파원 앰프 - 파워앰프와 프리앰프 포함 자작 게시판 입니다.
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이번에는 LME49830를 써서 출력석을 MOSFET로 구성해보았습니다.

출력석은 2 패럴렐로 하여 제작했습니다.

 

 

 

MOSFET K135 J50은   Lateral type의 MOSFET로  과거에 많이 사용된  유명한 소자이지만  지금은 단종되어 구하기 쉽지 않은 소자입니다.

이것의 몰드형인 K1058 J162는 지금도 생산되어 비교적 구하기 쉬우나,  제 수중에 있어서 K135 J50으로 구현하였습니다. 개인적으로는 TO-3 타입의 소자를 선호합니다.

 

 

 

 

LME49830은 MOSFET 출력석을 사용하는 전압증폭 IC입니다.  수mA 출력이나 전원 전압이 높아서 발열하므로 방열판을 부착하였습니다.

개별소자를 사용하였을 때 보다 페어매칭과 회로설계의 수고를  덜어 주어 간단하게 고성능의 파워앰프를 구현할 수 있습니다. 왜율 특성이 매우 우수합니다. 

 

 

 

 

 

 

 

MOSFET의 게이트 DC 전류는 흐르지 않지만, 게이트용량은 수백pF으로 높고, 여기에  충방전 전류를 빠르게 흘려 주기 위한 드라이버 TR을 추가할 수 있도록 하였지만

 이번에는 드라이버 TR을 생략하고 제작합니다.  출력석을 최대 3 패럴렐까지 달 수 있지만 방열판 높이를 고려하여 2패럴렐로 갑니다.

K135/J50은  음의 온도계수를 갖으므로(모든 MOSFET가 음의 온도계수는 아닙니다)  온도보상 바이어스 TR Q6은 출력석 방열판에 부착하지 않습니다. 아이들링 전류는 출력석 1개당 250mA로 하였습니다. 0.5A의 아이들링 전류이므로  4W 까지는 A급으로 동작합니다. MOSFET의 경우 아이들링 전류는 높게 잡을수록 출력석의 출력 임피던스는 낮아지고 cross over distortion이 줄어 듭니다. 

 

왜율 특성은 괜찮게 나온 것 같습니다(VP-7721A로 측정).  이전에 만들었던 구보다식 파워앰프(암프제작키이포인트 서적에서 소개) 보다 우수한 것 같습니다

 

구형파 응답특성은 링잉없이 잘 동작합니다.. 슬루레이트는 약 25V/us 정도 나옵니다..

나머지 한쪽도 만들어서 소리를 들어보려합니다..

 

 

 

 

 

 

 

 

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    윤민철 2012.06.09 17:51

    우와 잘은 모르지만 멋집니다...ㅋㅋ

    저도 캔타입 소자한번 써보고 싶습니다.^^

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    김태형 2012.06.09 20:32

    47** 49*** 시리즈 중에 어느 것을 가장 먼저 해볼까 고민을 좀 하고 있었는데 

    아무래도 이것이 가장 당기네요. ^^


    구형파가 거의 완벽합니다. 

    3886 계열 칩앰프가 2Vpp 에서 19V/us 라고 되어있는데 

    그들을 간단하게 뛰어넘는 응답특성이 기대됩니다. 


    방열판 절단면이 흑색인걸 보니 잘라서 구매하신후 아노다이징까지 하셨나봅니다. 

    방열판가게 여는날 찾아가기가 어려우니 전화나 통신으로 주문해야겠습니다. 

    서울헤비메틀에서 아노다이징까지 해받을 수 있을까요?

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    김도익 2012.06.09 21:05

    방열판은 서울금속에서 125mm 높이로 절단하고 아노다이징을 맡겼습니다.. 그리고, 수작업으로 TR 구멍 뚫었습니다.

     

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    조혁문 2012.06.10 01:26

    이번에도 대작을 올려주셨네요.
    볼때마다 부러움을 금할수가 없습니다. 저는 언제쯤이나 이런 실력을 갖출지...
    궁금한게 있어서 질문 몇가지 드릴까 합니다.

    1. 저번에 제작하신 바이폴라 버전과 비교해서 소리성향이 어떻게 다른지요.
    모스펫은 진공관 비스무리한 소리가 난다고 하던데요...
    2. 회로도를 보면 N채널과 P채널 스타퍼저항의 값이 다른데요. 이 값은 어떻게 정하는 건가요?
    3. DC를 완벽하게 잡는다는 가정하에, C14를 아예 없애버리는건 어떨까요?
    4. 드라이버를 추가하면 아무래도 소리가 더 좋아지겠죠?
    기판에 자리는 마련해 놓으신거 같은데, 나중에라도 추가하시게 되면 결과 좀 부탁드려봅니다...^^

    5. 저번 작품에서도 그렇고, 출력단 보호회로를 사용하셨는데...

    실용상으로 이게 꼭 필요한지도 궁금합니다. 대부분의 자작파들은 생략하는 경우가 많아서요.

    6. R7 저항의 역할도 궁금하네요.


    질문이 너무 많아서 송구스럽습니다.ㅠ.ㅠ

    훌륭한 작품 구경할수 있게 해주셔서 감사드리구요.
    앞으로도 자주 뵐 수 있었으면 좋겠습니다...^^

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    김도익 2012.06.10 10:15

    ㅎㅎ 괜찮습니다..

    1. 소리성향은 BJT에 비해 부드러운 것 같기도 하고요.. 제 귀로는  많은 차이를 느낄 수 없는 것 같습니다. 

       출력단에서 피드백을 걸지 않고 드라이버단에서 피드백 걸면  MOSFET의 특성이 많이 나타나겠지요..이렇게 해서 성향을 들어보려고 합니다..

    2. N MOS와 P MOS의 게이트 용량이 다르기 때문이지요.. stopper 저항은 발진 방지용으로 넣습니다.  사용범위를 지키는 것이 좋습니다.  MOSFET 종류에 따라 다릅니다.

      National semiconductor사의 어플리케이션 노트  AN-1645 12페이지에 권장저항 범위가 있습니다(K1058/J162의 예)

    3. C14, C5를 없애면 DC 앰프가 됩니다. 입력 오프셋 전압이 최대 3mV 정도로  closed loop gain  30배를 여기에 곱해도  출력 DC전압은 100mV이내로 조금 높아지지만 실용상 문제는 없을 것 같네요..

    4. 드라이버 TR을 넣으면 출력단의 상승/하강 속도는 빨라지고  비선형적인 FET의 게이트 용량의 영향을 줄일 수 있어서 왜율 측면에서는 유리해집니다.

    다음에는 드라이브 TR을 넣어서 테스트하려 합니다.

    5. 보호회로는 생략해도 동작에는 영향을 주지 않습니다. 다만 출력이 쇼트되면 보호를 하지 못해 FET가 파괴 될 수 있지요.. MOSFET는 second breakdown 현상이 없어서 속단 퓨즈만으로도

    보호가 됩니다. 그러나 저주파에서 왜율이 늘어날 수 있지요..

    6. R7은 온도 보상시 온도 계수를 조정하기 위해 넣었는데 여기서는 온도보상회로를 방열판에 붙이지 않아 거의 정전압으로 사용하고 있어서 R7을 쇼트로 하였습니다.

      BJT나 양의 온도계수를 갖은 MOSFET(K1530/J201 나 IRFP240/IRFP9240 ) 는 온도보상을 하는데, 과한 보상이라면 R7에 저항을 조정하여 온도 계수를 맞춥니다..

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    조혁문 2012.06.10 13:34

    1. 아, 드라이버단에서 피드백을 거는 방법도 있군요. 헤드폰앰프에서는 심심치 않게 보이는데 파워앰프도 가능하다니...

    잘 쓰지는 않는 방식인거 같은데. 어떻게 보면 발상의 전환이네요.

    2. 안그래도 K1058/J162를 사용한 회로에서 스타퍼저항값이 2배가 차이나는 것을 본적이 있기에 질문 드렸습니다.

    근데 여기서는 1.3배 정도네요. 어플리케이션 노트를 보니 측정을 해서 얻어낸 거 같은데.

    소자나 회로마다 정하는 방법이 따로 있나 봅니다. 어렵네요.

    3. 입력커플링의 경우 있거나 없어도 음색(?)차이만 보일꺼라 생각하는데요. C14는 유무에 따라 시뮬레이션에서 변화가 확연하더라구요.

    저역쪽 주파수나 THD 특성등이 확연하게 차이가 나는지라... 근데 이걸 생략하고 만드는 회로는 거의 보질 못했고...

    498xx를 쓰면 DC잡기가 쉬우니 실험해볼만한 가치가 있을것 같습니다. 하지만 초단, 중단을 디스크리트로 꾸밀 경우에는 필수요소겠지요?

    5. 저주파에서 왜율이 늘어난다는게... 보호회로 사용시 말씀하시는거죠? 퓨즈 사용시가 아니라...

    외국쪽 diy 회로들은 보호회로는 생략하는 대신 라인퓨즈를 꼭 넣는 편이더군요.

    6. R7과 비슷한 저항을 어딘가에서 본적이 있어서 질문 드렸습니다. 대개는 안쓰더라구요.

    과한 온도보상이라... 그런것도 있군요. 사실 온도보상의 개념과 회로원리에 대해서 이해도 못하고 있으니...

    메인방열판에 부착하지 않는 온도보상회로도 처음 접해봅니다...^^;;;

    참 어렵습니다.ㅠ.ㅠ


    자세한 설명 감사드리구요.

    좋은 주말 되세요.~^^

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    하스팡 2012.06.10 13:34
    축하합니다. 조혁문님은 하스팡 20포인트에 당첨되셨습니다.^0^
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    박용민(ekdrms) 2012.06.10 15:25

    아마 전원단만 충분하다면 Class-AB 파워앰프 중에선 최강 스펙이 아닐까 생각해봅니다 ㅎㅎ 증폭 회로에 신경을 덜 써도 되니 보호회로 등에 좀 더 신경을 쓸 여유가 생기는 것 같아서 좋은 것 같더군요.

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    하스팡 2012.06.10 15:25
    축하합니다. 박용민님은 하스팡 15포인트에 당첨되셨습니다.^0^
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    강기현 2012.06.10 16:04

    어마어마한 실력이십니다.

    기판을 만들어서 쓰시면 비용도 꽤 들텐데요.

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    김도익 2012.06.10 18:28

    디스크리트로 DC 앰프를 만드시려면 초단의 차동 입력단 TR의 페어매칭은 필수로 해야 하고,

    차동증폭기의 2개 트랜지스터의 특성 편차가 입력 오프셋전압 발생의 주된 원인이 됩니다. 페어매칭이 정확하지 않으면  C14를 넣어야 합니다.

     

    출력단 보호용으로 퓨즈를 넣으면 저주파 왜율이 증가합니다. 이는 앰프회로 설계에 대한 문헌을 찾아보면 언급되어 있습니다.

    퓨즈는 온도에 따라서 저항 변화가 일어납니다. 저주파에서는 신호의  순시적인 전류 변화에 의해 퓨즈온도가 변화하고,  저항이 신호에 따라  변화하기 때문에 왜율을 증가시킵니다.  

    고주파에서는 퓨즈의 온도변화가 신호의 변화를 못 따라가기 때문에 왜율이 많이 증가하지 않는 것이지요. 

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    조혁문 2012.06.10 18:42

    제가 말씀드린건 전원라인에 직렬로 설치되는 퓨즈를 말씀드린겁니다. 위아래 한개씩...

    없어도 될것 같은데도 왠만하면 집어넣더라구요. 병렬 콘덴서와 결합해서 RC 필터 역할도 약간 한다고 하고.

    도익님은 스피커 출력단에 퓨즈사용을 말씀하시는거 같습니다.(제 잘못...ㅠ.ㅠ) 근데 이게 왜율에도 영향을 미치는군요.

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    이길범 2012.06.10 23:12

    Class A모드로 동작할 때는 전원쪽의 fuse의 영향은 별로 없을 수 있지만 이보다 레벨이 올라가면

    어차피 Class B로 동작되어 전원에 직렬로 걸리더라도 출력단 Fuse만큼은 아니겠지만(CAP의

    영향으로) 이 CAP의 용량에 따라서 영향을 받을 수밖에 없습니다.

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    이길범 2012.06.10 23:17

    근데, 보호회로라는 것을 언급하셨는데, 위의 회로에서 보호회로는 출력에 직결로 있는 LR이 아니라

    LM49830의 Output Sense핀에 의한 보호회로가 아닌가요?

     

    L-R 병렬회로는 스피커의 역기전력이 피드백에 영향을 주는 것을 최소화하기 위해 설치되는 걸로

    압니다. 이와 함께 유니트의 임피던스특성상 고역쪽 임피던스가 높아서 고역쪽을 억제하는 역할로

    조벨네트웍이 들어가는 것이구요.

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    김도익 2012.06.12 14:59

    여기서 보호회로는  Q5, Q6 이 출력단 보호회로입니다. 과전류가 흘러서  출력 FET의 소스저항 0.2 옴(R14,R22) 양단이 0.7V 정도 되면   Q5, Q6 이 출력 FET의 게이트-소스 전압을 감소시켜 전류 증가를 막습니다. FET 1개당 3.5A 정도가 최대 흐르는 전류가 되고 그 이상흐르려면  Q5, Q6 이 턴온되어 FET의 게이트-소스 전압 증가를 막아 보호하게 됩니다.

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    하스팡 2012.06.12 14:59
    축하합니다. 김도익님은 하스팡 5포인트에 당첨되셨습니다.^0^
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    김도익 2012.06.12 15:50

    하스팡이 뭐죠?  처음으로 받아 봅니다..

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    이길범 2012.06.12 15:57

    가끔 뜬금없이 터지는 보너스 포인트입니다...^^

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    이길범 2012.06.12 15:58

    말씀 듣고보니 Q5와 Q6가 그런 역할을 하고 있네요... 그렇다면 LME49830과 LME49810에 있는 OSENSE로는 보호가 잘 안되나요?

    데이터시트에도 LME49810은 별다른 설명이 없고 LME49830에도 간략하게만 언급되고 있네요.

  • ?

     

    LME49810 내부 블럭도를 보시면 MUTE 동작시  입력핀 IN+  IN- 이 연결된 Gm 앰프가 disable 되고  Osense입력이 연결된 Gm 앰프가 enable 됩니다.  이때, Osense의 Gm 앰프의 비반전입력은 GND 전압에 연결되어 있고, 반전입력은 파워앰프 출력에 연결되어 있으므로, 이것은 GND 전압을 게인1배의 Voltage follower 로 나가는 형태가 되네요.. 즉, MUTE 동작시  출력을 GND 전압으로 내보내기 위한 것으로 보입니다..

     

     

     

     

     

     

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    이길범 2012.06.12 16:36

    답변 감사합니다. 내부 회로를 함께 설명해 주시니 쉽게 이해가 되었습니다. 결국 OSENSE는 일반 동작중 보호나 그런것과는 상관없는 핀이네요...^^

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    김도익 2012.06.17 09:44

    자세히보니 Osense의 Gm 앰프의 반전입력에 50k와 12.5k 옴으로 분압되어 입력을 받네요. MUTE시 이 Gm 앰프는 게인 -5배의 증폭기로 동작하네요.  MUTE시   출력을 GND 레벨로 만드는 것은 그대로 입니다.

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    전일도 2012.06.11 08:54

    멋집니다. 캔티알의 위용도 한몫하는군요. ^^

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    정원경 2012.06.11 14:26

    캔TR 들어가면 이상하게 무섭습니다. 괴물같은 앰프 완성 축하드립니다.

     

    개인적으로 PCB 떠서 제작하는게 쉬운게 아닌데 부품이면 부품 완성도면 완성도 모두 훌륭해 보입니다.^^

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    나머지 한채널을 조립하고 이제 소리를 듣고 있습니다. 오늘 회사 땡땡이 치고 집에서 음악 감상 중입니다..  BJT 버전과 비교하면 묵직한 소리가 나는 것 같습니다.

     

    .

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    이길범 2012.06.13 12:35 Files첨부 (1)

    TO-3를 너무 높지 않고 모양이 좀 더 잘나올 만한 방향으로 고민을 좀 해봤습니다.

     

    몰딩타입에 사용하셨던 SU B73 높이 100mm를 그대로 쓰시구요. 소자 고정용 홀 6개 (아래 그림에서 AX6)에

    앵글을 좀 더 튼튼하게 붙일 탭구멍 3개 (BX3)을 더 내고, SU E161 (40x40x3mm 앵글)을 이용해서 그림처럼

    SU B73에 붙이고 TO-3를 앵글 위에서 아래쪽으로 핀이 나오도록 가공해서 붙이면 형상이 좀 더 낫지 않을까

    생각해 보았습니다. 여기서 쓴 앵글이 제가 파워앰프용 케이스에 썼던 것인데, TO-3 붙이기에는 괜찮은 편입니다.

     

    SU-B73_TO3.png

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    김도익 2012.06.13 21:28

    길범님께서  제안하신 방법도 좋을 것 같습니다. L자 앵글을 써서 TO-3 캔타입을 장착하면 3 패럴렐 구성이 가능할 것 같습니다..

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    이길범 2012.06.13 21:37

    현재 저 Size의 B73 방열판을 모델링해 놓은 것이 있으니 앵글판 모델링해서 조립 시뮬레이션을 한번 해보겠습니다...^^

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    하스팡 2012.06.13 21:37
    축하합니다. 이길범님은 하스팡 10포인트에 당첨되셨습니다.^0^
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    이길범 2012.06.13 21:37

    앗싸~ 가오리~~ 10포인트~~~ ㅎㄷㄷㄷ

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    하스팡 2012.06.13 21:37
    축하합니다. 이길범님은 하스팡 15포인트에 당첨되셨습니다.^0^
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    이길범 2012.06.13 21:37

    앗싸~ 가오리~~ 15포인트~~~ ㄷㄷㄷㄷ (연타로 터집니다...ㅋ)

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    이길범 2012.06.13 23:29 Files첨부 (1)

    6개의 TO-3를 배열하려면 이정도는 되어야 할 것 같습니다. SU B73 방열판보다 좌우로 10mm 벗어나도록 하면 들어갑니다.

    (방열량은 차후 따질 문제이고, 일단 장착이 가능한 수준으로 봤을 때입니다.)

     

    모양상으로도 TO-3는 4개까지 장착이 나을 것 같아 보입니다.

     

    SU-B73-TO3.PNG

  • ?
    김도익 2012.06.14 20:05

    3d  CAD 작업까지 하셨네요..3패럴렐은 어려울 수 있겠습니다..   아니면 2줄로 하는 방법도 있겠지만요.. 열정이 대단하십니다..


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