출력단에 트랜스포머를 쓰는 앰프들이 있습니다.

매킨토시의 트랜지스터 앰프들이나, 진공관 앰프들입니다.

진공관의 경우는 동작전압이 수백볼트이고 n-형 소자 밖에 없기 때문입니다.

매킨토시 앰프들의 경우는 공학적인 이유는 별로 생각나지 않습니다.



트랜스포머를 쓰면 2차측 부하가 어떻게 되더라도 1차측은 영향받지 않는다고 생각하는 분이 계십니다.

그래서, 간단한 시뮬레이션을 해보았습니다.








왼쪽의 교류전압원이 진공관 출력단이고, 가운데 TX1 이 트랜스포머, 오른쪽 8옴 저항이 스피커입니다.

트랜스포머는 권선비가 10:1 입니다.

그래서, 인덕턴스의 비율이 100:1 이지요.

트랜스 포머 왼쪽의 44.4옴은 1차측 권선저항, 오른 쪽의 0.444옴은 2차측 권선저항입니다.

그 외에 누설인덕턴스는 편의상 없다고 했습니다.








20Hz에서 2만Hz까지 돌려보았습니다.

굉장히 큰 500mH:5mH 트랜스포머이지만 저주파에서 전달을 잘 못하는 군요.

고주파로 가면서 이 (자화인덕턴스만 있는) 이상적인 트랜스포머는 1차측이 95V, 2차측이 9.5V로 됩니다.

트랜스포머 권선비대로 10:1 입니다.

스피커로 전달되는 전압은 9.0V 입니다.



진공관앰프 출력단에서 100V를 내었으니, 이상적인 10:1 트랜스포머를 썼다면 스피커로 10V가 전달되어야 하는데, 10%가 줄어든 9V가 되었습니다.

이유는 1차측 권선저항에서 5%, 2차측 권선저항에서 5%가 줄어들었기 때문입니다.

즉, 5V 와 0.5V 씩을 잡아먹었기 때문입니다.



이 앰프의 경우는 댐핑팩터가 9 입니다.

스퍼커의 저항이 8옴, 스피커에서 바라본 저항이 0.444 + ( 44.4 / 100 ) = 0.444 + 0.444 = 0.888 옴 이고, 댐핑팩터 = (스피커저항)/(스피커 앞 저항) = 8/0.888 = 9 이기 때문입니다.

진공관 앰프 출력단 쪽에서 바라본다면 44.4옴이 바로 달려있고, 트랜스포머 건너편의 권선저항은 100*0.444 = 44.4옴으로 보이고, 스피커는 100*8 = 800옴으로 보입니다.

따라서 역시 댐핑팩터 = 800/88.8 = 9 입니다.



임피던스들을 따질 때, 트랜스포머를 건너가면 권선비의 제곱으로 따져줘야 합니다.



만약, 스피커 단자가 쇼트되었다면 어떻게 될까요.

진공관앰프 출력단에 바로 44.4 + 100*0.444 = 88.8옴이 연결된 것처럼 되겠죠.

그러면, 100V를 출력하고 있는 진공관앰프 출력단은 1.125A의 전류를 흘릴 것이고, 100*1.125 = 112.5와트의 전력손실을 내면서 빨갛게 달아오르겠지요.

8옴 스피커가 제대로 달려있을 때는, 0.1125A를 흘리면서 11.25와트의 전력손실을 내고 있었을 텐데 말입니다.



쇼트가 되어도 기껏해야 원래의 10배 전력손실이고, 진공관 전류가 포화되어 그렇게 까지 흐르지도 않기 때문에 쉽게 고장나지 않습니다.

트랜지스터 앰프가 보호회로 없이 스피커 단자 쇼트가 일어나면 터져나가는 것에 비하면 진공관 앰프가 그런 면에서는 튼튼해 보입니다.



하지만, 진공관앰프의 취약점은 저주파 특성이 떨어진다는 것과 댐핑팩터가 작다는 것입니다.

그 외에 동작 속도가 느리기 때문에 부궤환을 걸기가 어려워 고주파 특성을 희생하지 않으면서 발진방지를 하는 것이 예술 아니면 운이라는 것입니다.

그래서, 푸쉬풀 진공관 앰프는 모포를 뒤집어 쓰고 음악듣는 것 같고, 싱글 진공관 앰프는 저음이 적은 경우가 많은 것입니다.



진공관 앰프, 겨울에는 좋습니다만, 전기로 난방하는 것은 효율이 나쁜 방법입니다.