[제작기] 변형 Gilmore - 신정섭
길모어 회로에서 몇가지 개선점이 지적된 것을 반영하여 만들어본 길모어 앰프 변형판입니다.
관련 내용은 과거 제 Gilmore 제작기 중 덧글을 보시면 참고되실 것입니다.
제가 아는바에 의하면 김영규님이 지적하신 것은 크게 2가지 입니다.
밑천이 없으므로 자세하고 전문적인 부분은 설명을 못드립니다.
1. FET을 좀더 최적 동작점으로 바꾸었고, (일본쪽 자작정보 참조)
2. 바이어스 부분을 바꾸어 열적으로 좀더 안정되게 하였습니다. (Diode 이용)
여기에다가 제가 일반 LED(1.85V)를 사용하기 위해 조금 바꾼 정도입니다.
그래서 일단 핵심 앰프부 회로는 다음과 같습니다.
LED 전압강하는 1.85V, TR에서의 B-E간 전압차는 0.6V로 고정하고 결정된 값들로 표기했습니다. (물론 실제 동작 상황에서는 이런 값들이 크게 차이날 수 있으므로 가능하면 Check 해보시는 것이 좋습니다.)
보시다시피 417옴, 188옴과 같이 구하기 어려운 용량의 저항값이 있습니다.
크게 차이 나지 않으면 대체해서 사용하셔도 되겠으나,
반드시 동작점들을 계산해 봐서 원래의 의도와 크게 벗어나지 않는지 검토하셔야 합니다.
아. 여기서 "원래의 의도" 중 가장 중요한 점은, 출력 TR 하나당 15mA 정도의 Idle 전류가 흐르게 되도록 하는 것입니다.
Idle Current 계산법
=================
간단하게 계산법을 설명드리면,
맨 왼쪽위의 LED 부분부터 계산이 시작됩니다.
- 이와 같이 회로를 구성하면 일반적인 LED사이의 전압차가 1.85V 내외가 되므로 그 옆의 TR에서 417옴에 걸리는 전압차는 1.85-0.6=1.25V가 됩니다.
- 그러므로 바로 옆의 TR을 통해서 1.25/416=0.003A의 전류가 흐릅니다.
- 이는 듀얼 FET(2SJ109)의 각 FET를 통해서는 그 절반인 0.0015A의 전류가 흐름을 의미합니다.
- 그러므로 FET에 연결된 2K 저항 양단의 전압차는 0.0015*2000=3V 가 됩니다.
원문의 길모어 회로에선 5K 저항이었고 1mA가 흘렀으므로 5V의 전위차가 있었는데 이것이 2V 정도 줄어서 3V가 되었지요. 그만큼 공급전압을 낮추어도 된다는 것입니다. 마지막에 다시 설명함.
(옆의 2SK389 듀얼 FET단도 전압 극성만 다르지 계산법은 동일합니다.)
- 이 2K 저항의 한쪽단은 드라이브단(즉, 중간에 다이오드와 연결되어 있는)의 2SA1015와 2SC1815 TR의 베이스에 연결되어 있습니니다.
- 그러므로 600옴 저항에는 3-0.6=2.4V의 전압차가 걸리게 되고 2.4/600=0.004A의 전류가 흐르게 됩니다.
- 이 0.004A의 전류는 1N4148 다이오드 2개와 188옴 저항을 통해서도 그대로 흐르게 되므로 다이오드들, 188옴 저항 양단의 총 전압강하량은 0.6+188*0.004+0.6=1.952V가 됩니다.
- 출력 TR 각각의 25옴 저항 양단의 전압차는 1.952/2-0.6=0.376V가 되고 Idle 전류는 0,376/25=0.0015A=15mA가 되는 것입니다.
너무 쉽지요?
만약 출력석에서 온도가 올라가면 TR의 동작점이 바뀌어 B-E간 전압차가 0.6V가 아니고 그 이하로 떨어집니다. 그럼 25옴 저항 양단의 전위차는 증가하므로 아이들 전류가 증가하게 되고 그것은 출력 TR의 온도를 더욱 올리는 역할을 합니다. (물론 실제로 길모어 앰프에서 열폭주하지는 않습니다.) 그래서 이것을 예방하기 위해 1N4148의 다이오드를 사용하여 출력 TR에 열결합 하는 것입니다. 이렇게 되면 출력 TR의 온도가 올라갈 때 다이오드 온도도 상승하여 다이오드에서의 전위차도 같이 떨어지므로 Idle 전류가 증가하는 것을 막는 방향으로 작동되게 됩니다. 재미 있지요?
한편, 앞서 얘기한 바와 같이 TR의 B-E간 전압차나 다이오드에서의 전압차가 결코 고정된 것이 아닙니다.
다음과 같이 예상됩니다. (허접하나마 직접 측정된 값들이라 정확하진 않으므로 경향만 참조하시기 바랍니다.)
상온상태
========
LED: 1.86V
다이오드: 0.65V
TR의 B-E: 0.65~0.7V
60도 내외
=========
LED: 1.8V
다이오드: 0.6V
TR의 B-E: 0.6V
80도 내외
=========
다이오드: 0.55V
TR의 B-E: 0.55V
이러합니다.
그래서 저와 같이 케이스 안에 부품들이 모두 들어 있어서 상온에 LED가 노출된 것과는 다른 상태가 되므로 위 회로도와는 조금 다른 용량의 부품을 사용하였습니다.
결과적으로 출력 TR당 14mA의 아이들 전류가 흐르게 하였으며 Altoids 케이스 안에서 TR 표면의 온도는 약 66도 정도가 되었습니다.
제가 실제로 사용한 값들
=======================
위 회로도 용량과 다르게 사용한 것을 나타내면,
417옴 --> 400옴 (제 앰프의 온도에선 LED 전위차가 1.86V 보다 낮았음.)
188옴 --> 200옴
600옴 --> 500옴
25옴 --> 27옴 (25옴 저항은 구할 수 없었음)
또한 저는 정전압 +/-12VDC를 인가하였습니다.
이것보다 훨씬 낮는 전압에서도 듣기에는 아주 훌륭하게 작동합니다.
Gilmore가 원래 +/-16.4VDC라는 몹시 까다로운 전압값을 제시한 것은,
원문의 Idle Current인 15mA를 공급하고, 32옴의 저임피던스 헤드폰에서 rms 5V와 0.5W의 출력이 나오도록 설정한 때문일 겁니다. 많은 경우에 이것은 Overspec이나 마찬가지 이므로 저전압에서도 만족할 수 있으리라 생각합니다.
제작 앰프 사진
==============
전에 만능기판에 만든 길모어 앰프에서 부품만 바꿔 끼워도 되지만 몸이 근질근질하여 새로 만들었습니다.
FET도 마지막 남은 놈이라서 빼낼 수 있도록 소켓에 꽂아두었습니다.
보시다시피 전과 같이 PCB 에칭을 하였고 패턴도를 조금 다르게 그렸습니다.
튜닝을 위해 소켓을 부분적으로 사용하였더니 지난번과 같이 외형이 예쁘진 않습니다.
또한 아래에서는 Diode와 출력 TR간 실제적인 열결합 보다는 그냥 서로 밀착만 시켜놓은 상태입니다.
헉, 그런데 이번에도 별다른 Matching없이 부품을 사용했는데 DC 출력이 서보 없이도 5mV 이하입니다.
DC 서보 부분을 자꾸만 빼어버리고 싶군요.
점퍼선 줄이거나 예쁘게 하기위해 패턴을 빙빙 돌리는 것이 마음에 안들어 그냥,
지름길로 점퍼선을 날렸습니다. 보기는 그래도 훨씬 마음에 듭니다. 덕분에 다른 몇가지 장점이 생겼지요.
결과적으로 총 점퍼선은 3가닥입니다. 기판 크기는 조금 더 줄어들었고요.
케이스는 지난번 것 그대로 입니다.
이번에는 쬐그마한 전면 LED가 그런대로 보이는군요.
소감
====
솔직히 전혀 다른 앰프의 소리도 구분 못하는 막귀를 타고난 저에게는,
부품의 동작점을 조금 바꾸고, 바이어스 부분을 개선했다고 소리의 차이를 느꼈다면 거짓말을 하는 것과 같습니다.
실제로도 기존 길모어 앰프와 소리 구분은 힘들고요.
단, 앰프의 완성도 측면에서 더욱 향상된 것으로 믿어 의심치 않기 때문에 그것으로 만족을 합니다.
만약 새로 만드시는 분들은 기존 길모어 자체의 소리로도 해외에서는 반응이 최고조이므로 기존 회로로 시도해 보시고, 좀더 다른 것을 원하신다면 이것을 추천합니다. (원래 처음 만들 때는 원문 회로과 동일하게 만들고 싶으니까요.)
물론 부품 교환이 가능하도록 소켓화하여 만들면 두 앰프의 제작상 차이는 거의 없다고 볼 수 있습니다.
한편, 소리 측면이 아닌 외형적인 측면에서 장점은 분명히 있습니다.
원본 길모어 앰프에 따른 앰프 테스트에서 소리의 일그러짐이 발생하지 않는 최저 공급 전압이 약 +/-6~+/-7VDC 였다면, 이 개선회로에서는 +/-4~+/-5VDC로 +/-2VDC 가량 낮아졌다는 점입니다. 이것은 김영규님이 언급하신바 있고 회로상으로 보아도 이해하실 수 있습니다.
원래 길모어 원문에서는 +/-16.4VDC라는 까다로운 입력전압을 통해서 6V rms의 출력이 가능하다고 쓰여져 있습니다. 제 생각에는 현재와 같이 개조된 회로에서는 +/-12VDC를 공급해도 4.5V rms는 충분히 가능할 것이므로 어떠한 헤드폰에서도 음량부족은 느끼기 어려우리라 사료됩니다.
길모어 회로에서 몇가지 개선점이 지적된 것을 반영하여 만들어본 길모어 앰프 변형판입니다.
관련 내용은 과거 제 Gilmore 제작기 중 덧글을 보시면 참고되실 것입니다.
제가 아는바에 의하면 김영규님이 지적하신 것은 크게 2가지 입니다.
밑천이 없으므로 자세하고 전문적인 부분은 설명을 못드립니다.
1. FET을 좀더 최적 동작점으로 바꾸었고, (일본쪽 자작정보 참조)
2. 바이어스 부분을 바꾸어 열적으로 좀더 안정되게 하였습니다. (Diode 이용)
여기에다가 제가 일반 LED(1.85V)를 사용하기 위해 조금 바꾼 정도입니다.
그래서 일단 핵심 앰프부 회로는 다음과 같습니다.
LED 전압강하는 1.85V, TR에서의 B-E간 전압차는 0.6V로 고정하고 결정된 값들로 표기했습니다. (물론 실제 동작 상황에서는 이런 값들이 크게 차이날 수 있으므로 가능하면 Check 해보시는 것이 좋습니다.)
보시다시피 417옴, 188옴과 같이 구하기 어려운 용량의 저항값이 있습니다.
크게 차이 나지 않으면 대체해서 사용하셔도 되겠으나,
반드시 동작점들을 계산해 봐서 원래의 의도와 크게 벗어나지 않는지 검토하셔야 합니다.
아. 여기서 "원래의 의도" 중 가장 중요한 점은, 출력 TR 하나당 15mA 정도의 Idle 전류가 흐르게 되도록 하는 것입니다.
Idle Current 계산법
=================
간단하게 계산법을 설명드리면,
맨 왼쪽위의 LED 부분부터 계산이 시작됩니다.
- 이와 같이 회로를 구성하면 일반적인 LED사이의 전압차가 1.85V 내외가 되므로 그 옆의 TR에서 417옴에 걸리는 전압차는 1.85-0.6=1.25V가 됩니다.
- 그러므로 바로 옆의 TR을 통해서 1.25/416=0.003A의 전류가 흐릅니다.
- 이는 듀얼 FET(2SJ109)의 각 FET를 통해서는 그 절반인 0.0015A의 전류가 흐름을 의미합니다.
- 그러므로 FET에 연결된 2K 저항 양단의 전압차는 0.0015*2000=3V 가 됩니다.
원문의 길모어 회로에선 5K 저항이었고 1mA가 흘렀으므로 5V의 전위차가 있었는데 이것이 2V 정도 줄어서 3V가 되었지요. 그만큼 공급전압을 낮추어도 된다는 것입니다. 마지막에 다시 설명함.
(옆의 2SK389 듀얼 FET단도 전압 극성만 다르지 계산법은 동일합니다.)
- 이 2K 저항의 한쪽단은 드라이브단(즉, 중간에 다이오드와 연결되어 있는)의 2SA1015와 2SC1815 TR의 베이스에 연결되어 있습니니다.
- 그러므로 600옴 저항에는 3-0.6=2.4V의 전압차가 걸리게 되고 2.4/600=0.004A의 전류가 흐르게 됩니다.
- 이 0.004A의 전류는 1N4148 다이오드 2개와 188옴 저항을 통해서도 그대로 흐르게 되므로 다이오드들, 188옴 저항 양단의 총 전압강하량은 0.6+188*0.004+0.6=1.952V가 됩니다.
- 출력 TR 각각의 25옴 저항 양단의 전압차는 1.952/2-0.6=0.376V가 되고 Idle 전류는 0,376/25=0.0015A=15mA가 되는 것입니다.
너무 쉽지요?
만약 출력석에서 온도가 올라가면 TR의 동작점이 바뀌어 B-E간 전압차가 0.6V가 아니고 그 이하로 떨어집니다. 그럼 25옴 저항 양단의 전위차는 증가하므로 아이들 전류가 증가하게 되고 그것은 출력 TR의 온도를 더욱 올리는 역할을 합니다. (물론 실제로 길모어 앰프에서 열폭주하지는 않습니다.) 그래서 이것을 예방하기 위해 1N4148의 다이오드를 사용하여 출력 TR에 열결합 하는 것입니다. 이렇게 되면 출력 TR의 온도가 올라갈 때 다이오드 온도도 상승하여 다이오드에서의 전위차도 같이 떨어지므로 Idle 전류가 증가하는 것을 막는 방향으로 작동되게 됩니다. 재미 있지요?
한편, 앞서 얘기한 바와 같이 TR의 B-E간 전압차나 다이오드에서의 전압차가 결코 고정된 것이 아닙니다.
다음과 같이 예상됩니다. (허접하나마 직접 측정된 값들이라 정확하진 않으므로 경향만 참조하시기 바랍니다.)
상온상태
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LED: 1.86V
다이오드: 0.65V
TR의 B-E: 0.65~0.7V
60도 내외
=========
LED: 1.8V
다이오드: 0.6V
TR의 B-E: 0.6V
80도 내외
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다이오드: 0.55V
TR의 B-E: 0.55V
이러합니다.
그래서 저와 같이 케이스 안에 부품들이 모두 들어 있어서 상온에 LED가 노출된 것과는 다른 상태가 되므로 위 회로도와는 조금 다른 용량의 부품을 사용하였습니다.
결과적으로 출력 TR당 14mA의 아이들 전류가 흐르게 하였으며 Altoids 케이스 안에서 TR 표면의 온도는 약 66도 정도가 되었습니다.
제가 실제로 사용한 값들
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위 회로도 용량과 다르게 사용한 것을 나타내면,
417옴 --> 400옴 (제 앰프의 온도에선 LED 전위차가 1.86V 보다 낮았음.)
188옴 --> 200옴
600옴 --> 500옴
25옴 --> 27옴 (25옴 저항은 구할 수 없었음)
또한 저는 정전압 +/-12VDC를 인가하였습니다.
이것보다 훨씬 낮는 전압에서도 듣기에는 아주 훌륭하게 작동합니다.
Gilmore가 원래 +/-16.4VDC라는 몹시 까다로운 전압값을 제시한 것은,
원문의 Idle Current인 15mA를 공급하고, 32옴의 저임피던스 헤드폰에서 rms 5V와 0.5W의 출력이 나오도록 설정한 때문일 겁니다. 많은 경우에 이것은 Overspec이나 마찬가지 이므로 저전압에서도 만족할 수 있으리라 생각합니다.
제작 앰프 사진
==============
전에 만능기판에 만든 길모어 앰프에서 부품만 바꿔 끼워도 되지만 몸이 근질근질하여 새로 만들었습니다.
FET도 마지막 남은 놈이라서 빼낼 수 있도록 소켓에 꽂아두었습니다.
보시다시피 전과 같이 PCB 에칭을 하였고 패턴도를 조금 다르게 그렸습니다.
튜닝을 위해 소켓을 부분적으로 사용하였더니 지난번과 같이 외형이 예쁘진 않습니다.
또한 아래에서는 Diode와 출력 TR간 실제적인 열결합 보다는 그냥 서로 밀착만 시켜놓은 상태입니다.
헉, 그런데 이번에도 별다른 Matching없이 부품을 사용했는데 DC 출력이 서보 없이도 5mV 이하입니다.
DC 서보 부분을 자꾸만 빼어버리고 싶군요.
점퍼선 줄이거나 예쁘게 하기위해 패턴을 빙빙 돌리는 것이 마음에 안들어 그냥,
지름길로 점퍼선을 날렸습니다. 보기는 그래도 훨씬 마음에 듭니다. 덕분에 다른 몇가지 장점이 생겼지요.
결과적으로 총 점퍼선은 3가닥입니다. 기판 크기는 조금 더 줄어들었고요.
케이스는 지난번 것 그대로 입니다.
이번에는 쬐그마한 전면 LED가 그런대로 보이는군요.
소감
====
솔직히 전혀 다른 앰프의 소리도 구분 못하는 막귀를 타고난 저에게는,
부품의 동작점을 조금 바꾸고, 바이어스 부분을 개선했다고 소리의 차이를 느꼈다면 거짓말을 하는 것과 같습니다.
실제로도 기존 길모어 앰프와 소리 구분은 힘들고요.
단, 앰프의 완성도 측면에서 더욱 향상된 것으로 믿어 의심치 않기 때문에 그것으로 만족을 합니다.
만약 새로 만드시는 분들은 기존 길모어 자체의 소리로도 해외에서는 반응이 최고조이므로 기존 회로로 시도해 보시고, 좀더 다른 것을 원하신다면 이것을 추천합니다. (원래 처음 만들 때는 원문 회로과 동일하게 만들고 싶으니까요.)
물론 부품 교환이 가능하도록 소켓화하여 만들면 두 앰프의 제작상 차이는 거의 없다고 볼 수 있습니다.
한편, 소리 측면이 아닌 외형적인 측면에서 장점은 분명히 있습니다.
원본 길모어 앰프에 따른 앰프 테스트에서 소리의 일그러짐이 발생하지 않는 최저 공급 전압이 약 +/-6~+/-7VDC 였다면, 이 개선회로에서는 +/-4~+/-5VDC로 +/-2VDC 가량 낮아졌다는 점입니다. 이것은 김영규님이 언급하신바 있고 회로상으로 보아도 이해하실 수 있습니다.
원래 길모어 원문에서는 +/-16.4VDC라는 까다로운 입력전압을 통해서 6V rms의 출력이 가능하다고 쓰여져 있습니다. 제 생각에는 현재와 같이 개조된 회로에서는 +/-12VDC를 공급해도 4.5V rms는 충분히 가능할 것이므로 어떠한 헤드폰에서도 음량부족은 느끼기 어려우리라 사료됩니다.
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