진공관 모델링

참다 참다 결국 다시 진공관 모델링에 작은 시간이나마 투자해서 궁금했던 것들을 해결하고 있다.

이미 언급한 바와 같이 현재까지의 접근 방법은 small signal model을 기반으로한 모델링이었는데, 이번에는 방법을 조금 바꿔서 실제 진공관과 거의 일치하는 동작을 하는 model (Koren’s model (plate current) + Cohen’s grid current model)을 모두 동원해서 모델링을 해봤다.

잡다한 내용들은 다 빼고 결론만 정리한다.

1) Static Analysis

small signal model의 경우는 bias voltage에서 계산한 증폭률을 바탕으로 간단하게 모델하는데, 실제로 koren의 모델을 돌려보면 증폭률이 전 구간을 놓고보면 꽤나 다양하게 변하고 있음을 확인할 수 있다. small signal model을 이용하여 비선형성을 모델하면 cut-off, grid limit current에 의하여 전압 스윙폭의 상하한에서만 비선형성이 나타나지만, 보다 현실적인 tube model을 적용하면 전구간에 걸쳐 비선형 특성이 나타난다.

2) Cathode Follower

마샬 프리앰프의 종단부는 plate follower가 cathode follower에 직결되는 모양을 하고 있는데, 이것에 대하여 일부의 사이트에서는 cathode follower단의 grid로 전류가 흐름으로써 비선형성이 보강(?)되어 더욱 풍부한 even order harmonic을 얻을 수 있다고 언급되어있는데, 이는 static analysis로 확인해본 바 그냥 추측에 불과함을 확인했다. grid voltage가 증가함에 따라 plate voltage도 증가하여 cathode voltage도 상승하게 되고 그 결과로 grid voltage와 cathode voltage의 타협점을 따라가다보면 결국 grid로는 아무런 current가 흐르지 않고 사실상 gain은 1에 가까운 값이 되고 polarity 역시 positive가 되어 단순히 출력 impedance를 떨구는 역할만 할 뿐이라는 것을 확인했다.

3) Modeling한 tube 특성의 반영

lookup table을 이용함과 동시에 약간의 interpolation을 사용하면 계산량도 작고 정확도도 크게 높아지므로 이것이 가장 좋은 솔루션이 될 것으로 판단된다. 다만, 증폭단에 따라서 lookup-table을 다르게 만들어야 하는 문제가 있긴 하다. 혹은 플러긴의 시동시에 자체적으로 만들어서 메모리에 저장해놓는 방법도 있는데, 이것은 상태를 봐가며 결정해야 할 문제일 듯 하다만 다양한 회로를 모델링하려면 이 방법이 더 적당할 것으로 보여진다.

4) grid resistor의 영향

일부의 회로를 보면 grid resistor를 상당히 큰 값으로 붙여놓는 경우가 있다.