GM70 삼극 진공관은  Pd(Plate Dissipation, 플레이트 손실 전력) 125와트 진공관으로 히터가 캐소드 역활을 하는 직열관(direct heated triode) 입니다. 오디오 진공관의 최고로 불릴만한데 오늘 E-tracer를 이용해 플레이트 전압 750볼트까지 특성을 측정하고 앰프 설계를 해 보았습니다.

E-tracer 측정 장면입니다.

히터 전원 전력이 60와트 가까이 되어 외부 전원을 사용하였습니다.

노트북에서 E-tracer 프로그램을 사용하여 특성 데이터를 얻습니다. 플레이트 전압 0볼트에서 750볼트까지 바이어스 전압은 0볼트에서 120볼트까지 플레이트 전압은 5볼트 간격으로 바이어스 전압은 10볼트 간격으로 측정하였습니다.

아래 그래프는 실측 그래프입니다.

측정된 데이터를 기반으로 클로드 오퍼스 4.7을 이용해  Koren model을 만듭니다.

GM70.lib

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* GM70 Koren triode model

* Fit from eTracer scan: Vp 0..750V (5V step), Vg 0..-120V (10V step)

* Bias point check: Vg=-50V, Vp=700V -> Ip=123.2 mA (measured ~127.5 mA)

* gm=4226 umhos, rp=1868 ohm, mu=7.89

.SUBCKT GM70 P G K

+ PARAMS: MU=8.197 EX=1.3679 KG1=1129.50 KP=52.196 KVB=12103.39

* Koren triode equations

E1 7 0 VALUE=

+ {V(P,K)/KP*LOG(1+EXP(KP*(1/MU+V(G,K)/SQRT(KVB+V(P,K)*V(P,K)))))}

RE1 7 0 1G

G1 P K VALUE={(PWR(V(7),EX)+PWRS(V(7),EX))/KG1}

* Inter-electrode capacitances (typical for GM70)

CGK G K 13p

CPK P K 14p

CGP G P 6p

.ENDS

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아래 그래프는 실제 측정 데이터와 모델 예측이 잘 일치하는지 보여주는 그래프 입니다.

위의 모델을 사용해 싱글 앰프를 설계합니다.

위의 앰프는 JMLC 미드 혼 드라이버를 구동하기에 8옴로드 최대 출력이 1와트도 큰 편입니다.  따라서 통상적인 1000볼트 동작점이 필요 없고 좀 더 낮은 전압에서 앰프 동작점을 찾습니다. 600볼트 -36볼트 130밀리암페어 동작점을 선택하였는데   Pd 입력 78와트로 정격 125와트 대비 62.4% 입니다. GM70그리드 드라이브가 72볼트pp 이고 25.46Vrms 입력이 필요한데 5Vrms  출력 DAC 및 1:8 전압 증폭할 수 있는 입력트랜스(예, 룬달 LL1674)를 사용하면 40볼트rms  드라이브가 가능하기에 드라이브 진공관이 없는 출력관만 있는  단단(single stage) 앰프를 만들 수 있습니다. 3.8Kohm : 8ohm 출력트렌스 사용시 출력과 왜곡율 그래프는 아래와 같습니다. 8옴 로드 3.5와트 출력이지만 혼드라이버의 민감도가 105dB 이상이기에 1와트 출력도 아주 큰 소리 입니다.

실제 앰프를 만들었을 때 출력관만 기준으로 한 1와트 및 0.5와트 에서 하모닉 프로파일입니다.

3.8킬로옴 : 8옴 의 출력트랜스가 130밀리암페어의  DC 포화를 견디야 하기에 큰 코어를 사용해야 하고 3.5킬로옴의 상용 출력트랜스가 아니기에 직접 자작해야 합니다. 3.8킬로옴 로드 임피던스는 앰프 동작점에서 3차 하모닉이 최소가 되는 로드 임피던스를 연산을 통해 찾아 냈습니다. 특성 그래프만 그려서는 이런 작업을 할 수 없고 진공관 특성을 묘사하는  Koren 모델을 만든 후 연산을 통해 찾아 낼 수 있는 시대가 되었습니다. 

전원 만드는 일이 제일 문제인데  고정 바이어스 방식으로 만들어도  B+ 전압이 615볼트로 예측됩니다. 이제 앰프 설계는 거의 되었고 실제 앰프를 만들어 찾아뵙겠습니다. 감사합니다.