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2003.07.09 10:08

가상접지 회로---

조회 수 2706 추천 수 0 댓글 11
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제가 나름대로 생각한 가상접지 회로는 이렇습니다.
이 회로를 사용하는 이유는 크게 두가지 입니다.
1. 일반적으로 사용하는 OP AMP는 주로 양전원을 필요로 합니다.
그런데 배터리로 양전원을 구종하려면 배터리가 두개 있어야 하기때문에 번거롭죠 그래서 하나의 배터리로 양전원효과를 내기 위해 사용하죠.

2. 해드폰앰프에서 직류보호회로를 넣기에는 장소가 협소하고 부가전원이 들어가 배터리 한개로만 구동하기에는 역부족이지요 그런데 가상접지로 해놓으면 콘덴서로 전원을 분리하엿기 때문에 직류는 흐르지 않는거죠 일종의 직류차단효과를 볼 수 있는 것입니다. 이 방법은 파워앰프에서도 가끔 샤용하죠 예로는 쿼드가 대표적입니다.

그런데 단전원을 두개의 콘덴서를 직렬로 연결하여 그 중점을 가상 접지로 설정하면 문제가 발생하는데 그것은 콘덴서 용량값이 정확히 같지 않다는것입니다. 각 콘덴서에 걸리는 전압은 콘덴서 용량에 반비례하는데 전해콘데서 같은 경우 용량차가 20%나 됩니다. 그래서 전압이 접지를 중심으로 대칭이 되지 못하죠
신정섭님의 가상접지 회로를 보면 이 오차를 보정해 주는 역활을 하는것이 OP AMP 입니다. 똑 같은 저항으로 전압을 분압시켜 OP AMP를 점압 버퍼로 동작시켜 콘덴서 양단의 전압을 같게 해주는 것이지요

그런데 문제는 OP앰프의 출력임피던스가 거의 0이라고는 하지만 공급전류가 정해져 있지요 통상 20mA 이하인데  전압을 분압하고 있는 콘덴서의 용량이 크다면 이 20m의 전류로는 콘덴서 양단의 전압을 정확히 같게 하기가 어렵다는 것이지요  간단히 예를들면 전해 콘덴서가 2000uF이 두개 직렬로 되어 있다면 그리고 각각10V의 전압이 걸려 있다면 콘덴서에 충전된 전하량은 0.02C의 전하량이 충전되어 있지요 그러므로 20m의 전류로 다 방전시키려면 1초가 걸립니다.물론 다 방전 될일은 없지요 여기서 콘덴서의 오차를 20%로 본다면 0.1초 정도 걸린다는 것이지요 즉 이정도로는 접지점이 흔들릴 수 있다는 것입니다. 그래서 제가 보기엔 op amp를 직렬로 사용하는 것은 의미가 없고 오히려 열 요동으로 인한 접지점의 흔들림만 더할뿐 덕은 없는 것 같습니다.
차라리 두개를 병렬로 하면 더 나을 것 같네요 병열로하면 두 op amp의 편차가 문제가 되는데 이것은 op amp각각의 출력에 1옴정도의 저항을 직렬로 달아주면 간단히 해결 됩니다. 좀더 강력하게 하는방법은 디스크리트 다이아 몬드 버퍼를 사용하는 것도 좋습니다.
다음에 시간나면 회로도를 수정하여 올리겠습니다.
모두 대단한 열과 성의를 가지고 하시는 것을 보니 부럽습니다.
미천한 지식이나마 보탬이 되면 좋겠습니다.  
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    신정섭 2003.07.09 11:02
    먼저 가입 축하드리고 여러가지 의미있는 분석 아주 반갑고 재미나게 읽었습니다. ^^

    혹시 전에 제가 올린 가상접지의 History를 전부 읽어 보셨다면 나와있을 것 같은데, 제가 직렬, 병렬 등 몇가지 구성의 가상접지에 대해 실험한 결과 가장 간단하고 적은 부품으로, 가장 열이나지 않고, 가장 흔들림없이 잡아준 회로가 현재 제가 애용하는 회로입니다.
    뭐 개인적인 간단한 실험이었으므로 객관적인 증명이 될 수는 없겠지요.
    일단은 전기전자적인 관점에선 직렬구성이 별로 상식적인 것이 아닐 것은 잘 알고 있고, 그래서 아직까지 저와 같이 구성해 본 사람이 없었고, 용주님과 같은 지적도 몇차례 있었던 것이 아닐까 합니다.
    한편, 잘 모르면서 아는척하는 것으로 보일 것 같고, 실제로도 아는바가 없어서 그 이유의 설명이 어려움을 저로서도 안타깝게 생각합니다. ㅠ.ㅠ

    마침. 용주님께서 다이아몬드 버퍼의 적용에 대해 언급하셔서 반가운 마음에 적습니다.
    제가 평소에 TLE2426에 대해 몹시 신비스럽게 생각했었는데, 제 나름대로 단순히 Spec.을 보고서는 내부적으로 기본 회로가,
    - Voltage Divider로 일단 중간전압(가상접지단)을 잡고
    - 버퍼(아마 Diamond)를 이용하여 출력하는 구조라고 굳게 예상하였습니다.

    그래서 실제로 TLE2426의 Spec.(주로 전류량)과 유사하도록 디스크리트 모듈로 5x7 Hole 만능기판에 조그맣게 만들었었습니다.
    하하하. 제 자작방에 그것이 아직 소개되지 않았다는 것을 보시면 성공하지 못했다는 반증이지요. ㅋㅋㅋ
    바이어스를 좀더 걸고 튼실하게 만들면 모르겠지만 최소한 TLE2426의 Spec.을 흉내내지 못하는 것 같습니다.
    (여기서 제가 참고한 Spec.이란 5V 입력에서 0.17mA 라는 소비전력을 의미합니다.)
    그래서 또다시 신비스럽게 보이고 있습니다. ㅎㅎㅎ
    그런데, 만약 흉내내지 않고 더 단단한 회로로 만드는 것은 가능할지도 모릅니다. 대신 TR들의 Pair Matching이 중요할 것 같습니다.

    참고로 만약 TLE2426의 입력부가 단순히 저항 두개에 의한 Voltage Divider라면 TLE2426에서 사용한 저항은 400K옴 정도나 되더군요. 이것은 단순히 TLE2426의 V+, V-간의 저항값을 찍어서 짐작했던 것입니다.

    아. 쓰다보니 재미가 생겨서 길어졌군요.
    감사합니다.
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    신정섭 2003.07.09 11:16
    하하하. 글로만 설명드리기는 조금 아쉬워서 그 만들었다는 놈을 소개합니다. 이름하여 Diamond2426 이었지요. ㅋㅋㅋ

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    이복열 2003.07.09 14:25
    가입을 축하드립니다. 많은 도움 부탁 드립니다. 위 내용을 보니 진지해서 좋습니다.
    저야 뭐 TLE2426 팬이니 다른것을 염두에 두지 못하고 그냥 이놈만 사용중입니다.10개 이상을 구입했는데 지금 보니 딱 한개 남았군요..하하 TR형태은 아직 20개 (공구) 그대로 있군요.참 좋은놈 입니다.
    적당한 정전압 아답터만 있다면 이놈 하나로 거의 우리가 만드는 앰프는 충족이 된다고 해도
    되겟지요..제일 친근감이 가는 놈 입니다. 이그 이거 예찬론이 되어버린것 같습니다.
  • ?
    신정섭 2003.07.09 17:37
    하하하. 대장님 저도 TLE2426 팬입니다.
    너무나 좋아해서 저역시 20개나 있음에도 아까워서 잘 쓰질 않는 것입니다.

    사실 TLE2426도 Datasheet 보면 그놈도 Voltage Divider + Buffer 의 조합이지요.
    요즈음 TLE2426으로 Reference잡고 그 이후에 BUF634로 가용출력을 키우는 회로가 널리 이용되지요?
    그렇게 되면 결국 이런 회로에도 버퍼와 버퍼의 직렬연결이 되는 것이지요.
    한편, 만약 듀얼 OP앰프를 버퍼화하여 병렬로 연결하면 어떤일이 생기냐면,
    아주 이상적인 경우엔 저도 병렬과 직렬의 차이는 없다고 생각합니다.
    그러나 듀얼 OP앰프의 두 출력값이 똑같은 전압을 가질까 생각하면 결코 아닐 것 같습니다.
    출력전압이 미세하게라도 다른 놈을 서로 합치면...?
    물론 출력단에 저항등을 달겠지만 결국 안 흘러도 되는 전류가 계속 흐르게 되고,
    이러한 이유에선지는 몰라도 제가 실험한 결과에서처럼, 직류 접속보다 낮은 전류 사용량에서 뻗어 버리게 될 것 같습니다.

    만약 직렬로 연결하면 이 문제는 근본적으로 해결이 되고 출력저항도 달지 않아도 되지 좋지 않을까 나름대로 해석합니다.
    최소한 성능이 동일하다고 해도 부품이 적고 만들기 쉬운 회로가 따봉이라 생각합니다.

    Simple is the Best 아닙니까? ㅎㅎㅎ

    하하하. 저는 항상 물리적으로만 쉽게 생각하려는 경향이 있어서,
    이러한 제 생각에 오류가 있을지도 모르겠습니다. 있다면 널리 양해부탁드리고 지적 부탁드립니다. (요 아래에다가... ㅋㅋㅋ)

    위에 아는척 안하겠다고 써놓고는 할말 다 했군요. ㅠ.ㅠ
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    노현준 2003.07.09 19:42
    송용주님 가입 축하드립니다.. 우와 혹시 예전에(생각해보니 꽤 오래 되었네요) 신정섭님께서 잠깐 언급하셨던 그것...!!!
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    이복열 2003.07.09 21:07
    하하 아는체하는사람도 때로는 있어야 생각을 많이해 봅니다. 그러다 배우는것 이고요.
    그냥 저는 머리 안쓰고 간단한것이 좋다라는 쪽에 한표입니다.
    하하 그래서 메탈 전원회로 대입한 길모어 제작중입니다.
    c1815/a1015 탭핑 타입으로 구하러 다니다 겨우 구했습니다. 이놈이 다리가 약간 벌어져 나오기 때문에
    바로 삽입하기 좋군요. 한개당 10원이 비싸군요.(50원) 그리고 오늘 BC 받았습니다.
    이놈도 다리가 삼각이라 바로 삽입이 가능하군요. 벌크 타입은 이제 쓰지 않아도 될것 같아요.
    10원 차이라면 그냥 탭핑타입이나 BC 같이 그런 타입을 구해야 기판에 삽입해서 납땜할때
    최고이지 않나 봅니다.
    길모어 펌프입니다. 소리 정말 좋군요.

    하하 이거 송용주님 죄송합니다. 생각난 김에 정섭님 말씀도 있고 해서 적고 나갑니다.
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    이학민 2003.07.09 22:14
    수업시간보다 이런 글에서 더 많이 배우는 느낌도 받습니다..ㅎㅎ 송용주님 자주 뵙길 바라구요..
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    송용주 2003.07.09 23:23
    가상접지회로의 동작은 먼저 앞단에서 똑 같은 저항두개로 전압을 분압합니다.
    저항값이 같다면 전원 전압이 어떻게 변하든 각 저항양단의 전압은 동일합니다.
    여기 중점에 opamp의 +입력을 연결하고 -입력은 출력과 지결하게 되는데 이러면 opamp는 전압버퍼로서 동작하게 되며 이럴 경우 opamp의 출력임피던스는 거의 0이 됩니다. 만일 출력쪽의 전압이 +입력보다 높다면 opamp의 출력임피던스가 거의 0 인 관계로 데이타시트를 보면 0.05옴 정도로 되어 있습니다. 전류가 opamp쪽으로 흘러 들어가게 되고 그러면 콘덴서의 전류가 방전되어 전압이 낮아지게 되는거지요 이렇게 동작하게되어 opamp의 출력전압은 +입력전압과 같아지게 됩니다. 그래서 항상 접지점을 유지하게 됩니다. 그러나 이론상으로 opamp의 출력임피던스가 낮더라도 opamp자체가 조절할 수 있는 전류의 양이 제한되어 있지요
    특히 콘덴서의 용량이 클수록 opamp쪽으로 흐르는 전류의 양이 증가하는데 opamp쪽에서 전류제한회로가 들어 있어서 문제는 되지 않지만 콘덴서이 용량이 극단적으로 오차가 있으면 opamp쪽으로 제한 전류만큼 흐르게 됩니다.만일 20m의 전류가 흐른다면 소비전력은 9v에서 0.18w 18v에서 0.36w정도가 되겠지요 밀폐된케이스에서 생각하면 열이 좀나게 되겠지요 이런점에서 병렬을 사용하는 것이 나을 것 같네요 그러나 병렬연결하였을 때 op의 오차를 생각하면 직렬로 저항을 삽입하는 것이 좋겠지요 대략 10옴정도
  • ?
    신정섭 2003.07.09 23:39
    제생각에 용주님의 본문 내용이나 위의 메모글을 보았을때 가상접지에 대해, 또한 콘덴서의 역할에 대해 저와 생각이 조금 다른 것 같습니다.
    실제로는 예로 드신 2000uF의 전해를 쓰지않고 470uF의 전해를 써서도 수백 mA의 앰프를 문제없이 소화합니다.

    또한 콘덴서 충방전의 말씀에 대한 반증으로,
    이러한 작은 용량의 전해를 써서도,
    한쪽 극으로만 수십 mA를 지속적(수십초 이상)으로 사용해도 전원이 흔들리지 않습니다.
    즉, LED 몇개를 접지와 V+ 사이에만 달아서 계속 작동시키는 경우 말이지요.
    과연 이것을 말씀하신 콘덴서의 용량으로 설명이 될 수 있는지 모르겠습니다.
  • ?
    신정섭 2003.07.09 23:42
    아. 물론 이렇게 고의적으로 양쪽 전원단간에 사용 전류를 차이나게 하는 경우 OP앰프에서 열이 납니다. 뭐 당연한 이야기겠지만요.
    또한 사용하는 OP앰프에 따라서 버틸 수 있는 정도도 틀리지요.
    그래서 저는 4556을 가상접지용 OP앰프로 애용하고 있는 것입니다.
  • ?
    신정섭 2003.07.09 23:49
    제가 해보지는 않았지만 콘덴서를 전혀 달지 않아도 가상접지를 잘 잡아줄 것 같습니다.
    만약 중점전위가, 즉 Reference가 흔들린다면 그것은 모두 OP앰프 자체에서 바로잡기 위해 전력을 다하게 되어 되돌려 놓지요. 그러므로 OP앰프에서 감당하지 못할 정도로 음전원과 양전원단간에 사용 전류의 편차가 발생하면 OP앰프는 엄청난 열을 내면서 항복하는 것입니다.
    물론, 콘덴서를 달면 순간적인 리플등에서는 도움이 되고 여러가지로 좋겠으나,
    지속적으로 전류의 편차가 발생하는 경우에 해결책은 못 될 것입니다.
    그 경우 모든 것은 OP앰프(버퍼)가 감당해야 하지요.
    이것이 제가 이해하고 있는 내용입니다.

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