[제작법] 휴대겸용 Diamond Buffer 앰프

by 신정섭 posted Nov 24, 2002
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[제작법] 휴대겸용 Diamond Buffer 앰프 - 신정섭

오래간만에 앰프를 만들었습니다.
"하스만세 v2.x" 앰프부터 줄곧 메인으로 듣고 있는 Diamond 앰프를 버퍼부만 떼어서 휴대용으로 구상을 하고 있었습니다.
이 경우, 예상되는 특징이 다음과 같았기 때문에 며칠째 흥분속 궁리만 하다가, 오늘 결국 참지를 못하고 만들었습니다.

- 일단 아주 좋은 소리를 내준다. (최근 한달이 넘는 기간동안 Diamond 회로의 앰프로만 들었음)
- 증폭단 없이 Diamond Buffer(Jung의 버퍼를 흉내내어 수정한 것)만으로도 대부분의 150옴 이하의 헤드폰은 충분히 울릴 것이다. 음량으로 본다면 Szekeres 보다도 꽤 큰 것 같다.
- 매우 낮은 전압(+/-2.5V)에서도 전류만 충분히 공급되면 대단한 출력을 보였다.
- On/Off 시의 굉음이 없다. (TLE2426 사용시...)
- 저항값에 의해 Idle 전류량을 마음대로 조정가능 하므로, Class-A 동작으로 거치형 앰프화 하거나, 아니면 10mA 이하의 Idle Current가 흐르는 휴대용 앰프로 만들 수도 있다. (즉 배터리 2개와 땡칠이로 구성한 휴대용 마이어보다 배터리 사용시간이 더 길 것임.)
- 최대출력(물론 순간출력)이 수백 mA까지 가능하다.
- 비정전압 어댑터를 통한 전원공급에서도 일체의 험이나 음질열화를 느끼지 못했다.
- 일부러 고가 부품을 사용하려고 해도 그럴 만한 부품이 거의 없다. 아래 앰프의 총부품비(케이스, 배터리 포함)는 7500원내외입니다.


앰프부 회로도
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앰프부 실체배선도
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휴대용을 겨냥하여 상당히 Compact하게 배선을 어거지로 만들었습니다.
제 생각에 배선 모습이 그로테스크합니다. 퍽~
한편, 이 앰프는 ECB 배열 또는 EBC 배열의 TR 모두를 꽂을 수 있습니다.




휴대용 실체배선도
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기존의 휴대용 마이어 및 짜메42 앰프에서의 실비아 케이스 구멍과 호환되도록 구성했습니다.
전체적으로 배치상 별 불만은 없는데 단, TLE2426의 위치를 정말로 어거지로 넣었습니다.
달리 더 나은 위치를 찾기가 어렵네요.




앰프 모습
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위 실체배선도와 실제 만든 앰프와는 다른 부분이 한군데 있지만 거의 같다고 볼 수 있습니다.
땜작업은 생각보다 아주 많고 힘듭니다.
아마 제가 만든 앰프들 중 가장 까다로운 작업중의 하나가 아닐까 합니다.

한편, 아래는 EBC 배열의 TR Pair인 2N3904, 2N3906을 꽂았습니다.



케이스와 함께...
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이 앰프의 경우 9V 배터리 한알로도 만족스러운 출력과 지속시간을 나타내지만, 이번엔 더욱 욕심을 내어 AA 사이즈 1.5V * 4개의 직렬 전지로 사용가능하도록 해 보았습니다. 만약 알칼리 AA 배터리를 사용한다면 무려 200~300여시간의 작동이 예상됩니니다.
단, 실비아 케이스의 경우 AA 배터리 4개가 극적으로 들어가기는 하지만 여유공간이 거의 없다고 봐도 좋을 정도입니다. 그러므로 시중의 배터리 홀더등과 같이 사용하는 것은 불가능합니다. 그래서 배터리 홀더도 자작을 할 수 밖에 없었습니다.
사실 이 홀더를 만들면서 내가 제정신이 아니구나하고 회의도 들었습니다만 어쩌겠습니까? 팔자려니 합니다. ㅠ.ㅠ








위 앰프의 전신
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다음은 위 실체 배선도로 만들기전에 먼저 만들어 보았던 이 앰프의 전신입니다. (이 글이 임시글이었을 때 소개되었던 앰프사진이지요.)
배터리쪽 임피던스를 낮추고 사용시간도 늘리고자, 9V 배터리 2알로 병렬연결하고 전원이 투입되고 있는 모습니다. 또한 특별히 신경을 써서 아껴두었던 Unicon 470uF/10V 전해 콘덴서를 과감히 투입했지요. ㅎㅎㅎ





위 실체배선도를 PCB Etching한 모습
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이 앰프는 너무나 마음에 흡족하여,
연습도 할 겸, PCB Etching까지 하였습니다. (아직 부품까지 꽂아 완성하진 않았구요.)
게다가 이 앰프는 실제 납땜작업량과 난이도가 장난이 아니라서 이렇게 PCB로 만드는 편이 나름대로 충분한 장점이 있습니다. 특히 납땜에 자신 없으신 분들에게는 더욱더...



다음은 위 배선의 패턴도입니다. 파일크기는 별로 크지 않으나 화면크기가 커서 그냥 링크만 겁니다.
여시면 외곽 직사각형 테두리가 나오는데, 실비아 케이스에 넣기위해 기판 테두리를 자를때 좀 쉽게 작업하기 위한 안내선 정도라 보시면 됩니다.(실제로는 이 테두리 안쪽을 자르지요) 하여간 이 직사각형 테두리선의 세로길이가 54~55mm가 되도록 아래의 이미지를 Scale 하셔서 출력하시면 될 것입니다.
한편 만능기판에 비해 볼륨과 슬라이드 스위치 위치를 전방으로 반칸씩 이동시킨 상태입니다.


http://www.has.pe.kr/ftp/sijosae/PCB-PDiamond.gif

노파심에서 한마디 드리면 위 패턴도는 레이저 프린터 출력용입니다.
레이저 프린터로 출력하는 패턴도는 기판을 위에서 본 패턴도임을 명심하시기 바랍니다.
즉, 배때기에서 본 배선을 인쇄하시면 안됩니다.
반면, 마킹펜 등으로 동박에 직접 패턴을 그릴 경우는 좌우를 뒤집어서 그려야 합니다.


최종 완성된 앰프
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위의 엣칭 기판보다 조금 Upgrade하여 만든 기판으로 실제 만든 앰프의 사진입니다.


제작시의 Comment
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- TR은 일반적인 범용 트랜지스터면 다 사용가능합니다. 그러나 주로 사용하고 쉽게 구할 수 있는 것이 좋겠지요. 그런 TR 들중에 다음과 같은 것들을 추천합니다. TO-92형이며 인터넷 쇼핑몰에서 개당 50원 정도에 구할 수 있습니다. 물론 D669, B649 같은 TO-126형의 파워 TR도 적용가능합니다.

  NPN=2N3904, PNP=2N3906 (EBC배열)
  NPN=2SC1815, PNP=2SA1015  (ECB배열)
  NPN=2N2222, PNP=2N2907  (EBC배열)

- DC 출력: 출력단에 커플링 콘덴서를 달았으므로 DC 출력은 완전히 0 mV 입니다.
  한편 커플링 콘던서 전단에서의 DC 값은 10~15mV 정도로 측정되었습니다. 즉, 이 경우 커플링 콘덴서가 없어도 별 무리가 없는 정도라 생각되지만 그냥 달아두었습니다.

- 이 앰프는 저전압 공급에서는 B급 동작이지만 공급전압이 높아질 수록 A급 동작화합니다. 즉 +/-12V 정도로 공급을 하면 Idle Current가 채널당 20mA를 상회하며 대부분의 음량 영역에서 A급 동작을 할 것입니다.

- 마이어 앰프 출력단에 120옴 저항을 선택적으로 달아놓은 것처럼, 이 앰프에서도 혹시 필요할까 싶어서 0~120옴의 저항을 넣을 수 있게 하였습니다. 그러나 47옴 정도만 꽂아도 음량감소가 상당하기 때문에 차이를 크게 느끼지시 않는다면 그냥 Short(즉 0옴)시키는 것이 나을 것 같습니다. 저도 Short 시켜서 듣습니다.

- AA 사이즈 배터리 홀더는 제가 궁여지책으로 구현한 것입니다. 똑같이 따라 만드시는 것은 비추입니다.

- 아시다시피 TLE2426은 단전원을 공급할 경우를 위한 가상접지용 소자인데, 우려했던 것과는 달리 양전원을 공급시에 그냥 꽂아 두어도 별 무리가 없는 듯합니다. 즉 양전원 공급한다고 귀찮게 2426을 빼어놓을 필요가 없단 것이지요. 제가 지금까지 관찰한 결과이며 혹시 다른 경우에 문제될 수 있습니다.


감상
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뭐든지 이런 자작 과정은 항상 도전이고 흥미롭습니다.
게다가 결과물이 소모되는 것이 아니라 항상 같이 있으므로 더욱더...
이글 도입부에 만들기 전부터 예상했던 기대 이상으로 만족하고 있습니다.
소리에서부터 출력, 휴대성, 경제성 등등...
저는 간단하면서도 효용성이 높은 것, 재주 많은 것 등을 좋아하는데, 제 취향에 딱 맞는 물건이 아닌가 합니다.
하여간 여러가지면에서 즐거운 시도였고 성공하였으므로 대만족입니다.


그럼. 이상으로 줄입니다.

분위기 다운되면 다시 돌아온다. ㅋㅋㅋ
하스만세...



**** 글 추가 (2002.11.25) ********************************************

[홍보] 휴대용 앰프의 강자 탄생~~~ - 신정섭

제 자작방의 "휴대겸용 Diamond Buffer앰프"에도 추가하지만,
주의를 끌기(?) 위해 이곳 자유게시판에도 올립니다.
자화자찬 꼴이라서 이러한 글은 좀 거시기 하지만 너무나 마음에 드는 결과이고, 앰프라서 소개합니다.

저는 Diamond Buffer의 휴대용 가능성을 심각(?)하게 보고 결국 실비아 케이스에 까지 넣게 되었는데,
실제로 비교 테스트한 결과를 알려드립니다.
막귀이므로 음질상 비교는 하지 못하지만,
비슷한 음량에서 전원 부족으로 인한 소리(저음)의 찌그러짐은 누구나 판단할 수 있으므로,
아래의 결과가 어느정도 의미있는 자료가 될 수 있을 것입니다.

결론은 낮은 배터리용량에서도 충분히 구동가능하다고 하는 포타코다의 OP앰프인 LM6172를 간단히 제압했다는 점입니다.


비교앰프
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1. 휴대겸용 Diamond Buffer 앰프
2. 포터블 마이어(X-Feed Off, 출력 0옴 선택) - TL072, OPA2134, LM6172


테스트 음악
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Jennifer Warnes의 Way Down Deep
제가 경험한 음악중 이것처럼 극심한 저음이 반복적으로 나오는 음악은 없습니다.
곧 상당한 출력을 필요로 하는데, 이 음악에서 저음의 찌그러짐 없이 제대로 나오는가 정도를 판단의 기준으로 했습니다.


테스트 헤드폰
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HP-890
대출력에서 테스트하기 아주 적합한 저임피던스(32옴) 헤드폰이라 생각되어서 이놈으로 정했습니다.


테스트 - 1
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맛이 상당히 가서 실제로는 7.2V가 간신히 나오는 9V 배터리 한알로 구동하여 비교.

1. Diamond 앰프 = 2시정도 볼륨까지 찌그러짐 없이 만족
2. Meier with 땡칠이(072) = 거의 못들음. (땡칠이가 전류소모는 적으나 저전압 구동엔 쥐약임)
3. Meier with 2134 = Diamond 앰프의 절반 음량도 올리지 못함.
4. Meier with 6172 = OP 앰프들 중엔 가장 낫지만 Diamond 앰프의 2/3 음량정도 밖에 올리지 못함

결론 Diamond 앰프 승리
참고로, 위의 Diamond 앰프로 2시정도라는 것이 어느 크기의 음량이냐면 포타프로로 물리면 유닛이 들썩 거릴 정도의 음량입니다. (포타프로에선 끝까지 올려도 찌그러짐 없습니다.) 통상 12시 이상 올리지 못할 것입니다.


테스트 -2
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+/-2.5V 라는 엄청나게 낮은 전압을 별도의 양전원 공급장치로 공급

1. Diamond 앰프 = 2시정도 볼륨까지 찌그러짐 없이 만족
2. Meier with 땡칠이(072) = 전혀 못들음.
3. Meier with 2134 = OP 앰프들 중엔 가장 낫지만 Diamond 앰프의 2/3 음량정도 밖에 올리지 못함
4. Meier with 6172 = Diamond 앰프의 1/3 음량도 올리지 못함.

결론 Diamond 앰프 승리
한편, 이 Diamond 앰프에 +/-2.25V 까지 더욱 공급전압을 낮추었는데도 들을만 하였음. 단, 이 이하에선 못들음.


소비전류
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제 Diamond 앰프에서 2.2K 저항대신 2.7K 저항으로 꽂아서 소비전류를 측정시,
새 9V 배터리 한알에서 총 11mA의 Idle Current가 흐릅6니다. (망간전지 한알로 20시간내외 사용예상)
즉 OPA213x 시리즈 한알과 동등이하 수준의 전류량이므로 이렇게 배터리 소모속도 면에서도 거의 부족한 점이 없습니다.
이 2.2K 저항은 바이어싱량을 전체적으로 조절하는 역할을 하는 놈인데,
낮을수록 바이어스 전류가 비례적으로 증가합니다.
위의 전류값이 2.2K 저항에선 16mA 정도 측정되었지요.
그런데 이 저항값을 너무 높이면 음질에 지장이 있음을 확인했습니다.
그러므로 각자 소비전류량과 적당한 선에서 타협해야 합니다.

한편, 이 Idle Current는 공급전압이 높을수록 비례적으로 증가합니다. 그러므로 거치형으로 사용시 +/-12V 정도 공급하면 Class-A급으로 더욱 만족스러운 동작이 됩니다. 즉, 거치형이라고 따로 손볼 필요가 없다는 것이지요.


결론
=====
휴대용 앰프의 최강자중 하나인 META42와는 정말 귀찮아서 비교하진 않았지만,
위 결과로 미루어 볼때 이 Diamond 앰프가 더 못하진 않을 것이란 예상이 듭니다.
게다가 구하기 힘든 부품도 없고, 부품을 고급화할 여지도 없이 휴대용/거치형 전천후로 사용하시기 좋습니다.

아직은 완전한 형태의 휴대용 실체배선도를 올리지 않았지만,
향후 휴대용에 관심있으신 분들은 참고하시길 바랍니다.

그럼.
하스만세~


추가
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이 앰프의 치명적인 단점은 전압 증폭이 안되는 버퍼앰프라는 것입니다.
사실 대부분의 휴대용 헤드폰, 이어폰은 저임피던스이므로 헤드폰쪽에서 문제되는 경우는 적을 겁니다.
다만 진짜 심각한 문제는 그것보다는 다음의 이유입니다.

최근 많은 미니기기(특히 MDP)엔 헤드폰 아웃 단자만 있고 라인 아웃 단자가 없습니다.
이런 경우 전압 증폭단이 없는 Buffer Amp.(Diamond, Szekeres 등...)를 미니기기의 헤드폰 단자에 연결하시면 음량이 증가한다는 느낌을 받기가 힘듭니다.
그러므로 이런 미니기기에 쓰실 것이라면 본 앰프는 곤란합니다.