진공관 오디오 앰프 푸시 풀(Push-Pull) 출력

[管韻]

진공관 오디오앰프 푸시 풀(Push-Pull) 출력

푸시 - 풀 (push-pull) 증폭기는 연결된 부하에 전류를 공급하거나 전류를 교대로 공급하는 한 쌍의 능동 소자를 사용하는 일종의 전자 회로 입니다. 푸시 풀 출력은 TTL 및 CMOS 디지털 논리 회로 와 일부 유형의 증폭기 에 존재하며 일반적으로 상보 쌍의 트랜지스터 로 구현됩니다. 하나는 부하에서 접지 또는 음의 전원 공급 장치로 전류를 분산 또는 가라 앉히고 다른 하나는 양극 전원 공급 장치로부터 부하에 전류를 공급하거나 공급합니다.

푸시 - 풀 (push-pull) 증폭기는 단일 종단 형 "클래스 -A" 증폭기보다 효율적입니다. 달성 할 수있는 출력 전력은 단독으로 사용되는 트랜지스터 또는 튜브의 연속 소산 정격보다 높으며 주어진 전원 전압에서 사용 가능한 전력을 증가시킵니다. 증폭기의 양측면의 대칭 구조는 짝수 차 고조파가 제거되어 왜곡을 줄일 수 있음을 의미합니다. 출력에서 DC 전류가 제거되므로 싱글 엔드 증폭기보다 작은 출력 트랜스포머를 사용할 수 있습니다. 그러나 푸시 풀 증폭기는 시스템에 복잡성과 비용을 추가하는 위상 분할 구성 요소가 필요합니다. 입력 및 출력을 위해 센터 탭형 변압기 를 사용하는 것은 일반적인 기술이지만 중량을 늘리고 성능을 제한합니다. 앰프의 두 부분이 동일한 특성을 갖지 않으면 입력 파형의 두 절반이 불균등하게 증폭되므로 왜곡이 발생할 수 있습니다. 하나의 장치가 끊어지고 다른 장치가 활성 영역으로 들어가면 각 사이클의 영점 근처에서 크로스 오버 왜곡 을 만들 수 있습니다.

1960 년경 Magnavox 스테레오 튜브 푸시 - 풀 앰프는 채널 당 2 개의 6BQ5 출력 튜브를 사용합니다

푸시 풀 회로는 많은 앰프 출력 단계에서 널리 사용됩니다. 푸시 - 풀 (push-pull) 방식으로 연결된 한 쌍의 오디언 튜브는 1915 년에 허여 된 에드윈 H. 콜 피트 ( Edwin H. Colpitts) 의 미국 특허 제 1137384 호에 기술되어있다. 이 기술은 그 당시에 잘 알려져 있었고, 원리는 전자 증폭기를 사용하기 전인 1895 년 특허에서 주장되었다. 아마도 푸시 풀 증폭기를 사용하는 최초의 상용 제품은 Radiola III 재생 식 방송 수신기와 함께 사용하기 위해 1924 년에 출시 된 RCA 평형 증폭기 였다. 푸시 풀 구성의 한 쌍의 저전력 진공 튜브를 사용하여 앰프는 헤드폰 대신 라우드 스피커를 사용할 수 있도록 허용하면서 대기 전력 소모가 적은 배터리 수명을 제공합니다. 이 기술은 오늘날 오디오, 무선 주파수, 디지털 및 전력 전자 시스템에서 계속 사용되고 있습니다.

디지털 회로

TTL 출력 스테이지는 '토템 폴 출력'(이 TTL 로직 게이트 회로의 가장 오른쪽 슬라이스에있는 트랜지스터, 다이오드 및 저항)이라고하는 다소 복잡한 푸시 풀 회로입니다. 전류를 공급하는 것보다 전류를 더 잘 흡수합니다.

푸시 - 풀 구성의 디지털 사용은 TTL 및 관련 제품군의 출력입니다. 상위 트랜지스터는 선형 모드에서 액티브 풀업 기능을 수행하는 반면, 하위 트랜지스터는 디지털 방식으로 동작합니다. 이러한 이유로 그들은 싱크 할 수있는만큼의 전류를 공급할 수 없습니다 (일반적으로 20 배 이하). 이러한 회로는 일반적으로 두 개의 트랜지스터가 수직으로 쌓여 있고 일반적으로 그 사이에 레벨 쉬프팅 다이오드가있는 방식으로 그려져 있기 때문에 " 토템 폴 "출력이라고 불립니다.

간단한 푸시 - 풀 출력의 단점은 두 개 또는 그 이상이 서로 연결될 수 없다는 것입니다. 다른 하나가 밀리려고 시도 할 때 끌어 당기려고하면 트랜지스터가 손상 될 수 있기 때문입니다. 이러한 제한을 피하기 위해 일부 푸시 풀 출력은 두 트랜지스터가 모두 꺼진 상태를 유지합니다. 이 상태에서 출력은 부동 (또는 독점적 인 용어를 사용하기 위해 트라이 스테이트 로 표시)이라고 합니다.

푸시 풀 출력의 대안은 부하 를 접지 ( 오픈 컬렉터 또는 오픈 드레인 출력이라고 함) 또는 전원 공급 장치 (오픈 이미 터 또는 오픈 소스 출력이라고 함)에 연결하는 단일 스위치입니다.

아날로그 회로

푸시 - 풀이 아닌 종래의 증폭기 스테이지는 종종 푸쉬 - 풀 회로와 구별하기 위해 단일 종단 (single-ended) 이라고 불린다.

아날로그 푸시 풀 전력 증폭기에서 두 출력 장치는 역 위상 (180 ° 간격)으로 작동합니다. 두 개의 역 위상 출력은 신호 출력이 추가되는 방식으로 부하에 연결되지만 출력 장치의 비선형성에 기인 한 왜곡 성분은 서로 차감됩니다. 두 출력 장치의 비선형 성이 비슷한 경우 왜곡이 훨씬 줄어 듭니다. 대칭 푸시 풀 회로는 f2, f4, f6과 같은 고조파를 취소해야하므로 비선형 범위로 구동 될 때 (f1), f3, f5와 같은 홀수 차 고조파를 촉진해야합니다.

푸시 - 풀 증폭기는 단일 종단 증폭기보다 왜곡 이 적다. 따라서 클래스 A 또는 AB 푸시 풀 앰프는 단일 종단 구성에서 사용되는 동일한 장치와 동일한 전력으로 왜곡이 적습니다. 클래스 AB와 클래스 B 는 클래스 A보다 동일한 출력에 대해 더 적은 전력을 소비합니다. 네거티브 피드백 과 크로스 오버 왜곡을 줄이기 위해 출력 단을 바이어 싱함으로써 왜곡을 낮게 유지할 수 있습니다.

클래스 B 푸시 풀 증폭기는 클래스 A 전력 증폭기보다 효율적이다. 왜냐하면 각 출력 장치는 출력 파형의 절반 만 증폭하고 반대쪽 절반에서는 차단되기 때문이다. 푸시 - 풀 단계의 이론적 인 전체 전력 효율 (소비 된 DC 전력에 비해 부하에서의 AC 전력)은 약 78.5 %라는 것을 알 수 있습니다. 이는 부하를 직접 구동하는 경우 25 %의 효율을 가지며 변압기 결합 출력의 경우 50 % 이하인 클래스 A 증폭기와 비교됩니다. 푸시 - 풀 (push-pull) 증폭기는 일정한 전력을 소모하는 클래스 -A 증폭기와 비교하여 제로 신호로 전력을 거의 소비하지 않는다. 출력 디바이스의 전력 소모는 증폭기의 출력 전력 정격의 약 1/5이다. 반대로 클래스 A 증폭기는 출력 전력의 몇 배를 발산 할 수있는 장치를 사용해야합니다.

증폭기의 출력은 부하에 직접 연결되거나, 변압기에 의해 결합되거나, DC 블로킹 커패시터를 통해 연결될 수있다. 포지티브 및 네거티브 전원 공급 장치를 모두 사용하는 경우 부하는 전원 공급 장치의 중간 지점 (접지)으로 되돌릴 수 있습니다. 트랜스포머는 단일 극성 전원 공급 장치를 사용할 수는 있지만 앰프의 저주파수 응답을 제한합니다. 마찬가지로 단일 전원 공급 장치를 사용하면 커패시터를 사용하여 앰프의 출력에서 ​​DC 레벨을 차단할 수 있습니다.

바이폴라 접합 트랜지스터가 사용되는 경우 바이어스 네트워크는 트랜지스터의베이스 대 이미 터 전압의 음의 온도 계수를 보상해야합니다. 이는 이미 터와 출력 사이에 작은 값의 저항을 포함 시켜서 수행 할 수 있습니다. 또한, 구동 회로는 보상을 제공하기 위해 출력 트랜지스터와 열 접촉 상태로 장착 된 실리콘 다이오드를 가질 수있다.

푸시 풀 트랜지스터 출력단

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변압기 출력 트랜지스터 전력 증폭기

이러한 증폭기는 출력 장치 (PNP 만 사용하거나 NPN 장치 만 필요함)를 매칭 할 수있는 최상의 기회를 제공하지만 트랜지스터 증폭기가있는 출력 변압기를 사용하는 것은 매우 드뭅니다.

토템 폴 푸시 - 풀 출력 단계

동일한 극성을 갖는 2 개의 정합 된 트랜지스터는 출력 트랜스포머를 필요로하지 않고 각 사이클의 반대쪽 반을 공급하도록 배열 될 수 있지만, 드라이버 회로가 종종 비대칭이고 하나의 트랜지스터가 공통 이미 터 구성에서 사용되는 반면, 이미 터 폴로 워 (emitter follower) 로 사용됩니다. 이 배치는 1970 년대보다 오늘날 사용이 적습니다. 소수의 트랜지스터 (오늘날 중요하지는 않음)로 구현 될 수 있지만, 균형을 맞추고 낮은 왜곡을 유지하기가 상대적으로 어렵습니다.

대칭 푸시 풀

출력 쌍의 각 반은 NPN (또는 N 채널 FET ) 소자가 다른 소자의 PNP (또는 P 채널 FET )에 의해 매치 될 것이라는 점에서 다른 하나는 "미러"된다. 이 유형의 배열은 더 높은 대칭으로 더 높은 짝수 고조파가 더 효과적으로 취소되므로 의사 대칭 스테이지보다 낮은 왜곡을 발생시키는 경향이 있습니다.

준 대칭 푸시 풀

과거 고전력 NPN 실리콘 트랜지스터에 대한 양질의 PNP 보완 물이 제한적이었던 과거에는 해결 방법이 동일한 NPN 출력 장치를 사용하는 것이었지만 보완적인 PNP 및 NPN 드라이버 회로에서 조합하여 대칭형에 가깝게 만들었지 만 처음부터 끝까지 대칭이있는 것만 큼 좋지는 않습니다.) 주기의 각 반마다 일치하지 않는 이득으로 인한 왜곡은 심각한 문제가 될 수 있습니다.

수퍼 - 대칭 출력단

드라이버의 비대칭이 디스토션 생성 프로세스의 작은 부분이지만 대칭적인 드라이브 회로가 더 매칭을 향상시킬 수 있도록하기 위해 전체 드라이버 회로에서 일부 복제를 사용합니다. 브릿지 타이로드 (bridge-tied load) 배열을 사용하면 NPN과 PNP 장치 간의 불가피한 작은 차이점을 보완하면서 양과 음의 절반을 훨씬 더 일치시킬 수 있습니다.

제곱 법 푸시 풀

출력 장치, 일반적으로 MOSFET 또는 진공관 은 2 차 고조파 왜곡 을 생성하는 2 차 고조파 전달 특성 (단일 종단 형 회로에서 사용되는 경우 2 차 고조파 왜곡 을 생성)이 왜곡을 크게 상쇄하도록 구성됩니다. 즉, 하나의 트랜지스터의 게이트 - 소스 전압이 증가함에 따라, 다른 디바이스로의 구동은 동일한 양만큼 감소되고, 제 2 디바이스에서의 드레인 (또는 플레이트) 전류 변화는 제 1 디바이스의 증가에서의 비선형 성을 대략적으로 보정한다 .

푸시 - 풀 튜브 (밸브) 출력단

참조 : 밸브 오디오 증폭기 - 기술 § 푸시 풀 전력 증폭기

진공 튜브 (밸브)는 보완 유형 (pnp / npn 트랜지스터와 같이)에서 사용할 수 없기 때문에 튜브 푸시 - 풀 증폭기에는 동일한 출력 튜브 또는 튜브 그룹이 있으며 제어 그리드 는 역상으로 구동됩니다. 이 튜브는 센터 탭 출력 트랜스포머의 1 차 권선의 2 개 절반을 통해 전류를 구동합니다. 신호 전류는 튜브의 비선형 특성 곡선 으로 인한 왜곡 신호가 감산되는 동안 추가됩니다. 이 증폭기는 고체 전자 장치 개발이 시작되기 훨씬 전에 설계되었습니다. 그들은 오디오 애호가들 과 음악가들에 의해 여전히 사용되어 더 나은 사운드를 듣고 있다고 생각합니다.

진공관 푸시 - 풀 앰프는 일반적으로 출력 트랜스포머 (OTL) 튜브 스테이지가 존재하지만 (예 : SEPP / SRPP 및 화이트 음극 폴로 어와 같은 ) 출력 트랜스포머를 사용합니다. 위상 분리기 단계는 일반적으로 또 다른 진공관이지만 중앙 탭형 2 차 권선이있는 변압기가 일부 설계에서 가끔 사용되었습니다. 이들은 본질적으로 제곱 법 장치이기 때문에, 위에서 언급 한 왜곡 제거 에 관한 설명은 클래스 A로 작동 될 때 대부분의 푸시 풀 튜브 설계에 적용됩니다 (즉, 어느 장치도 비 전도 상태로 구동되지 않음).

원래 시리즈 밸런스 증폭기 라고 불리는 단일 종단 푸시 - 풀 ( SEPP , SRPP 또는 μ-follower) 출력단 (미국 특허 2,310,342, 1943 년 2 월). 트랜지스터에 대한 토템폴 (totem-pole) 배열과 유사하지만 두 개의 소자가 전원 레일 사이에 직렬로 연결되어 있지만 입력 드라이브는 한 쌍 의 소자 중 하나에 만 연결된다 . 그러므로 (모순적으로 모순되는) Single-Ended 설명. 출력은 정전류 소스와 음극 팔로워 사이의 부분 방식으로 작용하지만 하단 장치의 플레이트 (양극) 회로에서 일부 구동을받는 상단 (직접 구동되지 않는) 장치의 캐소드에서 가져옵니다. 따라서 각 튜브로의 구동은 같지 않을 수 있지만 회로는 신호 전체에서 바닥 장치를 통해 흐르는 전류를 일정하게 유지하여 진정한 단일 튜브 단일 종단 형 출력 스테이지에 비해 전력 이득을 높이고 왜곡을 줄이는 경향이 있습니다.

White Cathode Follower (1942 년 9 월 ELC White의 특허 2,358,428)는 위의 SEPP 설계와 비슷하지만 음극 종 동자 역할을하는 상단 튜브에 신호가 입력되지만 바닥 음극 (일반 음극 구성에서) 상단 장치의 플레이트 (애노드)에 전류가 흐르면 (보통 스텝 업 트랜스포머를 통해) 공급된다. 그것은 기본적으로 SEPP에서 두 장치의 역할을 바꿉니다. 하단 튜브는 일정 전류 싱크와 푸시 - 풀 작업 부하에서 동등한 파트너 사이의 일부분으로 작용합니다. 다시, 각 튜브에 대한 구동은 동일하지 않을 수 있습니다.

SEPP와 White Follower의 트랜지스터 버전은 존재하지만 드문 경우입니다.

초 선형 푸시 풀

소위 울트라 선형 푸시 풀 앰프는 출력 트랜스포머의 1 차 전압의 일정 비율에서 스크린 그리드가 공급 된 5 극 또는 4 극을 사용합니다. 이는 triode (또는 triode-strapped ) 전력 증폭기 회로와 상대적으로 일정한 전압 소스로부터 스크린이 공급되는 기존의 5 극관 또는 4 극 출력 회로 사이의 좋은 절충안 인 효율 및 왜곡을 제공합니다.

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전문가님은 모두 잘 알고 계시지만 간혹 진공관 오디오 앰프가 싱글 스테레오 제품으로 보이지만 실제 푸시풀인 경우가 간혹 있습니다. 이는 진공관의 쌍삼극관을 적절히 이용해서 제작했기 때문입니다. 증폭관 보다는 초단관에서 쌍삼극관을 많이 사용하는 편입니다. 싱글, 푸시풀, 모노블록에 대해서는 이후 자세한 설명을 이미 많은 설명을 드렸지만 앞으로도 많은 것을 소개해 드리도록 하겠습니다.

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6BQ5 / 6V6 / 1626 / 6L6 / F2A / EL34 / KT88 / KT150 / 2A3 / 300B 진공관들은 오디오용으로 사용되는 것들이지만 몇 개는 잘 사용하지 않는 것도 있습니다. 제작방식에서 single, push-pull, mono-blok이 있습니다. 이후 정류관(종류도 여러가지)을 사용하느냐 마느냐, 초단관(종류 여러가지)은 어떤 것으로 사용하느냐에 따라서 수백가지의 조합을 통해 앰프가 각기 다른 모습으로 나오게 됩니다. 트랜스도 크기가 여러가지여서 출력이 크게 나려면 트랜스 크기를 크게 해야 하고 작고 이쁘게 하려면 그것에 맞게 적당하게 조정합니다. 케이스는 알루미늄으로 선정하는데 그 종류가 여러가지가 있어서 마음에 드는 톤으로 선택합니다.

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약속이 있어 나갔다가 저녘에 진공관 이야기를 이어 가겠습니다.