2극진공관 Diode

[서암]

                   2극관 Diode 

     

 열전자 2극관, 반도체 다이오드 같은 것들은 저전압 저 전류용 신호 다이오드로 분류되고 고전류 고전압을 취급하는 소자는 정류 다이오드로 분류된다. 다이오드는 전자방출음극과 전자를 받는 양극(Plate)로 구성된다. 위 그림에서는 상용 진공관들의 케소드와 플레이트를 나열하고 그 명칭을 보여준다.

한쪽 방향으로만 전도되는 것이 Diode의 특징으로 증폭작용은 하지 못하나 정류 및 검파용으로 잘 이용되어왔다. 신호용 Diode는 항상 간접가열 케소드를 사용함으로서 회로구성을 용이하게 할 수 있다. 그러나 통상 100 Volt 정도의 히터-케소드 간 지정 전압을 초과할 수 없다.

정류 2극관은 때로 산화망간 코팅 케소드 필라멘트를 이용하는데, 이 케소드는 전력소비가 적으면서 큰 전류가 요구되는 경우에 효율적이다.

열전자 2극관은 반도체 다이오드로 거의 모두 대체되어 왔는데, 경제적인 이유, 물리적인 크기, 필라멘트 전원 소요 등이 큰 요인으로 작용했다. 1A를 흘릴 수 있는 실리콘 다이오드는 불과 수 백원 정도이고 크기도 매우 작고 회로구성도 아주 간단하다. 어쨌든 2극관은 우리에게 열전자 방사와 다른 재미난 것들을 가르쳐 주며 분명히 다른 장점이 있다.

2극관의 순방향 전압은 항상 낮아 15V 정도이다. Plate 전류는 대략 애노드-케소드 전압의 3/2 전력에 비례(Langmuir-Child 법칙)하며 비례상수는 perveance라 한다. perveance는 진공관의 기하학적구조에 따라 결정되며 면적이 커지고 간격이 가까워질수록 증가하는 특성을 가진다.

               d=거리 e=전하 m=매질 V=전압 

現 시점에서는 2극 진공관을 대신하여 실리콘 반도체 다이오드를 많이 사용한다. 정류관은 필라멘트 전력을 소모하며 공간을 많이 차지한다. 그리고 발열량도 만만치 않으며 수명은 한정 되어있다. 실리콘 다이오드는 이러한 단점을 보완하고 있고 가격이 비교할 수 없을 만큼 저렴하기 때문에 이것을 선호하는 것은 당연하다 할 수 있다. 그러나 2극 정류관이 단점만 가진 것은 아니다. 순간적인 과부하에서 잘 견딜 수 있으며 B+ 전압을 천천히 공급하여 다른 진공관이 예열되지 않은 상태에서 고압이 공급되어 수명이 단축되는 것을 방지한다. 아래 그림은 현재 성능이 향상되어 생산되고 있는 각종 정류관과 반도체 대체품을 보여준다. 현대 진공관들은 대부분 러시아, 동유럽국가, 중국 등에서 생산되며 매년 10% 이상 수요가 증가하고 있다고 한다.

이외에도 수많은 2극관이 있지만 개인이 소장하고 있는 종류의 구형관들을 소개하지 않는 것은 이러한 것들을 이용하여 앰프를 제작할 경우, 나중에 고장으로 부품을 교환하고자 할 때 부품을 구하지 못하거나 고액을 지불해야 하는 문제점이 있기 때문이다.

반도체 Diode를 사용할 경우 각 진공관이 충분하게 예열되지 않은 상태에서 전원 투입과 동시에 B+가 공급되는 문제를 보완하기 위해서 필라멘트 전원이 공급된 후 약 1분정도 후 B+가 공급되도록 지연회로를 사용한다. 이회로는 간단하게 FET TR, R. C. Relay 등으로 간단하게 조합할 수 있어 그다지 부담되지는 않는다. 그러나 새시의 공간이 충분하고 모든 여건이 갖추어진 경우라면 정류관을 배치하는 것이 표준 설계 방법이라 할 수 있다.

□ 5Y3 Rectifier

5Y3은 중 출력 직열형 정류관으로 1935년 RCA에서 발표한 후, 옛날 전자기-타(Electronic Guitar) 앰프나 라디오에 많이 사용한 진공관이다. 이것의 기본은 4PIN 80 ST관에서 유래한다. 80 과 5Y3의 성공은 5V3, 5W3, 5X3, 5Z3, 5U4, 5Z4등의 유사관으로 확장되었으며 1960년대에는 240mA 급의 3DG4로 완벽을 기하였다. 통상적으로 러시아 SOVTEK 5Y3으로 대체할 수 있는데, 이것은 직열관이 아닌 방열관으로 기존관의 120mA 허용 전류보다 높은 144mA의 전류를 지원할 수 있다. 어쨌든 SOVTEK은 기존의 5Y3은 아니며 기존 5Y3보다 전압강하가 적어 대체할 경우 전압이 증가하므로 주의해야 한다.

□ 5AR4 / GZ34 / CV-1377 Rectifier

5AR4, GZ34, CV1377은 동등관으로 비교적 부피가 작으면서 큰 전류를 흘릴 수 있다 오디오 앰프의 경우 6L6pp 또는 6V6pp, 6BQ5pp 스테레오에 사용할 수 있다. 이것은 성능 좋은 케소드를 사용하는 방열형 정류관으로 다수의 현대관이 여러 회사에서 생산되고 있다. 필라멘트 소켓은 2번과 8번이며 B+ 전압은 8번에서 인출토록 한다. 2번에 연결하면 B 전류가 히터를 통하게 되므로 바람직하지 않다(FIL: 5V 1.9A PIV=1500V, Imax=225∼250mA).

특성 및 최대 허용치

■ Capacitor input

AC IN (Volt rms)	2x300	2x350	2x400	2x450	2x500	2x550
DC OUT (mA)	250	250	250	250	250	160
전원 임피던스 (Ω)	2x50	2x75	2x100	2x125	2x150	2x175
입력콘덴서 (uF)	<60	<60	<60	<60	<60	<60
출력전압 (Volt)	300	350	400	450	530	610

■ Choke input

AC IN (Volt rms)	2x300	2x350	2x400	2x450	2x500	2x550
DC OUT (mA)	250	250	250	250	250	225
초크인덕턴스 (H)	10	10	10	10	10	10
출력전압 (Volt)	240	283	326	370	415	460

□ 5U4 Rectifier

5U4와 5Z3은 전기적으로 동일한 정류관이다. 5U4는 8핀 옥탈 소켓용이고5Z3은 단지 4핀을 사용하는 UX4 소켓을 사용한다. 5U4G와 5Z3은 호환이 가능하다. 일반적으로 5U4G와 5U4GB는 같을 것이라고 이해하고 있지만, 사실은 5U4GB는 개량형으로 성능이 향상된 관이다. 이것은 내부저항이 적어 관내 전압저하가 적고 더 많은 전류를 흘릴 수 있다. 5U4GB를 사용하고 있는 장비에 5U4G로 교체할 경우 문제가 발생 할 수 있다.

5U4G VS 5U4GB 출력특성 비교표

AC Input Voltage	5U4G Max Ratings				5U4GB Max Ratings
	L - input		C - input		L- input		C- input
	10 H		<40µF		10 H		<40µF
	V	mA	V	mA	V	mA	V	mA
200	110	270	95	250	115	340	160	320
250	165	270	160	250	160	340	230	310
300	210	270	220	240	200	340	290	300
350	260	270	290	235	240	340	340	290
400	300	270	360	230	290	340	400	280
450	345	270	430	225	340	340	460	270
500	390	270	500	190	380	320	535	240
550	440	225	590	150	440	275	630	160

□ EZ81, 6CA4 Rectifier

EZ81, 6CA4는 미니츄어 전파정류관이다. 특별히 컴팩트한 앰프에 적합하도록 소형 대 전류 양파정류관 형태로 고안되었다.

최초 Mullard에서 제작한 150mA급 EZ81은 90mA 급 전파정류관 EZ80과 형제간이라 할 수 있다. 1950년대 말부터 1960년대 기간에 이러한 형태의 정류관이 절실히 요구되어 개발이 구체화되었다.

콘덴서의 최대저장용량은 50 µF 였고 최소한의 직렬저항은 각 양극당 240Ω을 가진다. 19 mm직경의 얇은 유리관에 밀봉되었으며 B9A 베이스 핀을 제외하고 67 mm 높이이다. 현대관은 JJ Tesla(Slovak) E.H(Russia) 등의 회사에서 제조 판매한다.

■ 주요 제원

- Vfilament=6.3V @ 1A

- Vplate maximum=350VDC

- Iplate maximum=150ma

- Max Peak Inverse Plate Volts=1200 volts

이외에도 5R4, 6X4, 6X5... 등 수많은 종류의 정류관이 있었으나 현재는 생산되지 않고 사용의 필요성도 느끼지 못하여 설명을 생략한다.