Plate Follower..
on
기타 프리앰프 회로의 대부분은 plate follower라는 triode 회로로 구성된다. 이게 대부분 3-4단으로 음색은 결정난다고 보면 되고 나머지 회로는 buffer (부하가 물렸을 때 전류가 많이 빠져나가서 원래의 음색이 깨지는 것을 막기 위한 증폭단(?))라든가 외부 출력단자라든가 리버브 또는 스피커 시뮬을 위해 붙인 증폭단/필터로 보면 된다.
Plate follower라는 것은 plate단의 전압을 따라가게 만든 증폭단이란 뜻이다. 그림을 보면 입력은 grid로 들어가고 출력은 plate에서 뽑아낸다. 다시 말해 증폭단의 출력을 plate에서 가져온다는 뜻이다. 사실 이것이 가장 흔한 Class A 증폭기이다. (여기서 Class A 증폭기라 함은 입력 신호의 모든 진폭을 하나의 증폭소자가 증폭한단 뜻이다. 이것은 나중에)
이 그림은 증폭기의 원리를 그대로 잘 잘 나타낸 회로로 나는 생각한다. 내가 처음 트랜지스터를 학교에서 배울 때 나왔던 증폭회로(?)의 그림은 증폭의 개념과는 별로 연관이 없어보이는 그림이었는데, 도무지 그런 모양의 그림으로 무슨 증폭기능을 한다는 것인지 아무리 해도 이해가 안갔다. 아마도 아래의 그림에 익숙하신 분들 있으리라. 아마도 일본에서 만든 어떤 교과서를 그대로 베껴온 것이 아닐까 한다. 정말로 증폭회로를 이해하고 싶다면 아래 그림은 잊는 게 맞다.
잠시 삼천포로 빠졌는데, 이 그림은 전압이 높은 곳 (B+: 많게는 400볼트?)에서 낮은 곳 (ground)으로 떨어지는 방향으로 전류가 흐르고, 그 전류의 흐름을 grid가 제어하고 있음을 잘 나타내고 있다. 좌측에서 우측으로 신호의 흐름이 이루어지고 있고 말이다. 개념이 잘 들어가 있는 그림이다. 어느 정도의 전류가 흐르는지는 모르겠지만 400볼트가 0볼트로 떨어지는 상황이니 정말 많은 전류가 흐를 것만 같다. 하지만 코딱지만한 전극에서 전선이 아닌 공간으로 전자가 방출되어 이동하는 거라 전류는 대개 1.x mA 정도가 흐른다. 여기에 plate-cathode 양단간에 걸리는 전압이 대개 2백수십여 볼트이니까 Triode 한개에서 소모되는 전력은 대충 250V, 1mA로 찍어보자면 0.25 Watt쯤 되는 거다. 그래서 고압을 걸어서 사용하는 프리앰프이긴 하지만 증폭단이 6단 정도라고 보면 1.5Watt 정도의 전력이 소모된다고 볼 수 있다.
그러나 불행히도 heater에서 많은 전력이 소모되고 있어서 12AX7 개당 1.89W씩 쓰고 있다. 결국 3개의 진공관을 달구는데 들어가는 전력은 약 6와트가 채 못되지만, 히터도 정전압으로 구동하면 레귤레이터가 열로 날리는 전력 등등 실제로 프리앰프의 증폭을 위해 쓰이는 전력보단 주변 회로들이 소모하는 전력 소모가 훨씬 크다.
또 삼천포에 빠졌는데, 다시 본론으로 돌아오면 이 회로는 plate에 연결된 저항이 load 역할을 하고, 이와 함께 cathode에 연결된 저항이 bias voltage를 결정하는 역할을 한다. 이것을 cathode bias라고 하는데 auto-bias라고도 한다. 전압을 외부에서 억지로 맞춰주는 게 아니라 스스로 전압을 맞춰주기 때문이다. 여기 cathode에 capacitor가 하나 붙어있는데, 이것은 AC가 흐르지 않는 조건에서 보면 의미가 없는 부품이고 AC가 흐른다면 cathode로 교류가 잘 빠져나가게해주는 구실을 한다. 그래서 결국 증폭률을 올려주는 역할을 한다고 보면 된다. C값이 커지면 주파수가 낮은 신호도 더 잘 빠져나가게 된다고 이핼 하면 된다. 다시 말해 high pass filter의 cut-off 주파수 (필터의 이득이 떨어지는 지점)이 더 낮아지게 되는 거다라고 보면 된다.
이 회로에 전압을 걸어주면 bias 조건에 맞게 일정량의 전류가 흐르게 된다. 일반적으로 회로는 DC 먼저 분석하고 그다음 AC 분석을 한다. DC 분석을 해서 bias 전압을 구하고 그 다음 bias 전압을 바탕으로 증폭률이라든가 입출력 impedance를 계산하고, 그 결과를 가지고 AC 분석을 한다. AC 분석에서는 AC 신호의 주파수에 따른 증폭률을 계산하게 된다.
다음 포스트에서 예로 들어 하나를 파고들어 가보자.