(5) 정격 용량을 지켜 과도하게 발열하지 않도록 한다

전원의 정격을 넘어선 상태에서 사용하는 것은 안전 면에서 바람직하지 않다. 전원을 제어하는 반도체 소자가 발열하여 최악의 경우 파손되는 사고로 연결될 수 있다. 전압, 전류, 온도 사양을 감안하여 절대 최대 정격을 넘지 않도록 설계해야 한다.

(6) 노이즈를 줄이는 연구가 필요하다

전원 변동이 크면 노이즈도 커진다. 노이즈가 큰 전원에서 헤드폰 구동 전류를 공급한 경우, 그 노이즈가 출력으로서 그대로 재생되는 경우가 있다. 이것은 S/N의 악화를 의미하며 오디오 성능 악화로 연결된다. 특히, 앰프 첫 번째 단 등의 미소 신호를 다루는 회로의 전원부에서는 날아든 노이즈가 마지막 단까지 증폭되어 출력되므로 신경 써야 한다.

바이패스 콘덴서를 넣어 전원의 임피던스를 낮추고, 리플 필터를 넣거나 대용량 콘덴서를 넣는 등과 같이 노이즈를 저감하는 방법이 있다.

(7) 저코스트로 심플하게 마무리한다

전류를 흘려도 전압이 변동하지 않고 노이즈가 적으며 발열하지 않는 이상적인 전원도 중요하지만, 요구되는 비용에 맞춘 전원 사양으로 너무 복잡하지 않은 시스템을 만들어야 한다는 것을 명심하기 바란다. 심플한 회로 구성은 트러블을 줄일 수 있다.

앰프만 좋다고 되는 것은 아니며 전원의 품질도 중요하다

헤드폰 앰프는 플레이어(음원)에서 재생된 음성 신호를 입력하면 헤드폰이 구동할 수 있는 신호로 증폭한다. 이 때, 헤드폰을 구동하는 전류는 모두 전원 회로에서 공급되므로 전원이 항상 안정되어 있지 않으면, 그림 A와 같이 입력 파형과 출력 파형의 상사성(왜곡 정도)에 악영향을 준다. 

노이즈가 많고 안정되지 않은 전원은 출력에 악영향을 줄 뿐만 아니라 동작에 불량을 부여하는 경우도 있다.

▲ 그림 A. 앰프만 좋다고 되는 것이 아니며 전원의 품질도 중요하다

1. 전원 품질에 따라 출력 전압의 안정성, 잔류 노이즈 특성이 변한다

NJM4556(신일본무선, 이하 JRC)을 사용한 비반전 앰프의 헤드폰 앰프에 더미 로드 33Ω을 부하로 하여 20Hz 사인파를 입력했을 때의 특성에 대해, 전원 종류를 바꿔 실험해 보았다.

그림 B와 같이 전원 레귤레이션 특성, THD＋N(전고조파 왜곡률＋노이즈) 특성, 무신호 시(입력 쇼트)의 잔류 노이즈 특성을 측정했다. 사용한 전원은 다음과 같은 3종류이다.

▲ 그림 B. 전원 성능과 헤드폰 앰프의 출력 특성 [비안정 전원에서는 디커플링 콘덴서가 너무 적을 경우, 부하전류가

증가하여 전원 레귤레이션이 악화된다. 그 결과, 전원이 드롭하여 출력 전류를 공급할 수 없어 신호가 클립된다.

또한, 전원에 포함된 리플 노이즈(전원 주파수 60Hz의 2배＝120Hz)가 앰프의 첫 단에서 혼입되어 THD＋N 특성과

잔류 노이즈 특성이 악화된다]

(1) 리니어 레귤레이터 IC

리니어 레귤레이터 IC NJM7812(JRC), NJM7912(JRC)를 사용한 안정화 회로이다. 

IC 입력은 ±16V이고 입력 디커플링 콘덴서는 3300㎌이며, 출력 디커플링 콘덴서는 470㎌이다. 전원 ±12V를 리니어 트랜스로 작성했다.

(2) 리니어 비안정 전원

전원 ±12V를 전원 트랜스로 작성, 디커플링 콘덴서 22㎌

(3) 스위칭 안정화 전원

PKS607(Power Integrations)의 ±12V 전원

(a)~(c)에서 (1) 직접 제작한 전원의 경우 각 특성에서 출력이 가장 안정되어 있다.

(d)~(f)에서 (2) 비안정 전원에서는 THD＋N이나 잔류 노이즈가 리니어 안정화 전원과 비교했을 때 악화되었다.

(g)~(i)에서 (3) 스위칭 안정화 전원에서는 전원 레귤레이션이 리니어 안정화 전원과 마찬가지이지만, 스위칭 노이즈가 신호 라인에 실려 THD＋N 특성과 잔류 노이즈가 낮게 나왔다.

이와 같이 품질 좋은 신호를 출력하는 오디오를 설계하기 위해서는 잡음이 작고 전압이 안정적인 전원이 필요하다.

三田村  規宏 

本 記事는 日本 CQ出版社가 發行하는 「トランジスタ技術」誌와의 著作權 協定에 依據하여 提供받은 資料입니다.