기 진공관의 캐소드와 연결되어 상기 진공관의 플레이트에서 출력되는 출력신호가 상기 제1 단으로 인가되어 상기 제2 단 및 상기 제3 단을 통해 소정의 전류가 흐르도록 하는 반도체 소자, 및
    일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 그라운드에 연결되어 상기 증폭회로 전체에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전체 전류 결정부를 포함하되,
    상기 전류 분배 노드의 전압의 움직임에 따라 상기 트랜스포머의 2차 코일을 통해 출력이 제공되고,
    상기 소정의 전류는,
    상기 증폭 회로 전체에 흐르는 전류 중 상기 진공관에 흐르는 전류를 제외한 나머지 전류인 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전체 전류 결정부는, 상기 증폭회로 전체에 일정한 전류를 흐르게 하는 정전류 회로 및 저항 소자 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  4. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 상기 그라운드에 연결되어 상기 진공관의 캐소드에 걸리는 AC성분을 상기 그라운드로 바이패스시키는 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 분배 비율 결정 소자는 저항 소자이고, 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 양단에는 상기 반도체 소자의 바이어스 전압이 걸리는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자는,
    바이폴라 PNP 트랜지스터 또는 P형 MOSFET인 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차 코일의 양단에는 스피커가 연결되는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 진공관은 2A3 및 VT-2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  9. 진공관을 이용한 증폭회로에 있어서,
    동작 전압을 공급하는 동작 전원,
    1차 코일의 일단이 상기 동작 전원과 연결되고 상기 1차 코일의 타단이 전류 분배 노드와 연결되는 트랜스포머,
    그리드에 걸린 입력 전압을 증폭하는 진공관,
    일단이 상기 진공관의 플레이트와 연결되고 타단이 상기 전류 분배 노드에 연결되어 상기 진공관에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전류 분배 비율 결정 소자,
    제1 단이 상기 진공관의 플레이트 및 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 일단 사이에 위치하는 노드와 연결되고, 제2 단이 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 타단 및 임피던스 드롭 회로에 연결되며, 제3 단을 포함하는 제1 반도체 소자,
    제1 단이 상기 임피던스 드롭 회로에 연결되고 제2 단이 상기 제1 반도체 소자의 상기 제3 단과 연결되며 제3 단이 상기 진공관의 캐소드 및 상기 임피던스 드롭 회로에 연결되는 제2 반도체 소자,
    일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 그라운드에 연결되어 상기 증폭회로 전체에 흐르는 전류의 양을 결정하는 전체 전류 결정부를 포함하되,
    상기 전류 분배 노드의 전압의 움직임에 따라 상기 트랜스포머의 2차 코일을 통해 출력이 제공되고,
    상기 임피던스 드롭 회로는,
    제1 저항 소자 내지 제4 저항 소자,
    일단이 상기 전류 분배 비율 결정 소자, 상기 제1 반도체 소자의 제2 단 및 상기 제2 저항 소자의 일단에 연결되고 타단이 상기 제1 저항 소자의 일단에 연결되는 제1 캐패시터, 및
    일단이 상기 제1 저항 소자의 타단, 상기 제2 저항 소자의 타단, 상기 제2 반도체 소자의 제1단 및 상기 제4 저항 소자의 일단에 연결되고 타단이 상기 제3 저항 소자의 일단에 연결되는 제2 캐패시터를 포함하되,
    상기 제3 저항 소자의 타단 및 상기 제4 저항 소자의 타단은, 상기 진공관의 캐소드에 연결되는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자 및 상기 제2 반도체 소자를 통해 흐르는 전류는, 상기 증폭 회로 전체에 흐르는 전류 중 상기 진공관에 흐르는 전류를 제외한 나머지 전류인 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전체 전류 결정부는, 상기 증폭회로 전체에 일정한 전류를 흐르게 하는 정전류 회로 및 저항 소자 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  13. 제9항에 있어서,
    일단이 상기 진공관의 캐소드에 연결되고 타단이 상기 그라운드에 연결되어 상기 진공관의 캐소드에 걸리는 AC성분을 상기 그라운드로 바이패스 시키는 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 전류 분배 비율 결정 소자는 저항 소자이고, 상기 전류 분배 비율 결정 소자의 양단에는 상기 제1 반도체 소자의 바이어스 전압이 걸리는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 반도체 소자는,
    P형 MOSFET인 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차 코일의 양단에는 스피커가 연결되는 것을 특징으로 하는 증폭회로.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 진공관은 300B인 것을 특징으로 하는 증폭회로.

KR1020150121879A 2015-08-28 2015-08-28 진공관을 이용한 증폭회로 KR101665586B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150121879A KR101665586B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 진공관을 이용한 증폭회로

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150121879A KR101665586B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 진공관을 이용한 증폭회로

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101665586B1 true KR101665586B1 (ko) 2016-10-12

Family

ID=57173914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150121879A KR101665586B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 진공관을 이용한 증폭회로

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101665586B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020046751A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-05 Western Electric Export Corporation Steered current source for single-ended class-a amplifier

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH062816U (ja) * 1992-04-21 1994-01-14 秀夫 大西 真空管式電力増幅器
JP2000031754A (ja) * 1998-07-14 2000-01-28 Korg Inc 真空管アンプの出力信号増幅装置
KR100773906B1 (ko) * 2006-07-18 2007-11-07 주식회사 애버드랩스 진공관 앰프의 출력회로
KR20150069664A (ko) * 2013-12-16 2015-06-24 정귀성 Ｖｍｄｃ 전력증폭기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH062816U (ja) * 1992-04-21 1994-01-14 秀夫 大西 真空管式電力増幅器
JP2000031754A (ja) * 1998-07-14 2000-01-28 Korg Inc 真空管アンプの出力信号増幅装置
KR100773906B1 (ko) * 2006-07-18 2007-11-07 주식회사 애버드랩스 진공관 앰프의 출력회로
KR20150069664A (ko) * 2013-12-16 2015-06-24 정귀성 Ｖｍｄｃ 전력증폭기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020046751A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-05 Western Electric Export Corporation Steered current source for single-ended class-a amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109951159B (zh) 基于变压器的Doherty功率放大器
US10491168B2 (en) Power amplification circuit
US9634612B2 (en) Efficiency for linear amplifier of envelope tracking modulator
CN100483930C (zh) 电子推挽式放大器及其输出阻抗和交越失真减小方法
KR19980068755A (ko) 혼합형 증폭기
JP2010124433A (ja) 高周波電力増幅器
CN109951160B (zh) 基于变压器的Doherty功率放大器
US9225309B2 (en) Audio amplifier having load adjustment and method for the load adjustment of the audio amplifier
JPWO2009125555A1 (ja) 高周波増幅器
WO2018023215A1 (zh) 包络调制器、包络跟踪功率放大器及通信设备
CN103201951B (zh) 偏置控制电路
WO2013120393A1 (zh) 简洁高效的超级功率放大器
CN114679140B (zh) 高线性度射频功率放大器
US20170033748A1 (en) Bias circuit for low quiescent current amplifier
JP2007184918A (ja) 平衡増幅器
KR101665586B1 (ko) 진공관을 이용한 증폭회로
US4728903A (en) Class A high-fidelity amplifier
TW201406057A (zh) 共源共柵放大器及放大電路
KR20140141090A (ko) 전력 증폭기
KR20150069664A (ko) Ｖｍｄｃ 전력증폭기
US8736376B2 (en) Power amplifier module having bias circuit
JP2005295568A (ja) 回路
TWI572134B (zh) 放大模組的功率控制方法
WO2014101450A1 (zh) 一种乙甲类功率放大器
JP2007288736A (ja) 電力増幅回路

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190927

Year of fee payment: 4