파원 앰프 - 파워앰프와 프리앰프 포함 자작 게시판 입니다.
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RCA 120W 파워앰프 CAN TR 조립 및 측정 입니다.

드라이버 TR을 제외하고 모든 TR을 CAN 로 변경하여 테스트 해보았습니다.

초단 차동증폭단에서 VAS단 까지 TR은  TO-5 타입의 CAN로 사용했으며   NPN은  2N3440을, PNP는 2N5416을 사용했습니다..

초단 차동증폭단은 Q1, Q2는 2N3440을 hfe 페어매칭해서 사용했습니다.  TR의 페어매칭이 가장 중요한 곳이 초단 차동 증폭단으로 되도록이면 2% 편차이내애서 페어매칭하시기 바랍니다.   TR의  Vbe이나 hfe는 온도에 따라 달라지므로  이 두 TR은 서로 열결합하는 것이 이상적이나  TO-5 타입의 패키지는 케이스가 콜렉터와 접속되어 있고 절연하기가 쉽지 않아 열결합은 생략했습니다. 초단 차동증폭기의 에미터 바이어스 전류는 2.4mA 정도로 발열은 작으므로 Q1, Q2, Q3   방열판은 달지 않아도 됩니다.

 

 

 

Q4, Q5로 구성된 2번째 차동증폭기로 구성된 전압증폭단은(VAS)은 2N5416을 사용하였고 이것도 Q4와 Q5를 페어매칭하는 것이 좋습니다.  Q7은 이 두TR의 바이어스 전류  24mA의 정전류를 공급하며,  Q7  발열은  대략 24mA * 60V = 1.44W로 발열하고 Q4와 Q5도 대략 1.4W로 발열하여 방열판은 필수 입니다.  

 Q4, Q5, Q7은  아래사진과 같이 TO-5 타입용 방열판을 달아 줍니다.  PCB 아트웍상에서 실수가 있어서 Q4, Q5, Q7의 위치가  방열판을 달면 다른 부품과 닿게 되어  부적절하게 되어있습니다. 사진과 같이 TO-5 자리에는 콜렉터만 다리를 넣고 TO-220 자리에 에미터와 베이스 리드를 넣어서 조립하면 닿지 않게 할 수 있습니다.

방열판의 온도는 상당히 많이 올라갑니다.  사진의 방열판의 경우 Q7은 거의 82도 정도로 올라갑니다. derating을 고려하면, 케이스 온도 25도에서 5W가 정격이고, 이 정도 온도면 거의 절반인 2.5W 정도가 정격이 됩니다.  Q4, Q5의 경우도 80도 정도 올라갑니다. 케이스 온도가 25도일 때 10W가 정격이고, 이 정도 온도면 거의 5W가 정격이 됩니다. 약간 여유는 있지만  되도록이면 큰 방열판을 사용하여 온도를 낮는 것이 좋습니다.

 

TO-5 방열판 조립은 열에  강한  에폭시접착체로 붙여서 결합했습니다.  사진과 같이 TR의 옆면에 접착체를 바르고 결합합니다.

 

출력석은 구하기 쉬운  MJ15024를 사용했습니다. 개당 2700원 정도로 저렴하지만 250W 250V 16A의 최강의 성능을 가지고 있으며 secondary break down에 비교적 강건하고, 유명파워앰프에 널리 사용되는 소자입니다. 원래는 2N6262를 사용하려고 했으나 아직 입수가 안되어 일단 이걸로 갑니다. 방열판은 서울금속의 SU A1 사용했으며 가공도면을 첨부합니다. 출력석도 페어 매칭했습니다.

TO-3 타입의 출력석은 케이스가 콜렉터이므로 반드시 절연해야 합니다. 조립을 위해  절연지와 절연부싱, 러그판이 필요합니다. 운모(mica)  절연지에 실리콘 그리스를 발라서 절연하는 것이 열저항이 가장 적지만  묻는 등  번거로운 점 때문에 실리콘 고무 절연지를 사용했습니다.

 

3 * 12mm  볼트와 3mm  너트를 사용해서 고정합니다. 위 사진과 같이  2개 볼트 중 1개는 러그판을 사용해서 콜렉터 단자로서 납땜할 수 있게 합니다.  에미터와 베이스 핀은 엠파이어 튜브를 잘라서 끼워 주고 핀의 끝에 납땜할 수 있게 합니다.

RCA 120W의 출력석은 2개 병렬접속이며 콜렉터와 베이스는 서로 같이 접속하므로 아래  사진과 같이 콜렉터와 베이스는 같이 묶어서 배선하면 간단해집니다. 에미터는 각각  배선합니다.

 

온도 보상 TR Q6은 수축튜브를 사용하여 쇼트방지하고  방열판 뒤쪽에 장착합니다. 위 사진처럼 출력석의 나사 한쪽에 절연부싱 대신 온도보상 TR을 끼워서 조립했습니다. 3mm * 20mm 볼트를 사용합니다. 

방열판 조립 후 반드시 TR의 케이스(콜렉터)가 방열판과 절연되었는지 테스터기로 확인합니다. 방열판은 기판과 4mm 볼트를 이용해서 고정하며 방열판 밑면의 고정구멍은 4mm 탭을 내고 고정합니다.

출력석의 배선은 아래 사진 참조 바랍니다.

드라이버 TR Q10, Q12는 TO-220 타입은 C5171/A1930 을 사용했습니다.  소형 방열판을 장착하여 사용합니다.

아이들링 전류는 R13을 돌려서 조정합니다. 초기에는 반시계 방향으로 끝까지 돌려놓고 시작합니다. 출력석 바이어스 전류(아이들링 전류)는 위 사진과 같이 R24의 양단전압을  테스터기로 측정해서 전류를 잽니다.  0.5옴 저항이므로  전압값에 2를 곱하면 전류 값이 됩니다. 바이어스 전류는 40mA로 했습니다. 왜율계로 측정결과 40mA가 가장 적게 측정되었습니다. 바이어스 전류 조정은 무신호 상태에서 조정하고,  방열판 온도가 가열되면서 변화하므로 1시간 동안  중간마다 조정하여  최종적으로 목표로 하는 전류로 맞춥니다.

 

왜율을 측정해보았습니다. 20kHz 120W 출력에서 0.02% 정도로 괜찮게 측정됩니다. 몰드 타입을 사용했을 때보다 약간 좋게 측정되네요.

 

구형파 특성을 보면 약간의 over shoot가 있지만  안정적으로 잘 동작합니다..

slew rate는 15V/us 로 측정됩니다.

 

 

 요즘 생업에 정신없다 보니 측정과 조립이 늦었습니다. .. 혹시 조립시 궁금한 점이 있으면 댓글로 남겨주세요..  

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    임석현 2012.11.04 21:24

    스피커프로텍터에서요, DC입력이 0.5V 정도에서부터 작동하게 하려면,

    어느 수치를 바꾸어 주어야 할까요?

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    스피커 프로텍터는 Si TR의 Vbe 전압 0.6V를 이용하는 것으로 더 낮은 threshold 전압으로 하려면 Vbe가  0.3V로 낮은 게르마늄 TR로 사용해야 할 것 같습니다. 모두 변경할 필요는 없고 Q3과 Q6을 Ge TR로 변경하면 될 것 같다는 생각은 듭니다만 동작에 대한 실험은 필요할 것 같습니다. 아래 사진은 제가 가지고 있는 Ge TR인데 지금도 있을 지 모르겠네요

    2SD187이나 NPN 타입의 Ge TR로 실험해보고 말씀드리지요..

    아니면 회로를 전면적으로 수정해서 LM393과 같은 콤파레이터나 OPAMP를 사용해서 Window compartor 회로를 재설계 해야 합니다. 

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    김도익 2012.11.07 20:28

    제가 가진 NPN Ge TR 내압이 너무 낮아서 사용이 어렵네요..

    아무튼  회로를 다시 설계하지 않고서는 스레쉬홀드 전압을  낮추기는 어렵습니다

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    김도익 2012.11.05 08:32

    TO-5의 방열판 위에서 사용한 것 보다 더 크고 좋은 것 알고 계시면  추천바랍니다.. 하루 종일 최대 출력으로 구동해도 잘 동작했지만,  열이 80도 정도로 많이 올라가서 더 큰것을 사용해서 온도를 낮추는 것이 좋을 것 같네요.

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    서울 금속 에 SU C122 가 있습니다.

    길이를 30M/M 나 40M/M 로 주문 가능하나 30M/M 주문시 개당 가격이 1500원 이나 합니다.

    저번주에 20개 주문 했습니다. 오늘 도착 예정 이구요!!!

    좋은 앰프 들 공제 해 주셔서 감사하고 LME 49810 제작 테스트 했습니다.

    음질 이 상당히 마음에 듭니다 만  골드 문트 와 RCA 완성 되면 비교 해 봐야 겠습니다.

    지금 방열판 도착해서 사진 첨부 합니다.

     

     

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    조혁문 2012.11.05 10:36

    소자구하기가 쉽지 않을거 같아서 포기했었는데...
    대체소자 사용하고, 보호회로 걷어내고 하면 만능기판으로도 도전해볼만한거 같아서 질문 드립니다.

    1. Q1,2는 2n5551. Q4,5는 bd140. Q7은 bd139... 이렇게 가능할까요.
    또, Q3는 뭘로 해야할지... 위의 것들외에 갖고 있는것들이 mpsa18, bc546, bc550, 2sc2240 이정도네요.
    2. 1n5391,5394 대신 1n4148, 1n4004도 될까요?
    3. 에미터저항 1옴 대신 0.22옴/5와트 저항 상관없겠죠?
    4. 드라이버 전에 스탑퍼 저항이 없는데, 추가해줘도 상관없겠죠?
    5. 인터넷에서 본 rca 회로는 R4, R6가 820옴이던데요.
    김도익님께서 개인적으로 수정하신건지. 아니면 다른 버전이 있는건지 궁금하네요.
    6. 출력단을 아예 상하대칭으로 바꿔버리는 것. 시도해볼만할까요?
    그림상으로는 간단해보이는데 c11과 r22, r24는 위쪽과 대칭이 아니네요.

    갖고 있는 부품들로 어찌 안될까 생각하다보니 엉망으로 만들어버린 기분이네요...ㅠ.ㅠ
    항상 감사드립니다.

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    김도익 2012.11.05 14:01

    혁문님.. 답변입니다.

    1. Q1,2는 2n5551. Q4,5는 bd140. Q7은 bd139... 이렇게 가능할까요.

    -> 가능할 것 같습니다. Q4,Q5 Q7은 TO-126 타입으로 하여 방열판을 붙이시기 바랍니다.

    또, Q3는 뭘로 해야할지... 위의 것들외에 갖고 있는것들이 mpsa18, bc546, bc550, 2sc2240 이정도네요.
    -> Q3는 내압이 -VEE 이상은 되어야 합니다. MPSA12와 BC550은 곤란하고,  BC546은 65V로 간신히 사용은 되겠고요,, 2SC2240은 괜찮습니다

    2. 1n5391,5394 대신 1n4148, 1n4004도 될까요?

    -> D11과 D12는 1N4004로 대치 가능하고요, 나머지는 1N4148로 사용 가능합니다


    3. 에미터저항 1옴 대신 0.22옴/5와트 저항 상관없겠죠?

    ->  0.22옴으로 사용하시면 바이어스전류의 온도 안정성이 떨어집니다. 아이들링전류가 안정되는지 실험이 필요합니다. 그리고, 발진하는지 확인 필요합니다.


    4. 드라이버 전에 스탑퍼 저항이 없는데, 추가해줘도 상관없겠죠?
    ->  stop 저항을 넣으면  발진에 대한 안정성은 좋아지나 너무 큰 값은 에미터 팔로워의 게인을 감소시킵니다. 2옴이하로 사용바랍니다

    5. 인터넷에서 본 rca 회로는 R4, R6가 820옴이던데요.  김도익님께서 개인적으로 수정하신건지. 아니면 다른 버전이 있는건지 궁금하네요.

    -> 개인적으로 수정한 건 아닙니다. 제가 가진 자료에는 560옴으로 나와 있습니다. 820옴으로 하시려면    R7의 저항 값을 올려야 합니다.  약 27옴 정도로 올려야 Q4, Q5의 바이어스 전류를 그대로 유지할 수 있습니다. 아니면 R5의 저항을 200옴으로 올려서 초단 tail 커런트를 줄여야 합니다.


    6. 출력단을 아예 상하대칭으로 바꿔버리는 것. 시도해볼만할까요?
    그림상으로는 간단해보이는데 c11과 r22, r24는 위쪽과 대칭이 아니네요.

    -> 상하 대칭으로 바꾸려면 PCB를 많이 수정해야합니다.  하단의 출력단 구성을 Q10, Q11, Q12와 반대로 하여 순콤플리먼터리로 하면 됩니다.

    원래의 회로대로 준 콤플리먼터리로 했습니다.

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    조혁문 2012.11.05 14:15

    1. Q3에 2n5551은 어떨까요? 2240과 비교해서요.
    5. 아, 맞네요. 지금 확인해보니 R5저항이 200옴으로 되어 있군요.^^;;;
    70와트, 120와트 두가지의 회로도가 있는데, 둘다 820옴, 200옴으로 되어 있습니다.
    r10은 39옴으로 되어 있구요.
    6. r19와 r20만 남기고, c11과 r22, r24은 전부 없애버리면 되겠지요?

    추가로...
    7. r10의 값이 critical한 것인지도 궁금하네요.
    제가 가진 자료대로 만들어볼까도 생각중인데
    39옴을 가진게 없어서... 조합해서 37~41옴 괜찮을까요?
    8. c15 c3 c5 의 값들은 비슷하게만 맞춰주면 되겠죠?
    9. 출력석 1페어로만 하고 전압을 dc45볼트 정도로... 괜찮겠죠?

    항상 "이런거 물어봐도 되나?" 하는 기분으로 질문드리는데...
    친절하게 답해주셔서 감사드립니다.
    풍부한 지식은 언제나 감탄스럽구요...

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    김도익 2012.11.07 06:08


    6. r19와 r20만 남기고, c11과 r22, r24은 전부 없애버리면 되겠지요?

    -> 완전 상하 대칭으로 하려면 Q13, Q15가 PNP 로 바뀌고 에미터는 저항 R25, R27은 -VEE가 아닌 R23, R25와 만나야 합니다, 콜렉터는 -VEE로 가고요

    Q12의 에미터는 Q13, Q15의 베이스로 연결, 그리고 R20도 Q12의 에미터에 연결되어 R19와 만나고, 콜렉터는 -VEE에 연결하고 수정이 많아 집니다

    추가로...
    7. r10의 값이 critical한 것인지도 궁금하네요.
    제가 가진 자료대로 만들어볼까도 생각중인데
    39옴을 가진게 없어서... 조합해서 37~41옴 괜찮을까요

    ->  그정도는 동작은 할 것 같습니다


    8. c15 c3 c5 의 값들은 비슷하게만 맞춰주면 되겠죠?

    ->  20% 이내로   비슷한 값을 써도 동작은 문제 없을 것 같습니다.

    9. 출력석 1페어로만 하고 전압을 dc45볼트 정도로... 괜찮겠죠?

    -> 동작은 합니다. 최초 test 할 때 +40V, -40V 하여 실험한 결과 글을 올렸습니다

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    조혁문 2012.11.07 08:55

    다행히 제가 생각했던것과 별로 다른게 없네요.
    지금 당장이라도 만들어볼 수 있을것 같습니다.^^
    다시 한번 감사드리구요. 다음 작품 또 기다리고 있겠습니다.

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    황인창(ichwang) 2012.11.07 09:53

    ^^ 서울금속에 SU C122 외에도 캔 타입 2N 3055 라는 것도 있네요...

    이게 맞는 것인지는 확인해보지 않았지만 캔타입에 맞도록 만든게 아닐까 생각됩니다.

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    김도익 2012.11.07 20:25

    2N3055 트랜지스터면 TO-3 캔타입입니다.  가장 흔한 TO-3 타입 트랜지스터 입니다..

    대략 보면 TO-5 타입은 아닌것 같습니다


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