진공관교체방법 "바이어스조정법별"

진공관교체방법 "바이어스조정법별"

바이어스(bias)는 진공관이 동작 하도록 기본적인 전류를 흘리는 것을 말하며, 진공관에 바이어스 전류를 적절히 흘림으로서 진공관의 기본적인 특성인 출력, 디스토션, 게인, S/N 등이 결정 됩니다. 대부분의 진공관은 컨트롤그리드(control grid, g1) 에 마이너스(-) 바이어스 전원을 필요로 합니다. 바이어스 전원을 만드는 방식으로는 고정 바이어스 방식과 자기 바이어스 방식이 있습니다. 이처럼 진공관 파워앰프는 2가지 중 하나의 회로로 되어 있습니다. 그러나 진공관 앰프를 사용하는 사용자에게 이것은 매우 중요한 사항 임에도 불구하고 무관심 하거나 자세히 모르는 경우가 대부분 입니다. 일반적으로 고정 바이어스 방식의 앰프는 출력관 편차에 융통성이 많은 편이지만 정기적으로 바이어스를 조정 하지 않으면 출력관의 수명을 단축 시킬 수 있습니다. 반면에 자기 바이어스 방식은 출력관의 특성에 많은 영향을 받으므로 페어관 또는 선별관을 사용 하여야 하지만, 회로 상에서 바이어스 값이 자동으로 조정 되므로 바이어스를 수동으로 조정 할 필요가 없어 편리 합니다. 이처럼 사용하고 있는 앰프의 특성을 알고 사용 하여야 진공관을 보호하고 좋은 음질을 얻을 수 있습니다.

고정 바이어스 앰프의 내부

자기 바이어스 방식 (Self Bias Circuit) 자기 바이어스 방식은 전원 트랜스포머 바이어스 C 전원으로 부터 ?전원을 공급 받지 않고 캐소드와 그리드의 전위차를 이용하여 자동으로 가변 되는 바이어스 전원을 공급 받는 방식 입니다. 일명 자동 바이어스 또는 캐소드 바이어스 방식 이라고도 합니다. 자기 바이어스 방식은 캐소드에 흐르는 전류를 이용하여 캐소드와 샤시 사이에 저항을 넣고 (B전압의 0 전위), 이 저항 양단에 나타나는 전압을 바이어스로 이용하는 방법 입니다. 이처럼 자기 바이어스 방식은 자동으로 변화된 바이어스 전압이 출력관 그리드에 공급 되므로 진공관의 플레이트 전류(Ip), 상호컨덕턴스(Gm)와 같은 파라미터의 의존도가 낮은 편 입니다. 자기 바이어스 방식은 진공관이 클리핑 영역까지 과출력이 되더라도 바이어스 저항 내부로 흐르는 전류의 변화에 의해 자기 피드백이 형성 되어 동작점을 안정화 시켜 줍니다. 이 때문에 출력관을 교체 해도 바이어스를 조정 할 필요가 없이 자동으로 맞추어 줍니다. 그러나 자기 바이어스 방식은 입력신호가 변하는 동안에도 캐소드에 일정한 바이어스 전압을 유지 시켜야 합니다. 그러나 신호가 크게 변하면 바이어스가 변동하게 되므로 출력관이 불안정 해지고 디스토션이 증가 될 수 있습니다. 또한 이 방식은 출력관의 전류 편차가 커지면 주어진 캐소드 저항값에 의해 아이들링이 광범위 하게 변하게 됩니다. 이처럼 자기 바이어스 방식은 회로가 허용하는 편차 내에서는 바이어스가 자동으로 조정되어 앰프가 안정적으로 작동 됩니다. 그렇지만 허용편차가 10~20%를 넘는 출력관을 사용하면 관이 불안정 해 질 수 있으므로 선별관을 권장 합니다. 그리고 이 방식은 캐소드 저항과 바이패스 콘덴서를 필요로 하기 때문에 신호손실과 임피던스가 높아 집니다. 따라서 고품질 캐소드 저항과 콘덴서를 사용 하여야 음질 열화가 적어 집니다. 자기 바이어스 방식은 사용이 간편한 저출력 파워앰프나 미세한 신호를 증폭하는 프리앰프 회로에 많이 사용 됩니다. 고정 바이어스 방식 (Fixed Bias Circuit) 전원 트랜스포머의 바이어스 C 전원으로 부터 ?전원을 그리드로 공급 받는 방식 입니다. 고정 바이어스 방식은 300B와 같이 바이어스 전압이 깊은 경우에 사용 하면 유리 합니다. 그러나 이 방식은 별도의 C 전원부가 필요 하므로 자기 바이어스 방식에 비해 복잡하며 정기적으로 바이어스 전압을 조정 하여야 합니다. 이처럼 고정 바이어스 방식은 C 전원을 가변 저항 트림포트(trimpot)의 조정을 통해 필요한 바이어스 전압을 강제적으로 고정 시킨다는 의미 입니다. 그러므로 이사를 가서 전원 환경이 바뀌어 AC 전원의 전압이 바뀔 수 있고, 그에 따라 플레이트 전압도 달라지므로 그에 맞게 조정 하여야 합니다. 그리고 진공관을 새로 바꾸어나 사용 한 지 오래 되었을 때도 조정해 주어야 합니다. 왜냐하면 진공관이 새로 바꾸거나 사용을 오래 하게 되면 상호컨덕턴스(Gm) 등 중요 파라미터 값이 바뀌기 때문 입니다. 고정 바이어스 방식은 통상 30w 이상의 고출력 앰프에 사용 되고 있으며, 캐소드 저항과 바이패스 콘덴서가 필요 없기 때문에 음질 열화가 적습니다. 참고로 바이어스 전압 조정 방법은 시중에서 2만원 정도면 구할 수 있는 멀티테스터의 mV 수치를 보면서 바이어스 조정용 트림포트를 제품 설명서의 지시 대로 돌리면 됩니다. 단 이때 가정으로 인입 되는 전압이 220v가 정확 한 지를 먼저 확인 하여야 합니다. 만일 전압이 시간에 따라 200v~230v 사이로 변한다면 바이어스 전압도 같은 비율로 변하기 때문 입니다. 그리고 진공관은 가열 되거나 에이징 되면 수치가 바뀔 수 있으므로, 처음에는 매뉴얼에서 권장하는 전류값의 90%로 조정을 하여 1주일 또는 한달 정도 사용 하는 것도 좋은 방법 입니다. 1주일 또는 한달 후에 1시간 정도 사용하여 뜨거워진 상태에서 바로 다시 측정을 하여 권장 전류값 100%로 조정 하면 됩니다. 이때도 가정 전압이 220v 인지를 확인 하여야 합니다.

고정 바이어스 앰프의 장점 1. 캐소드 저항과 바이패스 콘덴서가 필요 없으므로 자기 바이어스 방식에 비해 음질 열화가 적다. 2. 바이어스를 수동으로 정확히 맞출 수 있으므로 진공관의 수명과 음질에 유리 하다. 3. 개별 출력관의 전류량을 조정 할 수 있으므로 하나의 출력관에 문제가 생겨도 나머지 출력관 전부를 교체 할 필요는 없다. 그렇지만 사용 중인 출력관 과의 편차가 15~20% 이내인 관을 사용하는 것이 진공관의 수명이나 음질 면에서 유리 하다. 따라서 사용 중인 출력관을 검사, 비교 한 다음에 가능한 편차가 적은 진공관으로 교체 할 것을 권장 한다. 바이어스를 조정 할 시점 1. 출력관을 새로이 교체 할 때 2. 정기적으로 바이어스 전압을 조정 할 때 (대략 6달에서 1년에 한번 정도 조정 함) 3. 새로운 앰프와 진공관을 구입 했을 때 4. 갑자기 진공관의 플레이트가 빨갛게 과열 될 때 5. 앰프의 음질이 나빠지고 힘이 약해 졌다고 느껴 질 때 6. 앰프의 좌우 밸런스가 무너 졌을 때 고정 바이어스 방식의 다양한 형태의 앰프 1. 트림포트 + 검전 포인트 만을 가진 가장 일반적인 형태의 앰프 2. 트림포트 + 검전 포인트 + 그라운드 포인트를 가진 앰프 3. 트림포트 + 검전 진공관 셀렉터 + 계기판을 가지고 있어 별도의 멀티테스터가 필요 없는 앰프 4. 출력관 2개당 트림포트 + 포인트가 1개인 경우로 2개의 출력관의 전류 밸런스를 하나의 트림포트로 맞추는 앰프 5. 트림포트와 검전 포인트가 앰프의 내부 회로에 내장 되어 있어, 조정을 위해 앰프 샤시 뚜껑을 열어야 하는 전문가의 도움이 필요한 자작 형 앰프 조정 전 앰프 점검 (선택 사항) 1. 앰프 전원을 끈다. 2. 멀티테스터를 Ω (저항)으로 설정 한다. 3. 앰프의 흑색 ?바인딩 포스트에 멀티테스터의 흑색 ?검전봉을 연결 한다. (앰프의 흑색 ?바인딩 포스트, 그라운드 포인트, 앰프 금속몸체는 동일한 그라운드 이다.) 4. 멀티테스터의 적색 +검전봉을 첫번째 출력관의 검전 포인트에 삽입 한다. 5. 저항 수치는 5~20Ω 내의 값으로 표시 되는데, 모든 검전 포인트의 저항값은 허용 편차 10% 한도 내에서 동일한 값 이어야 한다. 만일 저항값이 측정 되지 않거나, 수치가 허용 범위를 넘을 경우는 출력관 소켓에 연결된 저항을 점검 한다. 바이어스 조정 1. 앰프 전원을 끄고 앰프와 스피커 사이에 연결된 선재는 그대로 둔다. 만약 스피커를 보호 하고자 한다면, 앰프의 스피커 선을 떼어내고 10~20 와트의 5~10 Ω 더미저항을 스피커 바인딩 포스트의 +와 -에 맞물려 연결하면 된다. 2. 모든 출력관의 바이어스 조정용 가변저항 트림포트를 제로(zero)로 돌려 바이어스 전압을 최소로 낮춘다. 일반적으로 트림포트를 시계 반대 방향으로 끝까지 돌리면 최소값이 된다. 바이어스는 마이너스(-) 전압 이므로, 전압이 0v 에 가까워 질수록 전류값은 증가 한다. 다음은 300B 진공관의 바이어스 전압과 플레이트 전류의 상관 관계를 나타낸 표 이다. 3. 파워앰프로 신호유입을 막기 위해서 프리앰프를 뮤트(mute) 상태로 놓거나, 볼륨을 제로(zero)로 둔다. 4. 앰프 전원을 켠다. 이때 가정으로 인입되는 전압이 220v가 정확 한 지를 확인 하여야 한다. 만일 전압이 시간에 따라 200v~230v 사이로 크게 변한다면 바이어스 전압도 같은 비율로 변하기 때문에 자동변압조정기(AVR)를 사용하는 것도 좋은 방법이다. 만일 AVR을 사용하지 않는다면 가장 음악을 많이 듣는 시간대의 AC 전압 조건에서 바이어스 조정을 하면 된다. 5. 멀티테스터 기능을 mV로 설정 하고, 앰프의 흑색 ?바인딩 포스트에 멀티테스터의 흑색 ?검전봉을 연결한다. (앰프의 흑색 ?바인딩 포스트, 어스 그라운드 포인트, 앰프 금속몸체는 동일한 그라운드 이다) 참고로 멀티테스터는 일반 전파상이나 공구상에서 쉽게 구할 수 있는데, 2만원 정도 하는 포켓용 제품을 사면 충분 하다. 6. 진공관을 몇 분 정도 가열 시킨 후, 첫번째 출력관의 측정 포인트에 적색 +검전봉을 연결하고, 멀티테스터의 수치를 보면서 트림포트를 드라이버로 가볍게 돌린다. 제품 설명서에서 요구하는 권장 수치에 접근하면 정확한 값에 맞추기 위해 시간을 끌지 말고 빠르게 조정한다. 이때 수치는 교류 입력전원의 변동에 의해 요동 칠 수 있으며, 10~15% 범위의 편차가 발생 될 수도 있다는 것을 감안 하여야 한다. 참고로 아래의 수치는 Manley 앰프에서 권장하는 바이어스 권장 수치 이다. 7. 바이어스 전압을 높이면 음의 밀도감과 텐션은 좋아지나 출력관이 뜨거워 지고 수명이 단축 된다. 극단적으로 바이어스 전압이 높을 경우에는 Cherry Red 라고 불리는 플레이트가 빨갛게 가열되는 현상이 발생하게 된다. 이때 즉시 전원을 꺼지 않으면 몇 분 내에 진공관은 망가져 버린다. 반면에 바이어스 전압이 너무 낮으면 소리의 힘이 약해지고 크로스오버 디스토션이 발생한다. 경험에 의하면 권장치의 10%의 범위 안에서 세팅하면 음질적인 변화는 거의 없다. 그러므로 권장치의 10% 정도 낮추어 사용하는 것이 진공관을 보호하는 측면에서는 유리하다. 8. 첫번째 출력관의 조정이 끝났으면 적색 검전봉을 다음 측정 포인트로 옮겨서 2번째 출력관을 측정하라. 이때 트림포트를 돌려도 조정이 되지 않는다면 출력관의 이상 유무를 검사 하라. 9. 무사히 모든 설정이 끝났다면 앰프를 끄지 말고 1시간 정도 충분히 예열 시킨 후에 다시 한번 바이어스를 조정하면 모든 바이어스 조정 과정은 끝난다. 이와 같이 바이어스 값을 재조정 하는 이유는 진공관은 가열되면 파라미터의 수치가 변화 하기 시작해서 약 30분~1시간 정도이면 안정화 되기 때문이다. 10. 진공관은 한달 정도(100시간) 사용 하면 충분히 숙성(aging) 된다. 진공관이 숙성되면 Ip, Gm과 같은 파라미터 수치가 변동 될 수 있기 때문에 다시 한번 바이어스를 조정 해 본다. 앰프를 1~2시간 정도 사용하여 출력관이 충분히 가열 되었을 때 바이어스를 측정 한다. 이때 설정값이 한달 전과 비교하여 10% 정도 변해 있다면 다시 조정해 주면 된다. 만일 값이 20% 이상이 변동 되었다면 진공관 이상 여부를 확인해 본다. 이와 같은 과정을 6개월 또는 1년 단위로 반복 한다. 참고로 바이어스 조정 계기판인 디지털 미터, 아날로그 미터가 설치되어 있는 경우는 검전 진공관 셀렉터를 1번 출력관으로 돌리고 1번 출력관의 트림포트를 드라이브로 돌려 앰프 제조회사에서 권장하는 바이어스 값으로 조정하면 된다. 계기판 대신에 LED 램프로 되어 있는 경우는 트림포트를 돌려 램프의 색상이 적색에서 청색으로 바뀔 때 까지 돌리면 된다.

출처:

https://cafe.daum.net/audiosori/NiKU/246?q=eE34%20%EB%B0%94%EC%9D%B4%EC%96%B4%EC%8A%A4%20%EC%A0%84%EC%95%95%20%EC%A1%B0%EC%A0%95%EB%B0%A9%EB%B2%95