기술칼럼

각 진공관의 간략한 구조와 함께 실용적인 회로에서 다극 출력관이 어떻게 응용되는 지에 대한 내용으로 말씀드리겠습니다. 

처음 진공관이 만들어진 것은 2극 진공관이었습니다.
히타에 전류를 흘리고 플레이트에 높은 + 전압을 걸어두면 캐소드에서 방출된 전자가 플레이트의 높은 전압에 이끌리어 플레이트로 이동하게 되고 플레이트에서 히타로 전류가 흐르게 됩니다.
이 진공관은 한쪽 방향으로만 전류를 흘리는 작용을 하는데 교류를 직류로 바꾸기 위한 용도로 사용됩니다.

처음 발명한 사람의 이름을 붙여 플레밍 밸브라 하였는데 지금은 흔히 정류관이라고 합니다.
이때 만들어진 이름의 영향으로 지금도 진공관을 밸브라고도 부릅니다.

2극 진공관에 1개의 전극을 더 넣으면 3극 진공관이 됩니다.
추가된 전극은 그리드라 불리며 캐소드에서 플레이트로 흐르는 전자를 제어하여 플레이트 전류를 제어합니다.

그리드에는 - 전압을 걸어 사용하는데 이 - 전압이 높아질수록 플레이트 전류는 작아집니다.

진공관의 플레이트에 높은 + 전압이 걸려있는 상태에서 그리드의 - 전압이 제로이면 그 진공관이 흐를 수 있는 최대치의 전류가 흐르게 됩니다.

고정바이어스를 채택한 파워앰프에서 조정용 VR이 접촉 불량이 되면 출력 진공관이 빨갛게 달아오르는 이유입니다.

결국 바이어스 전압이란 플레이트의 전류를 원하는 만큼,  일정하게 흐르게 하기 위하여 필요한 전압입니다.


신호의 증폭이 가능한 3극 진공관이 만들어지면서 본격적인 증폭기가 제작되기 시작하였습니다.

그런데 3극 진공관은 제어 전극인 그리드와 출력을 뽑아내는 플레이트가 서로 마주보는 상태이기에 입력용량이 큽니다.
이것은 높은 주파수를 증폭하는데 매우 불리한 내용입니다.

고주파를 증폭하기 위해서는 작은 입력용량을 가진 진공관이 필요하였는데,
입력 용량을 줄이기 위하여 1개의 전극을 더 넣어 만든 진공관이 4극 진공관입니다.

그리드와 플레이트 사이에 스크린 그리드를 넣어 제작된 이 4극 진공관은 예상외의 동작을 하였습니다.
그것은 특정 전압에서 갑자기 전류가 작아지는 부성저항의 특성을 갖고 있다는 것이었는데 이런 현상을 적극 이용한 발진회로에 주로 사용되고 있습니다.

이런 내용이 오디오와 관련된 부분에서 4극 진공관을 볼 수 없는 이유입니다.

4극 진공관에서 2차 전자를 제거하기 위하여 1개의 전극을 더 넣어 만든 진공관이 5극 진공관이며 이 전극은 억제 그리드(서프레셔 suppressor)라 불리며 5극 진공관의 스크린 그리드와 플레이트 사이에 위치합니다.

이 5극 진공관은 4극 진공관에서 전류를 줄이는 작용을 하는 2차 전자를 스크린 그리드와 억제그리드인 서프레셔의 작용으로 플레이트로 다시 보내지게 되며,  큰 플레이트 전류를 효과적으로 제어하게 되어 효율이 높으며 스크린 그리드의 작용으로 입력용량이 매우 적은 것이 특징입니다.

이런 특징으로 5극 진공관은 주로 고주파 증폭용으로 많이 쓰이며 효율이 높기에 높은 출력을 내는 출력관으로도 제작됩니다.

4극 진공관이지만 독특한 구조의 전극을 플레이트와 스크린 그리드 사이에 배치하여 스크린 그리드에 의하여 방출된 제2전자를 플레이트로 돌아가게 하는 작용을 하는 진공관을 빔관이라고 합니다.

빔관은 엄밀하게 분류를 한다면 4극 진공관이라 볼 수 있지만 흔히 빔관이라 하며,  5극 진공관과는 구분을 합니다.

빔관의 대표적인 관은 6V6, 6L6, KT88, 6550등.. 입니다.
빔관은 데이타시트에 BEAM으로 명시되어 있으며 5극관은 PENTODE라 명시되어 있습니다.

그러나 사용하는 입장에서는 빔관이나,  5극관이나 전기적으로 같은 동작을 하므로 굳이 구분하려 애쓰지 않아도 된다고 생각합니다.


다극관은 어떻게 결선하느냐!의 차이로 같은 관이면서도 다양한 동작을 할 수 있다는 장점이 있습니다.

1.5극관으로 결선시
장점: 효율이 좋아 출력이 높고 낮은 드라이브전압으로 충분한 출력을 얻을 수 있다.
단점: 3극관과 비교하여 왜율이 높다.
음질적 특징: 음이 화려하게 들리며 힘찬 느낌을 준다.

2. 3극관으로 결선시
장점: 왜율이 적다
단점: 효율이 낮아 큰 출력을 얻기 어렵고, 높은 드라이브전압이 필요하다.
음질적 특징: 음이 차분하고 세련되게 들린다.  

3. 울트라리니어방식으로 결선시
5극관 출력관의 단점인 왜율특성을 어느 정도 보완할 수 있으며 3극관 출력관의 단점인 효율이 증가하여 같은 조건에서 3극관 보다 조금 더 높은 출력을 얻을 수 있습니다.


*. 음질적 특징은 저의 주관적 견해입니다.

이렇게 같은 진공관이라도 어떤 방식으로 동작시켰느냐!에 따라 다른 결과를 얻을수 있습니다.
그런데 더 중요한 것은 출력관 하나로 음질적 특징이 정해지지 않는다는 것입니다.

그것은 출력관을 드라이브하는 드라이브관이 필요하고 드라이브관을 드라이브하는 초단관이 필요하기 때문인데,
결국 각각의 음질적 특성이 하나의 결과로 나오는 것이 앰프이기 때문입니다.

이것은 여러 향을 가지고 있는 것을 조합하여 하나의 향수로 완성하는 것과 같다고 생각합니다.


*. 별첨
5극관 결선시 왜율이 높다는 것은 3극관과 비교하여 상대적으로 높다는 것입니다.
5극관도 무귀환으로 동작시키는 경우가 있을 만큼, 왜율특성이 좋은 관이 많이 있습니다.
널리 알려져 있는 91B형 300B 싱글앰프도 초단관으로 5극관을 사용하지만 무귀환으로 구성되어 있습니다.

그러나 대부분 5극관을 이용하여 증폭회로를 구성할 경우 높은 이득을 활용하여 적절한 부귀환을 이용하는 경우가 더 많습니다.

사용하는 입장에서는 부귀환을 적용했는지, 아닌지는 크게 의미없다고 생각합니다.
음질로서 선택의 기준을 삼는 것이 맞다고 생각하기 때문입니다.  


자료 출처: 운영자 직접 작성  

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