[完] MOSFET 80W Power Amp 설계 및 제작(1)

MOSFET을 구하기 힘들어 졌다.

구보다회로(이재홍님)에서 사용된 초단 TR은 5핀짜리 2SC1583/2SA798로 구하기 어렵다. 기존에 프리앰프 만든다고 대거 사다놓은 저잡음 TR인 2SC2240/2SA970을 이용해서 구성할것이다.

2SA794/2SC1567은 히타치TR인 2SB649/2SD669을 사용했는데 단종되어 중국 copy 2SB649/2SD669또는 대략 유사한 KSC2690A/KSA1220A 또는 MJE15032/MJE15033을 검토후 사용할것이다. 아무래도 중국산보단 대체쪽이 나을듯하다. 출력 MOSFET은 2SK134/2SJ49를 사용하면 금상첨화이나 이제 구하기 불가능하다고 생각했는데 오디오*럽에 재고가 있어 캔타입으로 사용할것이다. 히타치 2SK134/2SJ49와 저렴한 exicon사의 ECF 10N16/10P16이 아직 있다.

히타치꺼는 비상용으로 주문하였고 실제 나만의 MOSFET에는 exicon사의 MOSFET을 사용할것이다. 이 소자는 MOSFET중에서 lateral 구조로 되어 있는것이라 오디오용으로 적당하다. 현재 시중에서 구할수 있는 Mosfet은 vertical 구조라 오디오용으로는 적당치 않다. 예를 들어 IRFP240/IRFP9240, FQP10N20/FQP12P20 등등...

처음엔 이녀석들을 구해서 해볼려고 했는데 구입후 자료를 수집하다보니 audio용으로 적합치 않다. 

오디오용인 lateral 구조의 Mosfet은 negative 온도 계수를 가지고 있어 온도 보상이 필요없으나 HEXFET(IRF)등의 vertical 구조 Mosfet은 positive 온도 계수라 열폭주등을 고려하여야 하고 Turn-on할려면 2-4V의 바이어스가 필요하고 음질적으로도 의미가없다고 한다. 하지만 이를 이용해서 오디오용으로 제작하는 사람들도 많다. 나중에 관련 회로를 들여다 봐야 겠다.

 

간결한 구보다 회로를 이용하여 값싸게 동등의 음질을 구현할수 있게 하는게 목표이다.

 

■ 대략적 회로 해석

 1) 초단 : 입력 base를 0V라 하면 Vbe=0.6V, 에미터 저항 68K에는 45V-0.6V=44.4V, 따라서 0.65mA가 흐른다.

           : 이때 콜렉터에는 에미터 전류의 1/2이 흐르게 되는데 4.7K에 0.325mA가 흐르게 된다.

 2) 프리드라이버

           : 초단 4.7K에 걸리는 전압이 약 1.5V정도이다. 이전압이 프리드라이버 TR의 베이스와 에미터 저항쪽에 걸린다. 

           : 1.5V-0.6V=0.9V, 0.9V가 저항 100R에 걸린다. 따라서 흐르는 전류는 9mA 이다.

           : 대략 10mA정도로 설정하는데 이정도면 적당한듯 하다.

 

■ MOSFET 60W 개조 point

 1) 초단 TR의 전류 증가

   : 68K에 0.65mA, 4.7K에 0.325mA 로 너무 적은량인 것 같다. 초단 TR은 약 1mA 정도로...

   : C3200/A1268은 1~2.5mA에서 최적이란 얘기도 있다. 전류가 커지면 저주파쪽 noise가 증가해서

    일단 1mA정도로 설정하였다.

   : 참고로 symasym 앰프의 초단 전류는 약 1.36mA이고 P-03A 앰프는 1.25mA이다.

    1mA도 과한것이 아닌가 고민했는데 몇몇 회로를 보니 괜찮을것 같다.

   : 에미터쪽 LED 정전류 회로 장착 

 

 2) 앰프 게인 증가 : feedback 저항 변경 

   : (Rf+R1)/R1=(18K+1K)/1K=19, 80W급으로 19배는 낮은듯하다. 

   : 100W급은 약 28배, 50W급은 약 20배 정도로 한다고하니 82W급은 24~25배 정도로 하면될듯.

   : 1K와 접지사이 전해 100uF 접속

 

 3) 전원트랜스 검토 (현재 회로상 표기된 ±45 기준으로 보면 약 82W 급이다.)

   i) Po=(Vc^2/(2*RL)) → Vc=√(Po*2*RL), 82W 입력시 Vc전원은 ±36.22V

   ii) 실효전류 I=√(Po/RL) = 3.2A

   iii) Max 전류 Imax = √2 * I = 1.414*3.2A = 4.5A

   iv) MSOFET 출력단 통과 전압 = 36.22V + 6V(Vsd_saturation) + 0.5*4.5A(에미터 저항 걸리는 전압) =45V

       : 실 공급 전압은 45V이다.

   v) 트랜스 전압은 45/1.414 = 양파로 약 32Vac이다.

   vi) 필요한 전류는 평균전류 Ia = √2/Pi * √(Po/RL) = √2/Pi * √(82/8) = 1.43A

   vii) 트랜스는 ±32Vac, 2채널은 1.43*2 , 32*2*1.43*2 = 182.7W 급 필요, 200W 이상 필요로 300W급 장착 예정

  

 4) 입력 cap 축소 조정

   : 47KR+4.7uF(0.72Hz), 47KR+2.2uF(1.54Hz), 47KR+1.0uF(3.4Hz)

   : 입력캡을 4.7uF에서 2.2uF으로 변경할것이다.

   : 다행이 기존 앰프서 뜯어낸 폴리프로필렌 엑시콘 2.2u가 있어 이걸 이용하면 될것이다.

   : 24KR+2.2uF(3Hz)

 

■ TR 선정

 1) 초단 TR

   : 저잡음 TR인 2SC2240/2SA970 류인,

     C3200(NPN, 120V, 0.15A, 0.4W, ft 80MHz)와 A1268(PNP, -120V, 0.1A, 0.3W. ft 100MHz)를 사용

     선별하여 C3200 hfe 297, 293, 237 1pair씩, A1268은 297, 294, 237 1pair씩 준비 했다

     C3200 hfe 297과 A1268 hfe 297로 같이 작업하였고, C3200 hfe 293과 A1268 hfe 294로 같이 작업하였다.

     각각의 hfe 237은 LED 정전류부 TR로 사용하였다.

 

 2) 프리드라이버 

   : B649(PNP, -160V, -1.5A, 20W, ft140MHz) / D669(NPN, 180V, 1.5A, 20W, ft140MHz) 대신 

     A1220(PNP, -160V, -1.2A, 20W, ft125MHz) / C2690(NPN, 160V, 1.2A, 20W, ft155MHz)를 사용할것이다.

 

 3) 출력 MOSFET : ECF 10N16/10P16

 

입력쪽 R5 47KR은 R9과 같이 24KR로 변경하였다. 아무래도 차동증폭기의 입력 저항을 같게 맞추는게 맞을것 같다.

feeback 저항인 R9는 24K옴으로 25배의  게인을 설정하였다. 초단 정전류의 LED는 Green으로 고휘도가 아닌 일반 저휘도용을 사용하면된다. 

Mosfet의 소스쪽 저항은 0.3R/5W를 사용하였다. 

 

 

90% 진척 상황

 

 

100% 완료

뜨게질에 대한 열정이 갑자기 식어 1달 방치 하였다. 오늘 드디어 작업을 하여 완료 하였다. 케이스 구입하여 구겨 넣어야 할게 남았다. 어서 소리를 듣고 싶은데 이 게으름이 또 발목을 잡는다 

2탄은 케이스에...