진공관 앰프와 반도체 앰프의 음질적 특성(1)

by 서병익 posted Nov 02, 2013
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많은 분들이 진공관 앰프와 반도체 앰프의 음질이 다르다는 것을 알고 계십니다. 

정도의 차이는 있지만, 대체로 진공관 앰프의 음은 부드럽고 나긋나긋하며 유려합니다.

 

반도체 앰프의 음을 들으며, 유려하다.. 참 나긋나긋하다..라는 표현은 쓰지 않게 됩니다.

 

어떤 이유로 이런 음질적 차이가 발생하는지에 대하여 이론적인 측면에서 알아봅니다. 

짧은 글로 간단하게 정리할 수 없는 내용이어서 몇 회에 걸쳐서 연재하려 합니다.

재미삼아 읽어보실 정도의 정도의 깊이로 합니다만, 이론적인 접근인 만큼 내용은 조금 길어질 것 같습니다.  

 

우선 각 소자의 특징적 내용입니다. 

 

 

진공관 소자의 특징은 진공속에서 전자를 제어하므로 제어과정에 전자의 이동 속도가 지연되는 일은 발생하지 않습니다만,

반도체 소자는 고체 속에서 전자의 흐름을 제어하므로 다소 불리하다는 내용을 가지고 있습니다.

 

 

*. 진공관은 전압으로 전자의 흐름을 제어합니다.  

진공관의 플레이트에 B전압을 걸어두고 캐소드에 열을 가하면 캐소드에서 열전자가 방출되고 플레이트의 높은 전압에 이끌리어 애노드(플레이트) 쪽으로 이동합니다.

 

이때 캐소드와 플레이트 중간에 위치한 그리드에 C전압(바이어스 전압)을 가하므로서 플레이트에서 캐소드로 흐르는 전류를 제어할 수 있습니다.

그리드에 가해진 작은 전압의 변화가 플레이트 전류의 변화로 나타나므로,

진공관을 전압 제어 소자라고 합니다.

 

진공관 개발 초기에 애노드(플레이트)에 인가하는 전원을,  "B전원",  바이어스용 전원을 "C전원",  히타용 전원을 "A전원"이라고 하였으므로 지금도 그렇게 구분하고 있습니다.

 

 

*. 반도체 소자는 전류로 전자의 흐름을 제어합니다.

4가의 전자구조를 갖는 반도체에 3가의 전자구조를 갖는 반도체를 결합하여 제작한 것을  P형 반도체라고 하고,

4가의 전자구조를 갖는 반도체에 5가의 전자구조를 갖는 반도체를  결합하여 제작한 것을  N형 반도체라 합니다.

 

이 두 개의 반도체를 결합하여 만들어진 구조가 다이오드이며,

다이오드 두 개를 마주보는 구조로 결합하여 놓은 것을 트랜지스타(TR)라고 합니다.

 

두 개의 마주보는 극성에서 제어소자를 인출하여 만들고 베이스라고 합니다.

 

다이오드를 어떤 방향으로 결합하였는지에 따라 PNP, 또는 NPN형으로 나뉘고,

결합되는 쪽이 N형이면 PNP형, P형이 결합되면 NPN형이라고 부릅니다.

 

이렇게 제작된 PNP TR과 NPN TR은 극성이 다릅니다.

여담이지만,

이렇게 특성은 같고 극성이 다른 소자가 존재하는 것이 반도체 회로가 발전할 수 있었던 가장 중요한 이유입니다.

 

 

콜렉타에 높은 전압을 걸어두고 베이스와 에미타에 순방향으로 전압을 걸면 에미타에서 베이스 방향으로 전자가 이동하며, 그로 인하여 콜렉타로부터 많은 량의 전류가 에미타로 흐릅니다.

 

이때 작은 베이스 전류가 흘렀음에도 많은 콜렉타 전류가 흐르는 현상을 전류 증폭이라 하며 수치로 나타낸 것을 전류 증폭률이라고 합니다.

 

TR은 베이스에 전류가 흐르면 전류 증폭률에 비례하여 콜렉타 전류가 흐르는 구조입니다.

반도체는 전류제어 소자이기 때문입니다.

 

반도체는 구조상 베이스에서 에미타로 전류가 흐르기 때문에 입력 임피던스가 낮습니다.

 

 

 

*. 진공관은 열적으로 안정되고 증폭과정에서 발생하는 왜율(찌그러짐)이 작습니다.

반면, 반도체는 열에 의해 특성이 쉽게 변하고 증폭과정에서 나타나는 왜율이 높습니다. 

 

 

반도체 앰프가 복잡해 보이는 것은 진공관 앰프에서는 필요없는 열보상회로와 찌그러짐을 보완하기 위한 부귀환회로가 중첩하여 복잡해지기에 그렇습니다.

 

 

그러나 반도체 소자는 회로적으로는 보완할 수 없는 몇 가지의 내용이 있는데, 그것이 진공관 앰프가 존재하는 이유가 됩니다.

 

진공관과 반도체 소자의 기본적인 특성에 대하여 어느 정도 말씀드렸기에,

진공관 앰프의 음질과 반도체 앰프의 음질이 근본적으로 다른 이유에 대하여 회로적인 측면에 대하여 말씀드리겠습니다.

 

(다음 회로 이어 집니다.)

  

 

자료 출처: 운영자 직접 작성 

 

별첨:

*. 위 내용의 일부는 TR의 구조적인 이해를 돕기 위한 설명으로, 실제 TR을 제작 할 때 다이오드 두 개를 겹쳐서 제작하지는 않습니다.

 


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