디스크리트 오피앰프 회로도 이해 및 효과 (제1부; 기초 증폭회로)

디스크리트 오피앰프 회로도 이해 및 효과 제1부

오디오필에서 개발된 여러 기술들을 총 집약하여 제작된 디스크리트 오피앰프의 특징과 기존 증폭회로와 비교를 해보며 개선된 효과를 알아 보겠습니다.

이 개선된 회로는 오디오필의 모든 제품의 증폭회로에 적용하고 있으며, 앞으로도 더욱 개선하여 적용할 것입니다. 

우선 기존의 증폭회로를 간단히 소개해 드리겠습니다. 

현재 일반적으로 트랜지스터를 사용한 증폭회로는 차동증폭기를 입력으로 하는 부궤환푸쉬풀증폭회로를 사용하고 있으며, 아날로그 증폭회로에서는 가장 우수하고 안정되어 있으며 거의 대부분의 증폭기에 사용하는 방식입니다.

오디오필의 아날로그 증폭기에도 이 차동증폭기를 입력으로 하는 부궤환푸쉬풀증폭회로를 기본으로 하고 있습니다. 

이 방식으로만 증폭기를 구성하였을 때는 트랜지스터 성향의 사운드(좀 거칠고, 자극적이며, 외소하고, 음악 장르에 따라서 호불호가 갈리는 등)로 나타나며, 고음질 제품으로는 트랜지스터 방식 제품을 적극적으로 선택하지 않는 원인이 되기도 합니다.

그래서 현재에도 크고 무겁고 전력 소비가 많은 진공관 앰프가 제작되고 있는 이유 입니다. 

오디오필에서는 트랜지스터 증폭기의 단점을 개선하고자 많은 노력을 하였으며, 현재에도 좀더 나은 사운드를 이루기 위해서 노력하고 있습니다. 

그동안 노력의 결과로 다수의 회로 기술이 개발되어 모든 제품에 적용하고 있습니다.

이렇게 새로운 기술을 적용한 제품은 지금까지의 트랜지스터 앰프에서 경험 했던 부족한 부분을 느낄 수 없을 정도로 향상되었습니다. 즉 완성된 아날로그 사운드를 재현하고 있는 것입니다.

개선된 사운드의 특징으로는, 

사운드가 깨끗합니다. 뒷 배경이 깨끗하고, 공간도 깨끗하여 작은 입자라도 확실하게 알 수 있을 정도이며, 깨끗한 공간을 섬세한 사운드가 울려 퍼지는 것을 느낄 때는 감격하기도 합니다. 

소리결이 곱습니다. 진공관에서 들을 수 있는 소리결이며, "이것이 트랜지스터 앰프인가?" 하고 의심할 수 있을 정도 입니다. 저음부의 부드러움과 때로는 깊이 내려가고, 넓은 공간을 가득 채움으로써 무대를 더 넓게 만들어줍니다, 중역대는 남성 보컬 또는 여성보컬의 음색을 있는 그대로 재현하기 때문에 자신이 이미 음악에 빠져 있는 것을 느끼곤 합니다.  "조금만 더 들어야지......" 고음부가 깨끗하고 곱고 음 대역의 상한 제한이 없습니다. 상당히 시원하며 탁 트인 공간을 느끼게 됩니다.

소리에 힘이 있습니다. 저음부의 펀치력이 살아 있고 저음의 지속성이 좋아서 낮고 넓게 공간을 채워주며, 파워풀한 사운드와 비트 있는 사운드와 스피드를 실감하게 됩니다.

트랜지스터 앰프에서 이러한 좋은 사운드를 들을 수 있게 된 이유를 알아 보겠습니다.    

오디오필에서도 기존에 많이 사용하는 차동증폭기를 입력으로 하는 부궤환푸쉬풀증폭회로를 기초 증폭회로로 사용하고 있습니다.

Q1은 차동증폭기이며 두 개의 JFET를 사용하고 컬렉터에는 부하로 저항(R1, R2)을 사용하고 있습니다. 부하에 저항을 사용하는 것이 입력된 신호를 손실 없게 재현하며, 아날로그 사운드를 유지하는데 중요하다고 할 수 있습니다. 어떤 증폭기에는 정전류방식으로 부하저항을 대신하지만 아날로그 사운드를 변형시킬 수 있습니다. 이득이 너무 높기 때문이지요. 

고음질 증폭기에서 이 차동증폭기의 역할 중 입력신호를 손실 없이 받아들이는 것이 가장 중요합니다. 입력단에서부터 입력신호가 변형되면 대안이 없겠지요.

Q1의 소스에는 Q2와 Q5로 구성된 정전류회로가 있습니다. Q2는 정전류 제어용으로 사용되고 있으며, Q5는 정전압용으로 사용하고 있습니다. Q5의 정전압은 0.6V 정도이며 Q2의 B,E간 전압이 0.6V이므로 Q2의 에미터 저항(R3) 양단에는 0V 수준으로 할당되어 Q2에서 정전류 기능을 유지하기에 부족한 면이 있어서 개선되었습니다.

C1은 Q5에서 발생하는 노이즈 방지용으로 사용되고 있습니다. 

차동증폭기의 부하저항 R1에서 증폭된 신호는 Q6과 Q8로 구성된 드라이브 증폭단으로 입력됩니다. Q6은 신호 증폭용으로 사용되며, Q8은 정전압용 Q9와 R10과 함께 정전류부하 회로 입니다. Q9의 정전압회로도 Q5에서와 같이 개선되었습니다.

Q7과 저항으로 구성된 회로는 출력단에 2개 트랜지스터(Q10, Q11)의 베이스 바이어스용으로 사용되며, 온도보상 기능도 하고 있습니다. 

이와 같이 Q7 트랜지스터와 저항 2개로 구성된 바이어스회로는 통상적으로 많이 사용하는데 오랜 기간 검토해 본 결과 문제점이 확인되어서 개선되었습니다.

문제점으로는, 드라이브전류(Q6과 Q8의 C,E간 전류)의 변화에 Q7의 C,E간 양단 전압이 변동한다는 것입니다. 이 전압 변화로 인해서 출력 트랜지스터(Q10과 Q11)에 흐르는 아이들링전류가 증가하여 발열을 증가시키는 단점이 있습니다.

그리고 출력단자(OUT)에 부하가 접속되어 있을 때 OUT이 플러스측으로 상승하는 기간(마이너스측으로 하강하는 기간도 동일)에 Q10 의 C,E 간 임피던스가 줄어들면서 출력신호가 상승할 때, Q11은 C,E간 임피던스가 대폭 증가되어야 하는데, Q7의 C,E간 전압이 증가하게 되고 Q11의 B,E 간 바이어스 전압이 증가하여 Q11의 C,E 간에 전류도 증가하는 문제가 있으며, 이 증가하는 전류에 의해서 OUT 단자의 상승 신호를 잡아 내리게 되어 출력신호가 변형되고, 충실한 증폭을 할 수 없게 됩니다.

그래서 Q7의 바이어스회로는 개선되었습니다.

차동증폭기를 입력으로 하는 부궤환푸쉬풀증폭회로에서 개선 사항이 적용된 기초증폭회로를 설명하였습니다.

다음 제2부에서는 각 부분의 개선된 회로를 알아보겠습니다.