1.
PIMETA v2 원 회로의 수정 없이는 '어떤' Bipolar Input OPAMP도 사용하시면 안 됩니다. (PCB에 AD8610／AD8620으로 인쇄된 자리)
가령 LME49710／LME49720, LM6171／LM6172, NE5534／NE5532 등의 OPAMP들은 PIMETA v2에 사용할 경우 상당한 출력 DC offset이 예상됩니다.
또한 NE5534와 LM6171 같은 경우 출력 DC offset 뿐 아니라 회로 안정도 문제가 되기 때문에, 어떻게 DC offset을 해결했다 하더라도 사용하실 수 없습니다.
OPA132／OPA2132, OPA604／OPA2604 등이나 아니면 PIMETA v2의 원 제안대로 AD8610/AD8620 등의 FET Input OPAMP를 사용하셔야 됩니다.
좀 저렴한 걸 찾으신다면 TL071／TL072 혹은 LF351／LF353 등의 OPAMP를 사용하시는 것도 가능합니다.
물론 그렇다고 아예 Bipolar Type을 사용하지 못하는 건 아닌데, 사용하시겠다면 아래에 적힌 '기술적인 사항'을 반드시 이해하셔야 합니다.
그렇지 않다면 그저 위에 설명한 FET Type을 사용하시는 게 나을 겁니다.
[약간 기술적인 사항]
Bipolar Input OPAMP와 FET Input OPAMP 간의 출력 DC offset 차이는 OPAMP의 "Input Bias Current(Ib)" 차이에서 기인합니다.
Bipolar 타입은 대개 nA~uA 대 Ib를 가지고 있고, FET input OPAMP는 대개 pa Ib대로 거의 0에 가깝습니다.
Ib는 OPAMP의 입력단자로 흘러가는 전류를 의미하는데 원래 이상적인 OPAMP의 경우, 완전히 0이어야 합니다.
그러나 실제로는 그렇지 않고, 이렇게 전류가 경로상의 '저항'을 지나가게 되면서 전압을 만들게 되죠. 이는 온전히 직류 전류이기 때문에, 이렇게 형성된 전압은 OPAMP로 입력이 되어 출력 DC offset을 유발합니다.
이를 해결하는 방법은 몇가지 있습니다만 가장 좋은 건 전류가 흐르는 경로상의 저항값을 '작게' 해줌으로써, 바이어스 전류로 생기는 전압을 작게하는 겁니다.
PIMETA v2 회로에서는 0.1uF짜리 입력 커플링 콘덴서(이 부분을 읽으시는 분께선 이게 무엇인지 아실 겁니다.) 를 제거하고 그 자리를 점퍼로 쇼트해버리는 겁니다.
따라서 이제 OPAMP는 볼륨과 직류적으로도 연결이 되므로, 볼륨으로도 Ib가 흐르게 됩니다. 따라서 경로상의 저항값이 '작아'지는 효과를 가져오죠. (저항의 병렬연결을 생각해보세요.)
물론 볼륨의 저항값이 지나치게 크다면 여전히 걱정될 수준의 DC가 출력될 수 있지만 이번 공제에서는 10K의 볼륨을 사용하는 걸로 알고 있으므로 큰 문제는 없을 겁니다.
하지만 그럴지라도 지나치게 Ib가 높다면 걱정될 수준으로 출력 DC offset이 치솟을 수 있습니다만, LME49710／LME49720 수준에서는 괜찮습니다.
그리고 NE5534／NE5532의 회로 불안정은 NE5534를 그라운드 채널에서 voltage follower로 사용할 때 불안정해지기 때문인데 compensation 콘덴서를 달아주면 사용가능합니다. 하지만 PCB에 여유 공간이 없어서 아마 달아주시기 힘들 겁니다.
그래도 정 달아보시겠다는 분들은 NE5534의 datasheet를 참고하셔서 작업하시면 됩니다. 콘덴서 용량은 한 22pF 정도면 됩니다.
LM6171／LM6172의 회로 불안정은 LM6171과 LMH6321 사이의 Slew Rate 차이에서 기인합니다. 보통 Feedback Loop 안의 버퍼는 OPAMP보다 매우 빨라야 하는데, LM6171의 경우 그 반대거든요. Jan Meier 씨는 최근 Corda 앰프 회로에서 어떻게 쓰고 계시는 걸로 압니다만 웬만해서는 사용하지 않으시는 걸 권장합니다.
특히 LM6171의 경우 '굉장히' 대역폭이 넓은 OPAMP이기 때문에 회로에 손댈 부분도 많구요. "사용 자체를 권해드리지 않습니다."
2.
앞의 '약간 기술적인 사항'에서 설명한 이유로 버퍼 IC를 OPAMP로 대신하셔서는 안 됩니다. 대개의 OPAMP는 매우 Slew Rate가 작은 편이라서요.
설령 Slew Rate가 높은 OPAMP 일지라도 일단 변환기판을 만드셔야 하고, 잘 작동할는지도 모릅니다.
3.
이건 주의사항은 아니고 참고사항입니다. CRD는 그저 저항으로 대신하셔도 됩니다. 공급하는 전압 상황에 따라 다른데, 양전원 기준 ±4V ~ ±18V인 상황에서 2.2K ~ 4K 정도면 대개 괜찮을듯 합니다.
4.
4.7pF 콘덴서는 세라믹을 사용하되 반드시 NP0 혹은 C0G 세라믹 콘덴서를 사용하셔야 합니다. 그리고 4.7pF가 아니라 4pF 혹은 5pF로 사용하셔도 되고, 실버마이카나 스치롤 콘덴서를 쓰셔도 됩니다만 그 정도의 소용량은 구하기 힘드실 겁니다.
5.
PCB에 LME49720으로 인쇄된 부분은 Bipolar Input OPAMP도 사용가능합니다.
PCB에 제시된 LME49720도 괜찮고, NE5532 같은 것도 괜찮습니다.
6. 공급 전압을 좀 높게 하는 편이 좋습니다. 물론 9V 건전지 하나로도 32~100옴 정도의 헤드폰은 충분히 만족스러운 음량으로 들으실 수 있겠지만, 300옴 이상의 고 임피던스 헤드폰은 좀 불안합니다.
9V 건전지를 직렬로 연결하여 18V 전원을 만드시거나, 12~15V 가량의 정전압 어댑터를 쓰시면 됩니다. (리니어 뿐 아니라 SMPS도 뭐 큰 문제는 없을듯 합니다.)
다만 '반드시' 어댑터는 접지핀이 없는 걸로 구매하셔야 하고, 정격전류는 한 500mA~1A 정도면 됩니다.
9V 건전지는 일반 알카라인 전지말고 충전지를 사용하시는 게 더 전원 품질은 좋습니다. (망간 건전지는 웬만하면 비추천.)
7-1.
커플링 콘덴서를 사용하면서 LME49720도 사용할 수 있는 방법이 있긴 합니다. (일단은 LME49720에만 해당합니다. 다른 Bipolar Input OPAMP에 대해서는 장담하지 못합니다.)
이전 글에는 LME49720을 사용하시려면 커플링 콘덴서를 떼어야 된다, 라고 설명드렸는데 사실 사용하는 방법이 없는 건 아닙니다.
PCB 상에서 4.32K랑 바로 위에 붙어 있는 499K를 100K~200K 가량의 저항으로 해주면 되는데, 이러면 10mV 이내로 출력 DC가 안정될 걸로 예상됩니다.
다만 이렇게 하면 커플링 콘덴서와 저항으로 인한 저역감쇠 필터가 저역을 좀 더 깎아 먹습니다. 차단 주파수가 좀 올라가서 8~16Hz 정도로 형성되거든요. 그러면 20Hz에서 0.5dB~ 2dB 정도 감쇠가 생깁니다. 50Hz에서는 0.1dB ~ 0.4 dB 정도의 감쇠고요.
원 PIMETA 회로에서는 약 3hz 정도로 20Hz에서 거의 감쇠가 없습니다. 그런 점 때문에 아예 떼어버리는 걸 추천드린 거죠.
물론 저 정도 감쇠는 청감삼 굉장히 잘 인지되지 않고 또한 차단 주파수를 낮추고 싶으시다면 커패시터 용량을 늘리는 방법 역시 있습니다.
0.47uF, 100K 혹은 0.22uF, 200K로 세팅해주면 원래 PIMETA의 차단주파수 설정인 3Hz와 같아집니다. 다만 문제는 PCB에 공간이 있을지 모른다는 거고, 더불어 커패시터의 가격도 올라갑니다.
그리고 어차피 최근 사용하시는 소스들의 출력에는 거의 DC offset이 없는 편이어서 아예 떼어버리는 걸 추천드렸던 겁니다.
물론 아예 떼어버리면 커플링 콘덴서로 인한 저역 감쇠도 걱정할 필요가 없죠.
사실 많은 앰프에서 입력 커플링 콘덴서를 쓰지 않고 있습니다. PPA나 M3 앰프에서 커플링 콘덴서가 없지요.
다만 그래도 주의해야 할 점이 하나 더 있긴 합니다.
7-2.
공제 PIMETA V2에는 Bass Boost 회로가 있습니다. 이 회로를 사용하게 되면 저역이 증가된다는 이야기인데, 이는 출력 DC offset을 증가시킬 수도 있습니다.
당연한 이야기지요. 직류는 진동수가 0Hz에 가까운 교류라고도 볼 수 있으니까요. 따라서 입력되는 DC offset이 만약 있다면 앰프에서 정해진 증폭률보다 더 크게 증폭시키게 됩니다. 따라서 출력되는 DC offset이 증가하죠.
이런 점을 생각한다면 만약의 사고를 대비해서 커플링 콘덴서를 달아주는 게 좋습니다. 더불어서 LME49720 자체에서 생기는 수 mV의 offset도 큰 문제가 될 수 있고요.
(계산 결과, 커플링 콘덴서를 사용하더라도 베이스 부스트를 최대로 적용하면,
499K -> 100K일 때 15mV,
499K -> 200K일 때, 30mV
가량의 출력 DC offset이 발생합니다. 이는 외부에서 유입된 DC로 인한 것이 아니라 LME49720 자체에서 유발되는 offset이고요.)
이쯤되면 혼란스러우실텐데, 사실 어떻게 하는 게 더 낫다, 는 건 없습니다. (그리고 이 부분에서 앰프 DIY가 생각보다 어렵다고 느낍니다.)
어떻게 하실지는 전적으로 만드시는 분의 몫이고, 그에 대한 정답은 없지요.
원래 전자기기 설계 자체가 좀 그런면이 있긴 한듯 합니다. 기기의 장점을 늘리면 늘릴 수록 리스크도 늘어나고, 리스크를 줄인다면 장점 역시 줄어들죠. 물론 두마리 토끼를 동시에 잡는 경우도 많습니다만 그보다는 한마리 토끼를 선택해야 하는 경우가 더 많은듯합니다.
물론 그 사이의 균형을 잘 잡는 것이 만드시는 분의 기술이겠고, 또 '기예'겠지요.
이 외의 주의사항은 생각날 때 하나하나 적어넣기로 하겠습니다. :-)
PIMETA v2 원 회로의 수정 없이는 '어떤' Bipolar Input OPAMP도 사용하시면 안 됩니다. (PCB에 AD8610／AD8620으로 인쇄된 자리)
가령 LME49710／LME49720, LM6171／LM6172, NE5534／NE5532 등의 OPAMP들은 PIMETA v2에 사용할 경우 상당한 출력 DC offset이 예상됩니다.
또한 NE5534와 LM6171 같은 경우 출력 DC offset 뿐 아니라 회로 안정도 문제가 되기 때문에, 어떻게 DC offset을 해결했다 하더라도 사용하실 수 없습니다.
OPA132／OPA2132, OPA604／OPA2604 등이나 아니면 PIMETA v2의 원 제안대로 AD8610/AD8620 등의 FET Input OPAMP를 사용하셔야 됩니다.
좀 저렴한 걸 찾으신다면 TL071／TL072 혹은 LF351／LF353 등의 OPAMP를 사용하시는 것도 가능합니다.
물론 그렇다고 아예 Bipolar Type을 사용하지 못하는 건 아닌데, 사용하시겠다면 아래에 적힌 '기술적인 사항'을 반드시 이해하셔야 합니다.
그렇지 않다면 그저 위에 설명한 FET Type을 사용하시는 게 나을 겁니다.
[약간 기술적인 사항]
Bipolar Input OPAMP와 FET Input OPAMP 간의 출력 DC offset 차이는 OPAMP의 "Input Bias Current(Ib)" 차이에서 기인합니다.
Bipolar 타입은 대개 nA~uA 대 Ib를 가지고 있고, FET input OPAMP는 대개 pa Ib대로 거의 0에 가깝습니다.
Ib는 OPAMP의 입력단자로 흘러가는 전류를 의미하는데 원래 이상적인 OPAMP의 경우, 완전히 0이어야 합니다.
그러나 실제로는 그렇지 않고, 이렇게 전류가 경로상의 '저항'을 지나가게 되면서 전압을 만들게 되죠. 이는 온전히 직류 전류이기 때문에, 이렇게 형성된 전압은 OPAMP로 입력이 되어 출력 DC offset을 유발합니다.
이를 해결하는 방법은 몇가지 있습니다만 가장 좋은 건 전류가 흐르는 경로상의 저항값을 '작게' 해줌으로써, 바이어스 전류로 생기는 전압을 작게하는 겁니다.
PIMETA v2 회로에서는 0.1uF짜리 입력 커플링 콘덴서(이 부분을 읽으시는 분께선 이게 무엇인지 아실 겁니다.) 를 제거하고 그 자리를 점퍼로 쇼트해버리는 겁니다.
따라서 이제 OPAMP는 볼륨과 직류적으로도 연결이 되므로, 볼륨으로도 Ib가 흐르게 됩니다. 따라서 경로상의 저항값이 '작아'지는 효과를 가져오죠. (저항의 병렬연결을 생각해보세요.)
물론 볼륨의 저항값이 지나치게 크다면 여전히 걱정될 수준의 DC가 출력될 수 있지만 이번 공제에서는 10K의 볼륨을 사용하는 걸로 알고 있으므로 큰 문제는 없을 겁니다.
하지만 그럴지라도 지나치게 Ib가 높다면 걱정될 수준으로 출력 DC offset이 치솟을 수 있습니다만, LME49710／LME49720 수준에서는 괜찮습니다.
그리고 NE5534／NE5532의 회로 불안정은 NE5534를 그라운드 채널에서 voltage follower로 사용할 때 불안정해지기 때문인데 compensation 콘덴서를 달아주면 사용가능합니다. 하지만 PCB에 여유 공간이 없어서 아마 달아주시기 힘들 겁니다.
그래도 정 달아보시겠다는 분들은 NE5534의 datasheet를 참고하셔서 작업하시면 됩니다. 콘덴서 용량은 한 22pF 정도면 됩니다.
LM6171／LM6172의 회로 불안정은 LM6171과 LMH6321 사이의 Slew Rate 차이에서 기인합니다. 보통 Feedback Loop 안의 버퍼는 OPAMP보다 매우 빨라야 하는데, LM6171의 경우 그 반대거든요. Jan Meier 씨는 최근 Corda 앰프 회로에서 어떻게 쓰고 계시는 걸로 압니다만 웬만해서는 사용하지 않으시는 걸 권장합니다.
특히 LM6171의 경우 '굉장히' 대역폭이 넓은 OPAMP이기 때문에 회로에 손댈 부분도 많구요. "사용 자체를 권해드리지 않습니다."
2.
앞의 '약간 기술적인 사항'에서 설명한 이유로 버퍼 IC를 OPAMP로 대신하셔서는 안 됩니다. 대개의 OPAMP는 매우 Slew Rate가 작은 편이라서요.
설령 Slew Rate가 높은 OPAMP 일지라도 일단 변환기판을 만드셔야 하고, 잘 작동할는지도 모릅니다.
3.
이건 주의사항은 아니고 참고사항입니다. CRD는 그저 저항으로 대신하셔도 됩니다. 공급하는 전압 상황에 따라 다른데, 양전원 기준 ±4V ~ ±18V인 상황에서 2.2K ~ 4K 정도면 대개 괜찮을듯 합니다.
4.
4.7pF 콘덴서는 세라믹을 사용하되 반드시 NP0 혹은 C0G 세라믹 콘덴서를 사용하셔야 합니다. 그리고 4.7pF가 아니라 4pF 혹은 5pF로 사용하셔도 되고, 실버마이카나 스치롤 콘덴서를 쓰셔도 됩니다만 그 정도의 소용량은 구하기 힘드실 겁니다.
5.
PCB에 LME49720으로 인쇄된 부분은 Bipolar Input OPAMP도 사용가능합니다.
PCB에 제시된 LME49720도 괜찮고, NE5532 같은 것도 괜찮습니다.
6. 공급 전압을 좀 높게 하는 편이 좋습니다. 물론 9V 건전지 하나로도 32~100옴 정도의 헤드폰은 충분히 만족스러운 음량으로 들으실 수 있겠지만, 300옴 이상의 고 임피던스 헤드폰은 좀 불안합니다.
9V 건전지를 직렬로 연결하여 18V 전원을 만드시거나, 12~15V 가량의 정전압 어댑터를 쓰시면 됩니다. (리니어 뿐 아니라 SMPS도 뭐 큰 문제는 없을듯 합니다.)
다만 '반드시' 어댑터는 접지핀이 없는 걸로 구매하셔야 하고, 정격전류는 한 500mA~1A 정도면 됩니다.
9V 건전지는 일반 알카라인 전지말고 충전지를 사용하시는 게 더 전원 품질은 좋습니다. (망간 건전지는 웬만하면 비추천.)
7-1.
커플링 콘덴서를 사용하면서 LME49720도 사용할 수 있는 방법이 있긴 합니다. (일단은 LME49720에만 해당합니다. 다른 Bipolar Input OPAMP에 대해서는 장담하지 못합니다.)
이전 글에는 LME49720을 사용하시려면 커플링 콘덴서를 떼어야 된다, 라고 설명드렸는데 사실 사용하는 방법이 없는 건 아닙니다.
PCB 상에서 4.32K랑 바로 위에 붙어 있는 499K를 100K~200K 가량의 저항으로 해주면 되는데, 이러면 10mV 이내로 출력 DC가 안정될 걸로 예상됩니다.
다만 이렇게 하면 커플링 콘덴서와 저항으로 인한 저역감쇠 필터가 저역을 좀 더 깎아 먹습니다. 차단 주파수가 좀 올라가서 8~16Hz 정도로 형성되거든요. 그러면 20Hz에서 0.5dB~ 2dB 정도 감쇠가 생깁니다. 50Hz에서는 0.1dB ~ 0.4 dB 정도의 감쇠고요.
원 PIMETA 회로에서는 약 3hz 정도로 20Hz에서 거의 감쇠가 없습니다. 그런 점 때문에 아예 떼어버리는 걸 추천드린 거죠.
물론 저 정도 감쇠는 청감삼 굉장히 잘 인지되지 않고 또한 차단 주파수를 낮추고 싶으시다면 커패시터 용량을 늘리는 방법 역시 있습니다.
0.47uF, 100K 혹은 0.22uF, 200K로 세팅해주면 원래 PIMETA의 차단주파수 설정인 3Hz와 같아집니다. 다만 문제는 PCB에 공간이 있을지 모른다는 거고, 더불어 커패시터의 가격도 올라갑니다.
그리고 어차피 최근 사용하시는 소스들의 출력에는 거의 DC offset이 없는 편이어서 아예 떼어버리는 걸 추천드렸던 겁니다.
물론 아예 떼어버리면 커플링 콘덴서로 인한 저역 감쇠도 걱정할 필요가 없죠.
사실 많은 앰프에서 입력 커플링 콘덴서를 쓰지 않고 있습니다. PPA나 M3 앰프에서 커플링 콘덴서가 없지요.
다만 그래도 주의해야 할 점이 하나 더 있긴 합니다.
7-2.
공제 PIMETA V2에는 Bass Boost 회로가 있습니다. 이 회로를 사용하게 되면 저역이 증가된다는 이야기인데, 이는 출력 DC offset을 증가시킬 수도 있습니다.
당연한 이야기지요. 직류는 진동수가 0Hz에 가까운 교류라고도 볼 수 있으니까요. 따라서 입력되는 DC offset이 만약 있다면 앰프에서 정해진 증폭률보다 더 크게 증폭시키게 됩니다. 따라서 출력되는 DC offset이 증가하죠.
이런 점을 생각한다면 만약의 사고를 대비해서 커플링 콘덴서를 달아주는 게 좋습니다. 더불어서 LME49720 자체에서 생기는 수 mV의 offset도 큰 문제가 될 수 있고요.
(계산 결과, 커플링 콘덴서를 사용하더라도 베이스 부스트를 최대로 적용하면,
499K -> 100K일 때 15mV,
499K -> 200K일 때, 30mV
가량의 출력 DC offset이 발생합니다. 이는 외부에서 유입된 DC로 인한 것이 아니라 LME49720 자체에서 유발되는 offset이고요.)
이쯤되면 혼란스러우실텐데, 사실 어떻게 하는 게 더 낫다, 는 건 없습니다. (그리고 이 부분에서 앰프 DIY가 생각보다 어렵다고 느낍니다.)
어떻게 하실지는 전적으로 만드시는 분의 몫이고, 그에 대한 정답은 없지요.
원래 전자기기 설계 자체가 좀 그런면이 있긴 한듯 합니다. 기기의 장점을 늘리면 늘릴 수록 리스크도 늘어나고, 리스크를 줄인다면 장점 역시 줄어들죠. 물론 두마리 토끼를 동시에 잡는 경우도 많습니다만 그보다는 한마리 토끼를 선택해야 하는 경우가 더 많은듯합니다.
물론 그 사이의 균형을 잘 잡는 것이 만드시는 분의 기술이겠고, 또 '기예'겠지요.
이 외의 주의사항은 생각날 때 하나하나 적어넣기로 하겠습니다. :-)
