진공관이란 무엇인가? 

[관운]

진공관이란 무엇인가?

어떤 사이트의 질문 게시판에서 [진공관이 무엇인가요?]라는 질문이 있어, 웃은적이 있읍니다만, 처음 진공관앰프를 알려는 사람들에게는, 처음에 알아야할 꼭 필요한 기초 지식입니다.

 앰프의 증폭소자로서는 진공관, 트랜지스터, FET등이 있습니다. 이러한 것은 모두 작은 전기 산호를 크게 중폭하는 작용이 있습니다. 기본적으로는 단자가 모두 3개로서, 입력하는단자, 출력단자, 그리고 어스 단자로 되어있습니다.

          

 그럼, 진공관을  설명해 봅시다.   증폭소자로서 처음으로 세상에 나온것이 진공관입니다.
에디슨에 의하여 발견된 에디슨 효과(전구 속에 필라멘트와 또 하나의 전극을 넣으면  그 전극이 +일 때만 전류가 흐르는 현상)의 2극 진공관의 작용입니다. 정류관의 동작원리가 바로 이 원리입니다.
필라멘트와 전극P의 사이에서 열전자가 튀어 나오기 때문에 전류가 흐릅니다. 현재 필라멘트는 히터로 되고 열전자를 내는데는 음극 (캐소드)으로서 분리됩니다. <그림1>
이 2극관에 그리드(격자)를 넣은것이 포레스트라는 미국사람입니다. 그리드에 캐소드로부터 마이너스전압 V 주면 열전자가 그리드에서 반발되기 때문에 플레이트에는 전자가  조금 밖에 튀지 않습니다. 그러나 V를  조금 늦추면 열전자의 양은 크게 증가합니다. <그림2>

     

<그림3>은 3극관동작을 회로로 나타낸 것이데, 입력신호를 조금 변화시키면 출력에는 큰신호가 얻어지는
  것입니다.
<그림4>는 이런 현상을, 진공관의 특성곡선으로 나타낸것입니다.
이상으로 진공관의 증폭작용을 이해하시면 진공관자작에 첫발을 내디딘것입니다. 

 
에디슨 아시지요?

이 양반이, 진공상태인 유리관 속에 필라멘트( 음극 )를 설치하고, 필라멘트에 전압을 가하여 가열한 뒤 그 맞은편에 또 다른 극( 양극 )을 만들어 플러스전압을 넣었더니만,,,,어라???? 필라멘트에서 나오는 열전자가 플러스극인 플레이트로 끌려가는거라....이걸 에디슨 효과라 하는데...

어쨌거나, 전자에는 음극과 양극이 있고, 같은 극 끼리는 서로 반발하고....다른극 끼리는 잡아당기는 성질이있읍니다. 이건 중요한 사항으로 꼭 숙지하시기 바랍니다.

단순한 이 모양을 2극관이라고하는데, 앰프를 만들때, AC(교류)에서 DC(직류)를 얻기위한 정류관이 바로 이 2극관입니다.

그런데...이 2극관은 열전자가 항상 일정하게 흐르는데, 이 열전자의 양을 많이...또는 적게 흐르도록 조절하는 방법이 없을까??? 하고 궁리를 하게됩니다.

두번째 그림은 포레스트라는 사람이 실험 한 것인데, 음극의 필라멘트와 양극인 플레이트 사이에 그리드라는 극을 하나 더 넣은겁니다. 이때 이 그리드에 음전압, 즉 마이너스전압을 가하면 음극의 전자가 플레이트로 흐를까요? 같은 극은 반발한다고 한 말을 기억하세요.

그리드에 음전압을 가하면 히터( 필라멘트를 히터라고도합니다.)의 음극과 반발하여, 전자는 흐르지않고, 따라서 양극인 플레이트에 전자가 전달되지않습니다.

그런데, 예를들어, -100V의 전압을 가했을때, 전자가 흐르지 않다가, -90V, -80V,..-60V,,,, -10V,,,,0V,,1V,,2V,,,10V,,, 이렇게 그리드의 음전압을 점점 양전압으로 변환시켜주니까 점점 많은 양의 전자가 그리트를 통하여, 플레이트 쪽으로 흐른다는겁니다.

어느 일정한 음전압을 그리드에 걸면, 플레이트에 전달되는 전자의 양도, 원하는 만큼 조절 할수있다는것을 발견한 거지요.

이때, 전자적으로 변환 시킨 조그만 소리파형(어떤 신호라고 봅시다)을 그리드에 넣었더니 그 파형이 플레이트에 확대되어 나타나더라는겁니다.
이것이 3극관이라는것으로...우리가 앰프에 사용하는 진공관이라는것이며, 그 기호는 아래 그림과 같이 나타 냅니다.
 
위 그림의 3극관이 우리가 흔히 출력관으로 사용하는 2A3, 300B, 211, 845....같은 관으로 이것을 직열(히터에서 직접 열전자를 방사한다는 뜻)3극관이라고합니다.

이 직열관은 증폭도가 낮은 경우에는 별 문제가 없는데, 증폭도가 높은 관으로 만들 때는 약간의 문제가 있읍니다. 그것은 음극으로 사용하는 히터, 즉 필라맨트의 소재나 형태가 편편하고 똑 바른것이라면, 전자가 그리드에 도착하는 시간이 같겠지만, 백열등의 필라멘트처럼 나선형이거나...설치 구조가 똑 바르지못할 경우에는, 전자가 그리드에 도달하는 시간이 똑 같지는 않지요?

이 똑 같지않다...라는것이 재생되는 소리에서는 좋지않은 디스토션으로 나타난다는겁니다.
직열관 표시그림에서 히터표시가 V 자가 거꾸로 있는것처럼 그려져있지요?
그 이유를 생각해 보세요. 
  
그래서 생각 해 낸것이, 히터위에 매끈하고 똑 바른 판을 설치하고, 케소드라는 이름을 붙인겁니다. 이것은 히터의 열로 케소드를 가열하고, 가열된 케소드에서 전자가 그리드로 전달되게 하는겁니다. 이 케소드가 있는관을 방열관이라 하는데....아래 그림이 방열 3극관의 표시그림입니다.
 
방열관은 케소드가있으므로해서 디스토션이 적고, 또한 히터를 AC(교류)로 점화했을때 생기는 AC노이즈를 감소시키는 효과가 있어서, 증폭도가 높은 앰프의 입력 초단에 많이 사용합니다.
그런데...이 3극관에서 더 증폭도가 높고, 효율이 좋은 관을 만들기위하여 극을 하나더 넣은것을 4극관이라고합니다. 하나더 넣은 극을 스크린그리드, 또는 2그리드라고합니다.
 
2그리드에 양극의 전압을 넣었을때, 같은 양극인 플레이트와 반발하여, 플레이트로 전자가 잘 이동하지 않겠지요? 이 문제를 어떻게 해결한다?.......

예를들어, 2그리드에 200V의 전압을 걸었다 합시다. 그리고 플레이트에도 그 정도의 전압을 걸면 서로 반발하던 전자가. 이번에는 플레이트에만 1000V 또는 그 이상의 아주 쎈 전압을 걸면 어떻게 될까요?
 
2그리드보다 훨씬 강한전압을 플레이트에걸면, 이번에는 전자가 이동합니다. 쎈 힘으로 억지로 끌어 당기는거지요.
실제, 아주 높은 전압을 거는 송신관 중에는 이런 4극관이 있읍니다.

그런데, 오디오에 사용하는 전압은 대게 400V내외의 전압인데...2그리드와 거의 같은 전압을 플레이트에 걸고도 전자 이동이 원활하도록 하는 방법은 없을까요?

간단하지요....2그리드와 플레이트 사이에 음극을 하나 더 넣으면 어떻게 됩니까?
양극, 음극, 양극이 되어 전자 이동이 잘 되겠지요?
그래서, 플레이트와 2그리드 사이에 3그리드라는 음극을 하나더 집어놓은것이 5극관입니다.

대표적인것이 6BQ5, 6CA7, EL34...같은 관인데, 이 3그리드는 관 내부적으로 같은 음극인 케소드에 내부접속되어있는 경우가 많습니다.
 
6V6, 6L6, 6550, KT88....같은관은 흔히 그냥 5극관이라고 부르고는있지만, 데이타 자료를 찾아보면, 엄밀이는 이런관을 빔관이라고 이름이 붙어있읍니다. 이는 2그리드의 형태가 빔의 모양을 하고있다고해서 붙여진 이름인데...동작 형태는 5극관과 마찬가지라고 보면 무방합니다.

이 5극관에다 극을 더 넣어 7극관 같은것도 있지만 이는, 특수용도에 사용하기위하여 개발 한 것으로, 오디오에는 사용하지않습니다.

이번 왕초보따라하기에는 빔관인 6V6을 사용할것이고, 초단관으로 사용할 6922라는관은
하나의 히터에 3극관이 두개 들어있는데, 이런걸 쌍3극관이라고합니다.
데이타를 찾아서 그림을 잘 보세요.

각 진공관은 내부구조가 핀으로 연결되어 밖으로 나와있는데, 각각의 관을 고정할수있는
소켓이 있읍니다. 8개의 핀이 있는 6V6은 8핀소켓을 사용하고, 6922는 9핀 소켓을 사용
하는데...데이타자료에 나와있는 핀 배열도는 밑에서 보았을때의 그림입니다.

각 소켓마다의 핀 배열은 1번핀에서 시계방향으로 번호가있고, 그 번호에 맞게 관의 내부가
연결되는데....그 1번핀을 알아보는 핀 가이드가 꼭 있읍니다.

이 핀가이드가 없다면, 어떤핀이 어떤 내부에 연결되는지 모를것이지요?
8핀소켓은 가운데 구멍을 잘 보면 한쪽이 움푹 들어간곳이 있는데, 그 표시가 핀가이드입니다.
9핀소켓은 핀 간격이 일정한데, 한쪽에 핀간격이 일정하지 않고 넓은곳이 있읍니다.

그 넓은 곳이 핀 가이드입니다.
 
진공관 메뉴어리에서 찾아, 확대복사해서 꼭 숙지하도록 하고, 실제 관과 소켓을 구해서
살펴보면서 1번핀을 꼭 숙지하도록 합니다.

4. 회로와 부품의 이해

회로와  부품의 이해

회로라는 말은 앰프를 만들기 위한 설계도면으로, 부품들이 연결 되어있는 상태와 전압...등이 표시되어있는  그림을 말한읍니다.

 

위 회로를 보면  여러 가지 기호가 보이는데

1    

                                 저항기의 표시로 저항값과 용량이 표시되어있습니다.
                                  저항이 문자 그대로 전기가 쉽게 흐르지 못하도록  설치된 것과 같은  부품인데,  차를  타고

                                  가다보면  검문소 같은 곳에  자동차가 쉽게 진행하지 못하도록  지그재그로 바리케이트가

                                  설치된곳을  연상하면 이해가 쉬울것입니다.
예를들어,  1k의 저항에는  1000개의 바리케이트가 설치되어  전기가 흐르기 어렵게 만들어진것이라면,   10k의 저항은 10000개의 저항치가 들어있다는 뜻이고 1k의 저항 보다는,  저항값이 높다...라고 말합니다.

단위는 옴(ohm)이라고하며.   항상, 수용할 수 있는 전력용량 표시인  w(왓트)가 표시되어있습니다.  

 간혹 다른 회로에 w값의 표시가 없는 경우도 있는데. 대개는 1w로 보면 됩니다.

1k 1w라고 쓰여진 저항이 있다고하면,  1키로옴 1왓트라고 읽으며. 이 저항은 직열연결과 병열 연결도 할수있는데,

    이렇게  1k의 저항을 2개를 직렬로 연결하면,  w는 그대로 1w이며, 저항값은 2배로 2k가 

                                       됩니다. 
 
 

       이렇게 1k의 저항을 2개 병렬 연결하면  저항값은  1/2, 즉 500옴이되며  w값은 2배인 2w로

                                 늘어    납니다.

저항의 직,병렬은 앰프를 만들다보면 여러번 그 이야기가 나오기때문에,  꼭 숙지해 두기바랍니다.

        같은 저항인데,  화살표시의 2번이 오르내리면서 적정한 저항값을 선택할수 있는  가변 저항기이며, 

                        흔히 볼륨이라고도 합니다.

2    

                           콘덴서를 나타내는 기호인데,  극성이없기 때문에, 무극성콘덴서라는 것으로  직류는 차단하고, 

                           교류 (신호는  교류)는 통과하는 성질을 가지고있습니다.  그리고  용량에 따르는 주파수를 갖이고

                           있습니다.   주로 회로와 회로를 연결하는 역할로 사용하기 때문에, 커플링 콘덴서라고도 합니다.

재료는 여러 가지가 있는데,  오일, MP(메탈포리푸로필렌), MF(메탈필름), PP(포리푸로필렌)  스티롤....등이 있는데, PP의  소리가 좋다고합니다.
허용전압과  용량(uf 마이크로파라트, 또는 줄여서 마이크로라 읽는다)이 표시되어있습니다.

3.  

                          콘덴서 중에서 전해콘덴서라고하는것으로, 극성이 표시되어있으며, 크기에  비하여 용량을 크게

                    만들 수 있어서,  주로 전원부에 많이 사용됩니다. 전기를  저장하는 탱크라고 생각하면 됩니다.

4.        

                                            트랜스를 나타내는 기호인데,  트랜스는 바꾼다...라는 뜻으로  변환을 뜻합니다.  

                                            전원부에 사용하는 전원트랜스는 전압변환기로서,  1차  전압에 대하여, 2차전압은

                                            필요에 따라 설정하는데  전압 V와 전류 A(암페어)표시가  꼭 같이있습니다.
출력트랜스는 임피던스(저항값)변환기로서, 1차는 사용하는 진공관의 내부 임피던스에 상응하는 저항값의 표시가있고,  2차는 연결하는 스피커의 임피던스와 맞게  임피던스가 표시되어있습니다.  저항값의 표시와 함께 같이있는 용량표시 W는 트랜스의 크기를 짐작 할 수 있는 단위입니다.

5  

                                 다이오드를 표시하는 기호입니다.   교류를 직류로 바꾸는 역할을 합니다.

                                 띠가 있는 쪽이 (-)마이너스 이며. 회로에서처럼  이 다이오드가 4개 연결된 모양을 브리지 방식이라 하는데, 네모난 모양의 틀에 넣어 만든  브리지 다이오드가 있습니다.

6   

어스기호입니다. 흔히 그라운드, 접지라고 합니다.

이 이외에도  회로에 사용되는  기호가 더 있지만  이번 회로에 사용되는 것만이라도 충실히  숙지해 두기로합니다.

그리고 본 홈에 링크되어있는  DHT sound에 들어가보면,  위에 열거한 각종 부품의 사진들이 잘 정리되어있기 때문에,  보고  참고하기 바랍니다.

맨 위에 있는 회로 중에서  그려지지않은 부분이 2군데있는데....6.3V히터접속과  220V인입선을 위한 회로가 그것인데,   그것은 통상 다른 여러 회로를 보아도 그려져있지않은 경우가 많은데 그것은 특별한 장치가 없는한  다 같기때문

입니다.

그림으로 그리면 다음 그림과 같고,  꼭 숙지 해두면, 다른 회로에서도  나타내지않아도 당황하지 않을것입니다.

   

진공관 메뉴얼에서  6V6GT, 6922의  히터핀을 확인합니다. 방열관에서 히터는 케소드를 뜨겁게 해주는 역할로, 군불을 지피는 장치라고 생각하면 쉽습니다.

[출처] 진공관의 기초