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자유 게시판
삼극관에서 최대 출력을 위한 부하 값의 도출
ㆍ작성자 이시영
ㆍ작성일 2020-05-23
ㆍ조회: 35       
ㆍIP: 220.xxx.66
삼극관에서 최대 출력을 위한 부하 값의 도출

안녕하세요?
오늘은 삼극관의 경우 정해진 양의 고조파 발생과 정해진 정적 플레이트 전압을 가진 동작에서 
최고 출력을 발생시키는 부하 저항의 값이 얼마인지 알아 보겠습니다.
이 부하 저항의 값은 출력 트랜스포머의 일차 임피던스 값으로 쓰이기도 합니다.

 일반적으로 고조파 발생의 양은 그리드 신호 전압이 증가에서 비롯되는 출력증가와 함께 증가합니다.
결과적으로 제한 되지 않는 그리드 신호 전압이 존재할때 허용되는 출력은
앰프의 용도에 따른 사용에서 통과될 수 있는 파형 왜곡의 정도에 따라 제한됩니다.
예로, 계측기에 들어가는 앰프와 클럽에서 사용되는 앰프의 출력은 사용 용도가 다르므로 
허용 고조파 발생의 값을 정한 후 출력값을 이야기 해야 합니다.

 왜곡을 고려할 때, 관심출력 값은 정해진 정적 플레이트 전압에서,
저항부하로 동작하는 진공관에서 정해진 고조파 발생의 퍼센테이지를 통해 얻을 수 있는 최고 출력입니다.
이 출력의 값은 부하가 트랜스포머를 통해 진공관과 결합될 때 밀접한 관련이 있게 됩니다.
출력과 고조파 발생을 고정시키면 그리드신호전압, 부하저항, 그리고 그리드 바이어스 전압은
의존적인 양들이 됩니다. 최고출력의 결정과 수반되는 그리드 신호전압, 부하저항, 그리드 바이어스 전압의 값과
동작조건에서 정적 플레이트 전류는  진공관 특성을 사용한 도식이나 또는 진공관의
출력과 고조파 발생 측정을 위한 도구를 사용한 전기적 방법의 시행 반복으로 정밀하게 결정할 수 있습니다. 

 이제부터 도식적 방법으로 3극관의 최고 출력을 위한 부하를 도출해 보도록 하겠습니다.
아래 <fig.1.>부터 시작합니다.




 만약 고조파 발생이 매우 작으려면 <fig.1>에 플레이트 특성상 동작영역의 곡선이 급속하게 휘어진 영역의 위에
ibmin 의 최저점이 위치해야합니다.
앰프가 A1급으로 동작한다면 동작영역의 상측영역은 반드시 제로 그리드 전압 ec곡선위에 존재해야합니다.
최고 출력을 위해 조건들을 이야기하자면 부하선의 한쪽 끝 P1은 선분 xy상에 놓이고 P2는 선분yz 상에 놓여야 합니다.
동시에 정적 플레이트 전압이 지정되고, 왜곡이 작으려면 동작선의  중간점은 
횡축 Eb내 어딘가에 놓여야 합니다. 더하여 P1Q는 P2Q와 같은 길이여야 합니다.
이 조건들은, 부하 저항의 값과 함께, 도면상 기울기와 부하선의 위치를 결정합니다.
특정 부하저항RL에 대한 조건들은 <fig1> 에서 보인 것과 같습니다.
 분석의 주제는  Pac를 최대로 만드는 RL 값의 식을  얻는 것이므로 직접적으로 RL의 항으로 Pac에 대한
식을 얻을 수 있습니다. 이것을  RL에 대해 미분하고, 도함수를 영으로 지정하고 풀면 됩니다.
그러나 이 방법은 앞부분의  강제조건과 연관될 때 오히려 복잡한 식이 유도됩니다.
아래 설명하게 될 간단한 방법은  ibmin의 위의 플레이트 특성이 그리드 전압의 동일한 증가에 대해 
곧고, 평행하고, 같은 공간의 선 일때  RL, EP, 그리고 IP 는 식1뿐 아니라 위 제약 상황과 아래 분석의 첫 단계에서
유도되는 또다른 방정식과 연관된다는 사실의 인식에 의존합니다.

 게다가 변수들 중 다른  두 개는 어떤 하나에 의해 결정되므로
미분식에서 독립변수처럼 쓰일 수 있는  변수 하나를 잘 선택할 수  있습니다.
그것은 전력의 같은 값에서 RL에 대한 Pac의 도함수와 동일하게, Ep 또는 Ip에 관한 Pac 도함수를 영으로 나타낼 수 있습니다.

 변수RL, Ep 그리고 Ip 사이 두번째 관계는 규정된  정적플레이트 전압과
제로 그리드 신호 전압과 일치하는 전류 Io의 식을 통해 나타납니다.
<fig1>에서

                 

마지막 항은 선분xy의 기울기와(=진공관의 내부 저항값rp) 삼각형P1xy의 밑변의 길이의 곱을 통해 도출 되었습니다.


최대전력은 Pac의 변화가 영(zero)에서(변곡점) 나타나고
식1과 2를 동시에 만족 시키며 RL을 Ep와 Ip의 변화로 나타내는 것이 요구됩니다.

따라서
                     (식[3]은 미분의 곱법칙에 따라 전개 됨)
 식 dEp/dIp를 평가하자면 이 도함수는 RL이 고정됐을 때 얻어진 값과는 같지 않고 강제조건에 의해 결정됩니다. 
또한 식[2]에 의해 결정되는데  Io와 ibmin는 RL과 함께 변하지 않으므로
식의 양변을 미분하면 아래와 같은 식이 나오고



위 식7은 bmin위의 플레이트 특성이 직선이라는 조건에서, 허용될 수 있는 고조파 발생과 
정적 플레이트저항을 가진 개별진공관으로 얻을 수 있는 최고 교류전력을 위한 부하 저항값입니다.

 일반적으로  소신호에서 주어진 그리드 신호에 최대 전력을  얻는다고 계산되는
RL/rp= 1이라는 조건보다 89프로의 전력을 냅니다만
그리드전류,고조파발생, 그리고 규정된Eb 를 고정시킬때 RL/rp=2일때 더 큰 최대전력을 발생시킵니다.

 마지막으로, 가끔 내부 저항보다 2배 이상 큰 부하를 사용하기도 하고 작은 부하를 사용하는 경우를 봅니다. 
그것은 설계자의 자유의지에 의한 것이라 이야기의 범위를 벗어난다고 생각합니다.

 감사합니다.
(위 그래프 및 수식 사진은  M.I.T Applied Electronics -Truman S Gray-에서 가져 옴)


이시영
www.dadasound.com
mail: dadasound@naver.com


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