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[DIY] 74HCU04 Pocket Headphone Amp. - 신정섭

먼저 이 앰프의 기본 회로는 20여년 전부터 알려지고 많이 사용되던 것이라 합니다. (데이터 시트에도 유사하게 나와있고요.)
특히 일본쪽에선 이미 많이 알려진 것으로, 이 칩으로 탑쌓기를 하여 작은 스피커의 앰프로도 많이 만드는 것 같습니다.
저는 최근 Headwize에서 Tomo씨의 엄청난 펌프에 휘말려 만들게 되었구요. (거시기 뭐냐 그 싸고 간단하다는 참을수 없는 유혹에...)^^
예전에도 펌프를 한 적이 몇번 있는데, 최근엔 더욱 심하게 하더군요.ㅋㅋ
Tomo씨가 극찬을 하고 있는데, 당분간 이 앰프를 자신의 메인으로 쓰게 될것이라고 하더군요.

하여간 펌프 때문에, 그리고 무엇보다도 엄청 귀한 부품을 가까스로 구했다는 기쁜 마음에 만들게 되었습니다.
대신 작동 및 조정에 대한 불안감과 조급한 성질 때문에 정식으로 만들진 못하고 앰프부만 습작으로 만들었습니다.
그래서 볼륨도, 전원부도 없는데 이것은 사진과 같이 예전에 만들었던 볼륨 모듈과, 배터리 양전원으로 대치하였습니다.

한편, 74HCU04는 앰프보다는 디지털 로직 IC로 거의 사용되는 소위 Inverter라고 합니다. 더 이상은 묻지 마세요.ㅋㅋ
Datasheet엔 다음과 같이 써 있습니다.

The 74HCU04 is a high-speed Si-gate CMOS device and is pin compatible with low power Schottky TTL (LSTTL).
The 74HCU04 is a general purpose hex inverter. Each of the six inverters is a single stage

기타 필요한 정보, 즉 이 앰프의 원리 및 데이터시트 등 좀더 자세한 것은 아래의 링크나 또는일본 Google 쪽을 많이 보시기 바랍니다.

http://headwize.com/ubb/showpage.php?fnum=3&tid=5214

원래는 74HCU04에는 6개의 독립된 Inverter가 들어있어서,
그것들을 병렬연결 할수록 최대출력전류가 증가하는데 저는 그냥 채널당 3개씩 병렬연결하여 이 IC하나로 앰프가 완성되도록 하였습니다.

하여간 이것의 특징은 다음과 같습니다.
- 74HCU04의 독립된 6개의 Inverter가 들어 있음.
- 양전원을 필요로 함.
- 출력단이 MOSFET Pair로 되어 있음. (이 점때문에 특히 인기가 있는 것 같음)
- 거의 공급전압 정도까지 전압 출력이 가능함.
- 반전증폭임.
- 공급 전압은 +/-1.0~+/-3.5V 임.
- 엄청 싸다. (구입가 200원)


자작시 Comment:
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- 규정된 공급전압보다 높게(만약 +/-4.5V 이상) 공급하면 굉음이 발생하기 시작함.

- 74HC04라는 IC가 훨씬 더 일반적이지만 74HCU04 만 사용할 수 있다. 74HC04는 내부적으로 Inverter가 3개 직렬로 연결되어 게인이 훨씬 높은데, 74HC04 처럼 앰프로 사용하기엔 부적당함.
말하자면 74HC04를 쓰면 쉽게 "바닥을 친다"고 할까...
즉, 조금만 볼륨을 높여도 소리가 왜곡됩니다. (실제로 테스트 해 보았습니다.)

- 위 앰프의 게인은 반전 OP앰프 계산법과 비슷한데 그 값보다 조금 작게 나옵니다. 즉, 100K/33K와 비슷한 값으로 계산상 2.5~3.0 정도됩니다. 그런데 실제 부하상태에서 그런 증폭률이 나오는지 잘 모르겠습니다. 실측해보니 아닌 것도 같고...

- 원래 74HCU04는 최대 Drain 전류가 각 Inverter당 25mA (물론 특정 측정기준에서의 값이겠지만...)이므로 휴대용으로는 3개만 이용해도 충분하겠다 싶어서 3개를 병렬연결하였음.

- 휴대용이 아니라면 가급적 +/-2.5~+/-3V 정도로 공급전압을 사용하시길 권장함.

- 위 회로와 같이 만들때 Idle Current가 무려 2채널 합쳐서 6~7mA 밖에 되지 않았음. 그러므로 위 2100mAh 충전지로 200여시간 넘게 사용한다는 기절할만한 결과가 나옴.

- 정말 놀라운 것은 위와 같이 +/-1.25V의 충전지 양전원으로도 충분한 음량이 나온다는 것임. 제 환경과 DT231 정도에 헤드폰에선 볼륨을 12시 넘게 올릴 이유가 없겠음.
물론 볼륨감이야 게인 크게하면 차이가 나는 것이지만, 놀라운 점은 꽤 높은 볼륨에서도 찌그러짐을 느끼지 못하겠다는 것입니다.
제가 만들거나 경험한 앰프중 이렇게 낮은 전압에서 안정적으로 나오는 것은 이 녀석이 처음입니다.
지금까지는 이것과 비슷한 놈도 없었던 것 같군요. 하여간 놀라고 있습니다.

- 이 앰프 역시 자체적인 잡음은 거의 없음. 그런데 방바닥 잡음 등과 같이 외부 환경에는 좀 취약한 것 같습니다.

- 채널당 IC 하나씩을 써서 만들면 훨씬 강력하겠으나 그렇다면 기판 크기가 거의 2배가 되기때문에 여기서는 한알로 때웠는데, 혹시 거치형으로 생각하신다면 IC를 1알 이상 쓰시길 권합니다.
한편, 이 IC는 탑쌓기가 가능하므로 배선도를 수정하지 않고도 병렬로 계속 연결하여 출력을 증가시킬 수 있습니다.

- 출력에서 적지 않은 Offset(DC 전압출력)이 있다고 해서 470uF 전해를 커플링 콘덴서로 사용했고, 입력측에도 1.0uF 커플링 콘덴서를 사용했습니다. 이 콘덴서들의 착탈에 따른 회로 관찰은 귀차니즘 때문에 해보지 못했습니다.

- IC에서 열이 난다는 이야기도 있어서, 혹시나 하여 저는 각 Inverter 출력마다 10옴의 저항을 달았습니다.
이것 때문이라고 특별히 생각하진 않지만, 제가 만든 앰프에서 열은 거의 나지 않고 있습니다. 그러니까 소비전류가 10mA도 되지 않겠지만요.

- 아, 아시겠지만,
위 회로도에선 GND가 없는데, In에서의 GND와 Out에서의 GND, 그리고 양전원에서의 GND끼리 반드시 연결하셔야 합니다.

- 사실 이런 앰프를 하나 만들면서 제대로 볼려면 오실로스코프 같은 것이 반드시 필요함을 느낍니다. 아무런 계측결과 없이 제가 소리가 어떻다고 평가는 못하겠고, 하여간 상당한 가능성을 보았습니다. 물론 잘 모르겠는 부분도 있고...
물론 왜율 등 실제 특성이 다른 소개된 헤드폰 앰프보다 좋거나 비슷할 것 같지는 전혀 않습니다만,
앰프 만든 사람에게 소리야 무슨 앰프든 다 좋게 들리는 것이고,
이 앰프는 저전압 구동이라는 엄청난 장점을 잘 활용하면 여러 사람에게 사랑받을 앰프 중 하나가 될 수 있지 않을까 생각해 봅니다.


!!!!!!!!!!!!! 아참. 가장 중요한 것 !!!!!!!!!!!!!

이 칩은 구하기 정말 어렵더군요.
반면 74HC04는 너무너무 흔하고 알려진 부품이더군요.

일단 온라인으로 구할 수는 없었고,
제가 아세아상가 근처에서 15~20여 군데를 뒤져 보았으나 모두들 품명을 보자마자 고개를 설레설레....
장사하시면서 "U"가 붙어있는 것은 한번도 직접 본적이 없다는 분도 계셨고...
대부분의 가게에서 찾기 힘들거나 없을 것이라는 회의적인 말씀뿐이었습니다. ㅠ.ㅠ

하여간 거의 포기상태에서 집에 돌아가는 김에, 광도상가 뒤에 그냥 아무가게나 들러서 물어보니 그중 한 가게에서 있다고 하시더군요.
정말 있냐는 말을 수차례 반복하고 나서야 샀습니다. (필립스것)
뛸뜻이 기쁘더군요. 아시는 분은 이 기분 아실 것입니다.
너무나 기뻐서 귀가하는 몇시간 동안 계속 만지작 거렸답니다. ㅋㅋ

아. 그럼. 알려드립니다.~

광도상가를 원자무선 맞은편 쪽의 영락소리사 옆골목쪽에서 진입하시면 바로 정면으로 정호무역(02-2268-5489, 2277-2973, 2274-6085, 광도백화점 158호)이 있습니다.
다음 보물지도의 U17 정도 위치에 있습니다.
http://www.has.pe.kr/bbs/data/diy_part/1093921170/Map_Sewoon.gif

가격은 개당 200원씩 샀습니다.
재고가 얼마나 있냐고 여쭤보니 알려주시지는 않고, 그냥 쓸만큼 있다고 하시더군요.

그럼.

하스 만세~
청계천 만세~
추석 만세~


*** 추가 (2004.9.25) ***************

테스트를 해 보니까 부하저항으로 10옴을 넣은 것이 거의 역할을 하는 것 같지 않습니다. 그래서 아래와 같이 10옴이 없는 실체배선도를 새로 그려서 추가합니다.
또한 채널당 74HCU04를 한알씩 쓰는 버젼도 같이 포함시켰습니다. 하지만 이 IC는 탑쌓기가 가능하므로 채널마다 별도로 IC를 쓰지 않아도 됩니다.
그런데 열 난다고 방열판 달고하는 것(탑쌓기 안 할때도)은 왜 그런지 모르겠습니다. 제껀 열이 거의 없으니...




*** 추가 (2004.9.30) ***************

10옴 부하저항을 생략하고, 74HCU04 2개를 탑쌓기하여 출력을 2배로 키운 사진입니다. 느낌상 훨씬 좋아진 듯합니다.^^
이 경우 무음시 전류량은 13-14mA 정도 먹는군요.