3 극관 Triode 3 극관 은 3 개 의 능동 전극 을 가진 전자 증폭 소자 로 Filament ( Cathode 또는 음극 ) , Grid , Plate ( Anode 또는 양극 ) 등 3 개 요소 를 가진 진공관 을 일컫 는 말 이 다 . 1906 년 에 드포레 ( Lee de Forest ) 가 당시 Audion 이 라 하 는 3 극관 에 대한 특허 를 내 었 는데 제 3 전극 인 Grid 는 전자 흐름 을 제어 할 수 있 게 하 였 다 . 드포레 의 Audion 은 실제로 증폭 작용 을 하 였 는데 1912 년 다른 연구자 가 발표 하 기 전 까지 진공관 수명 연장 을 위한 작업 으로 헤매 고 있 었 다 . Audion 관은 의도 적 으로 약간 의 저압 가스 를 담 았 다 . 3 극관 이 라 명명 된 것 은 진공관 내 에서 가능 한 모든 가스 를 뽑 아 내 었 다 . 3 극관 ( Triode ) 호칭 은 나중 에 부여 되 어 되 었 는데 , 4 극관 . 5 극관 등 이 다양 한 종류 가 나와 이 를 포괄 적 으로 구분 할 필요 가 있 던 시기 였 다 . 응용 분야 현재 는 사람 들 에게서 3 극 진공관 은 반도체 가 출현 하 면서 트랜지스터 에 크 게 밀려 한물 간 것 은 사실 이 지만 하이엔드 와 마이크 프리 앰프 나 전기 기타 ( Electric Guitar ) 와 같 은 전문 음향 분야 에서 는 지속 적 으로 확실 하 게 그 자리 를 고수 하 고 있 는 실정 이 다 . 어떤 기타 맨 은 통상 그 원 하 는 소리 를 얻 기 위해서 진공관 앰프 외 에 는 방법 이 없 다고 하 기 도 한다 . 많 은 사람 들 이 이런 식 의 3 극 진공관 방식 의 오디오 를 선호 하 는 데 반해 , 부 궤 환 을 전원 공급 의 한계 까지 직선 화 하 여 퉁명 스럽 게 자르 는 일반 적 인 반도체 앰프 보다 부드럽 게 포화 되 는 특성 을 가진 진공관 앰프 의 찌그러 짐 이 듣 기 에 즐겁 기 때문 이 다 . 3 극관 의 구조 그림 은 옛날 에디슨 의 전구 같이 생긴 커다란 볼록 전구 모양 의 Audion 을 보여 주 며 Filament 다음 에 마치 천조 가리 같 은 Grid 그리고 평철판 Plate 가 보인다 . 현대 3 극관 은 통상 실린더 모양 으로 제작 하 는 데 필라멘트 또는 Heater / Cathode 가 중앙 에 있 으며 Grid 가 그것 을 둘러싸 고 , 전체 를 Plate 가 에워싸 는 구조 로 되 어 있 다 . 이러 한 실린더 형 관의 Grid 는 콜크 오프너 또는 스프링 모양 의 나선 형 구조 로 되 어 있 다 . 6 AS 7 G 나 6080 같 은 진공관 을 들여다보 면 확실히 볼 수 있 다 . 동작 원리 전자 는 2 극관 과 똑 같 은 원리 로 Cathode 에서 방출 한다 . 그것 들 은 Cathode 주변 에서 공간 전하 를 모아 심각 한 피해 를 입힐 수 있 는 무거운 양이온 으로부터 보호 한다 . 통상 적 인 동작 에서 Grid 는 Cathode 와 연관 되 어 음극 이 되 며 절대로 양극 으로 가 지 않 는다 ( 고주파 송신관 제외 ) . Grid 는 전자 를 끌 어 들이 지 않 는데 그 이유 는 그 선 이 너무 가늘 기 때문 이 다 . 요즘 진공관 들 은 우연 한 경우 극소량 의 전자 가 흘러가 는 수 가 있 다 . Grid 의 전자계 는 음극 화 전하 를 되돌려 보내 고 Plate 로 흐르 는 수량 을 제한 한다 . Grid 가 충분히 음극 화 되 면 전자 는 전혀 흘러가 지 못하 며 음극 화 가 덜 해 지 면 조금 조금 전자 를 통과 시킨다 . 실제 회로 초창기 에 Battery 전원 을 사용 하 는 Radio 는 Grid Bias 용 C 전지 가 있 었 다 ( A Battery 는 Filament 용 이 고 , B + 라는 명칭 은 B Battery 에서 유래 ) Heater 형 진공관 의 출현 은 Grid 바이어스 전원 을 다른 방법 으로 끌어오 는 것 을 가능 하 게 하 였 다 . Cathode BiasCathode Bias 단 은 셀프 바이어스 라고 도 하 는데 . 이 바이어스 전압 은 외부 에서 가져오 지 않 고 진공관 의 Cathode 회로 에서 생성 하 거나 튜브 자체 로 해결 할 수 있 는 다른 방법 을 생각 하 게 되 었 다 . 어떤 진공관 의 Grid 가 - 2 Volt 가 필요 하 다고 가정 해 보 자 . 그것 은 Cathode 가 0 Volt 이 고 Grid 가 - 2 Volt 위치 임 을 의미 한다 . 그러 면 2 Volt 양측 값 에 부가 한다고 가정 해 보 자 . Grid 전압 이 0 Volt 가 되 고 Cathode 전압 이 + 2 Volt 가 된다 . Grid 는 요구 되 는 Cathode 로부터 - 2 Volt 떨어져 있 게 된다 . 3 극관 의 Cathode 를 수 Volt 정도 의 양극 으로 하 기 위해서 Cathode 저항 을 두 는 회로 를 설명 하 고자 한다 . 다시 Heater 연결 을 추정 해 보 자 . 이 표기법 은 모든 진공관 매뉴얼 에서 볼 수 있 는 고정 저항 결합 증폭기 도면 이 다 . Rc 는 Grid 저항 인데 왜 Rg 라고 하 지 않 는가 ? 아마도 C 전지 대신 쓴 것 이 라 생각 되 며 RK 와 CK 는 Cathode 저항 과 콘덴서 이 다 . Cathode 가 C 로 시작 하 지만 C 는 이미 사용 되 고 있 는 것 을 알 고 있 다 . Rb 는 플레이 저항 이 고 , 다른 것 은 B 전지 로 던져 버리 면 B + 대신 Ebb 가 아닌가 ? Cc 는 결합 용량 이 며 Rcf 는 다음 단 진공관 의 Grid 저항 이 다 . Cathode 의 양극 전압 은 Cathode 저항 에 Cathode 전류 가 흘러 발생 한다 . 진공관 에서 RK 와 Rb 는 직력 회로 를 구성 한다 . Grid 는 감지 할 수 있 을 정도 의 전류 도 주 거나 받 지 않 는다 . Cathode 회로 의 콘덴서 는 DC 전압 을 일정 하 게 유지 하 게 하 는데 이것 이 없 으면 전압 이 변하 고 앰프 이득 이 감소 한다 . 이득 감소 와 함께 Distortion ( 왜 율 ) 감소 도 동반 하 는데 , 이러 한 현상 을 이용 해서 왜 율 을 개선 하 기 위해 hi - fi 회로 에서 는 가끔 콘덴서 를 사용 하 지 않 는 경우 가 있 다 . Zero Bias 외부 로 부 터 의 바이어스 도 없 고 Cathode 가 Ground 된 앰프 단 을 제로 바이어스 앰프 라고 한다 . 바이어스 는 실제로 제 로 는 아닌데 그 이유 는 진공관 이 동작 하 면 약간 의 바이어스 가 생성 되 기 때문 이 다 . 이것 은 Contact bias 라고 도 하 는데 Grid 에 접촉 되 면서 나오 는 전자 에 의해 생성 되 기 때문 이 다 . Grid 선 은 가늘 어 매우 적 은 전자 가 부딪히 게 되 지만 수 십 만 개 중 몇 % 는 많 은 것 이 다 . Grid 막대 를 치 고 지나 는 전자 들 에 부 전하 를 주 는데 만일 Grid 저항 이 매우 큰 값 으로 10 M Ω , 이때 Grid 전압 은 거의 1 Volt 에 가깝 게 된다 . 지금 이 전압 에 진공관 이 적절 하 게 설계 되 었 다면 앰프 단의 부품 은 두 개 로 줄어든다 . Zero biased 증폭기 는 아래 그림 과 같 다 . 특성 양극 전압 ( Va ) 에 대한 양극 전류 ( Ia ) 그리고 Grid 전압 ( Vg ) 과 의 관련 특성 표 는 통상 3 극관 의 데이터 시트 에서 찾 을 수 있 다 . 여기 에서 설계자 는 3 극관 의 상세 한 사용 점 을 선택 하 면 된다 . 예 로 아래 그림 에서 보여 주 는 특성 은 , Va ( 양극 전압 , Plate ) = 200 Volt 이 고 Vg ( Grid 바이어스 ) 가 - 1 Volt 일 때 ( 노란색 그래프 ) Ia ( 양극 전류 ) 는 2 . 25 mA 이 다 . 여기 서 Grid 전압 ( Vg ) 을 변화 시키 면 Plate 전류 ( Ia ) 가 변하 게 되 며 Plate 부하 저항 을 적절 하 게 선택 함 으로서 증 폭도 가 얻 어 진다 . 3 극관 의 A 급 증폭 에서 Plate 부하 저항 은 Plate 와 B + 전압 양단 에 연결 되 어 있 는데 , 예 를 들 어 , Ra = 10 k Ω 이 라 가정 하 면 , V Ra = Ia × Ra = 22 . 5 V 가 될 것 이 다 . 양극 전류 Ia = 2 . 25 mA 를 선택 할 경우 , 현재 Grid 입력 전압 진폭 을 - 1 . 5 Volt 에서 - 0 . 5 Volt ( 차이 1 Volt ) 로 변화 시키 면 , 양극 전류 는 1 . 2 ∼ 3 . 3 mA 로 변한다 . 이것 은 양극 부하 저항 양단 에 12 Volt ~ 33 Volt 내려가 는 결과 로 나타난다 ( 차이 21 Volt ) . Grid 전압 이 - 1 . 5 에서 - 0 . 5 Volt 로 변화 하 는 동안 , 양극 전압 은 12 Volt ∼ 33 Volt 로 떨어지 며 신호 를 증폭 한 결과 로 나타난다 . 출력 전압 의 진폭 을 입력 전압 진폭 으로 나누 면 증 폭도 가 산출 된다 . 이 경우 증폭 도 는 21 이 되 는 것 이 다 .