카테고리: 전자기기

출력 임피던스란 무엇이며 왜 신경 써야 할까요?

이상적인 신호원의 출력 임피던스 또는 소스 임피던스 Ri 은 다음과 같습니다: 0Ω. 직류(DC) 전원에 대해 말할 때는 내부 저항이라고도 부릅니다(기타 픽업이 교류(AC) 신호원이더라도 제가 Ri 이라고 부르는 이유입니다). (패시브) 기타 픽업은 결코 이상적인 신호원이 아닙니다 (Ri > 0Ω). 이는 부하(이펙터 페달, 앰프)에 연결되었을 때 출력 전압이 감소한다는 것을 의미합니다. 이 현상은 기타 픽업의 출력 임피던스가 높을수록, 그리고 앰프/이펙터 페달의 입력 임피던스가 낮을수록 더 두드러지게 나타납니다 (Ri 와 RL).

최근 LTspiceIV로 Fuzz Face 회로를 시뮬레이션하면서 기타의 출력 임피던스가 이펙터 페달의 최종 출력 파형에 영향을 미친다는 것을 깨달았습니다.

예시:

Fuzz Face 회로도:

이상적인 신호원을 사용한 Fuzz Face의 출력 파형(Ri=0Ω) 입력단:

실제 신호원을 사용한 Fuzz Face의 출력 파형 (Ri=10kΩ)입력단:

이러한 상호작용으로 발생하는 사운드가 마음에 드는지 여부는 직접 확인해 보셔야 합니다. 마음에 들지 않는다면 신호 체인에서 기타 이펙터가 배치된 순서를 재검토해야 합니다. 버퍼 및 부스터/프리아웃 페달은 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 가집니다. 신호 체인의 첫 번째 페달로 사용할 경우 기타 픽업에서 나오는 원래 파형을 보존하는 데 도움이 됩니다. 기타 케이블 역시 (용량성) 부하 역할을 하기 때문에, 액티브 기타 픽업은 버퍼 페달보다 훨씬 더 효과적입니다.

기타 픽업의 출력 임피던스는 어떻게 측정할까요?

기타의 소스 임피던스를 측정하려면 오실로스코프가 필요합니다. 오실로스코프가 없다면 오차가 크지 않으므로 제 측정 결과를 참고하셔도 됩니다. 참고로 제 기타 픽업의 정확한 모델명은 브리지 위치의 Seymour Duncan SH-4 JB입니다.

1. 출력 개방 상태에서 피크-피크 전압 측정:
   포텐셔미터가 측정에 영향을 미치지 않도록 기타 볼륨을 끝까지 올립니다. 그런 다음 노트를 하나 튕깁니다 (저는 가장 두꺼운 E弦을 튕겼습니다).
   

   

2. 부하 연결 상태에서 피크-피크 전압 측정 (RL=1kΩ):
   최상의 결과를 얻으려면 이전과 동일한 강도로 동일한 노트를 튕깁니다.
   

3. 기타 픽업의 출력 임피던스 계산:
   마지막으로 위의 분배 전압 공식을 가져와 변수를 측정한 값으로 대체할 수 있습니다.
   
   결과: 제 기타의 출력 임피던스는 약 10kΩ.

참고: 임피던스는 주파수에 따라 변합니다. 이 결과는 낮은 E弦에만 해당하지만, 주파수가 달라져도 극적으로 변하지는 않을 것으로 추정할 수 있습니다. 더 자세한 결과를 얻으려면 다양한 주파수(다른 노트)에서 이 과정을 반복하면 됩니다.

USB 충전식 기타 이펙터

페달의 9V 방전에 지치셨나요? 이제 걱정 끝입니다! 저희 회사 Songbird FX이 세계 최초의 USB 충전식 오버드라이브 페달인 Bluebird Drive를 개발했습니다. 아래에서 멋진 Mike Hermans가 제작한 게르마늄 버전의 영상을 확인해 보세요.

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깁슨 스타일의 기타는 보통 2개의 험버커 픽업, 각 험버커용 톤 및 볼륨 포텐쇼미터(노브), 그리고 픽업을 선택하는 토글 스위치를 갖추고 있습니다. 이 부품들은 정확히 어떻게 배선되어 있으며, 노브 설정이 사운드에 어떤 영향을 미칠까요? 이번 짧은 글을 통해 이 질문들에 대한 답을 드리고, 이 배선 방식의 장단점을 알려드리겠습니다. 또한 다양한 설정에 따른 주파수 응답 특성도 함께 보여드리겠습니다.

배선도

다이어그램을 보면 각 픽업에 독립된 톤과 볼륨 노브가 있는 것을 확인할 수 있습니다. 이 배선 방식의 명확한 장점 은 두 가지 독립된 사운드를 설정하고 토글 스위치로 쉽게 전환할 수 있다는 점입니다.

설정 예시:

• 클래식 록
  N넥 픽업: 볼륨 100%, 톤 0% (크리미한 리드 사운드)
  브릿지 픽업: 볼륨 70%, 톤 100% (크런치한 리듬 사운드)
  리드 사운드와 리듬 사운드를 자유롭게 오갈 수 있는 전형적인 클래식 록 기타 설정입니다.
• 킬 스위치 효과
  N넥 픽업: 볼륨 0%, 톤 100% (합선 - 출력 없음)
  브릿지 픽업: 볼륨 100%, 톤 100% (고출력 리드 또는 리듬 사운드)
  이 설정은 킬 스위치 대신 특수 효과로 활용할 수 있습니다. 토글 스위치를 위아래로 빠르게 움직여 트레몰로 같은 효과를 만들어 보세요.

독립된 볼륨 제어의 단점 중 하나는 두 픽업의 볼륨 설정을 맞추지 않으면 토글 스위치의 혼합(중간) 위치를 제대로 활용하기 어렵다는 것입니다. 볼륨을 맞추지 않으면 한쪽 픽업 소리가 다른 쪽을 묻어버려 단일 픽업 사운드와 큰 차이를 느끼기 힘듭니다.

패시브 볼륨 제어의 또 다른 일반적인 단점은 볼륨을 낮출수록 출력 임피던스가 매우 높아진다는 점입니다. 이로 인해 신호가 전자기 간섭에 더 취약해져 노이즈가 늘어납니다. 액티브 기타 픽업을 사용하면 이러한 문제가 발생하지 않습니다.

주파수 응답

LTspice XVII을 사용하여 다양한 설정의 주파수 응답을 시뮬레이션했습니다. 사용된 신호원(Signal source)은 평탄한 주파수 응답과 10k의 출력 저항을 가집니다.

결론:

• 톤 노브는 조절 가능한 로우패스 필터(가변 저역통과 필터) 역할을 합니다.
• 볼륨 설정을 바꿔도 톤 설정은 변하지 않습니다(차단 주파수가 동일하게 유지됨).
• 유의미한 톤 변화는 톤 포텐쇼미터 값의 0%~10% 구간에서만 일어납니다. 따라서 이 비선형성을 보완하기 위해 오디오 테이퍼(A커브) 포텐쇼미터를 사용하는 것을 추천합니다.

이 글이 유용한 정보가 되었기를 바랍니다. 저희 웹사이트의 제품들도 둘러보세요. 제 회사인 Songbird FX은(는) 고품질 마이크로 USB 충전식 기타 페달을 제조합니다.

DIY 프로젝트에 적합한 연산 증폭기(줄여서 앰프 또는 오피앰프)를 선택하는 것은 까다로운 작업일 수 있습니다. 오피앰프의 종류는 하늘의 별만큼이나 다양하고 데이터시트의 사양 항목도 너무 많아 막막할 때가 있습니다. 그렇다면 특정 프로젝트에 딱 맞는 오피앰프는 어떻게 선택해야 할까요? 다음 내용을 통해 여러분이 주의 깊게 살펴봐야 할 가장 중요한 데이터시트 사양에 대한 개요를 제공하고자 합니다. 이 간단한 가이드는 연산 증폭기에 대해 조금 더 깊이 알아보고 싶은 전자공학 입문자를 위한 것입니다.

연산 증폭기(Op Amp)란 무엇인가요?

연산 증폭기는 기본적으로 증폭도(이득)가 매우 높은(이상적으로는 무한대) 차동 증폭기입니다. 비반전 입력과 반전 입력, 출력, 그리고 물론 전원 공급용 핀을 가지고 있습니다. 출력에서 입력 중 하나로 되먹임(피드백)을 사용하면 반전 및 비반전 증폭기(유한한 증폭도), 적분기, 미분기, 저역 통과 및 고역 통과 필터 등 수많은 다양한 회로를 구현할 수 있습니다. 다양한 회로에 대해 자세히 알아보려면 Texas Instruments의 "AN-20 연산 증폭기 응용 가이드”.

가장 중요한 데이터시트 사양:

1. 전원 전압 (Supply Voltage)

데이터시트에서 가장 먼저 확인해야 할 핵심 사양은 공급 전압 범위(Supply Voltage Range)입니다. 권장 동작 조건(Recommended Operating Conditions) 항목에서 찾을 수 있습니다. 공급 전압이 너무 낮으면 오피앰프가 정상적으로 작동하지 않으며, 너무 높으면 부품이 파손될 수도 있습니다.

2. 입력 공통 모드 전압 범위 (Input Common Mode Voltage Range)

이 사양은 간혹 간과되곤 합니다. 입력 공통 모드 전압 범위는 오피앰프의 오작동 없이 입력할 수 있는 허용 전압 범위를 정의합니다. 레일 투 레일(Rail-to-Rail) 입력을 지원하는 오피앰프는 입력 공통 모드 전압 범위가 V- < Vin < V+이며, 어떤 부품은 양의 레일이나 음의 레일 중 하나만 포함하거나 둘 다 포함하지 않을 수도 있습니다.

예시:
TL072의 일반적인 입력 공통 모드 전압 범위는 양의 레일을 포함하며, 음의 레일에는 3V의 여유 공간(마진)이 필요합니다.
V- + 3V < Vin < V+                  →10V 공급 전압 시 입력 전압 범위는 3V ~ 9V입니다.

TI의 권장 동작 조건에서는 훨씬 더 큰 안전 마진을 둡니다.
V- + 4V < Vin < V+ – 4V         →10V 공급 전압 시 입력 전압 범위는 4V ~ 6V에 불과합니다.

회로를 정석대로 설계하려면 권장 동작 조건에 명시된 전압 범위(최솟값)를 사용해야 합니다. 하지만 단일 시제품을 개발하는 단계라면 오피앰프 선별 작업을 거쳐 일반적인 대표값(typical values)을 활용해 설계할 수도 있습니다.

3. 입력 임피던스 (Input Impedance)

오피앰프의 입력 임피던스는 패시브 기타 픽업을 사용할 때처럼 신호원 임피던스가 높을 때 특히 중요합니다. 이러한 경우 JFET 입력 방식의 오피앰프(입력 임피던스가 최대 1000GΩ까지 도달)를 선택하는 것이 좋습니다. 바이폴라 입력 방식의 오피앰프는 일반적으로 약 10MΩ의 입력 임피던스를 갖습니다.

4. 등가 입력 잡음 및 고주파 왜곡률 (Equivalent Input Noise and Typical Harmonic Distortion)

오피앰프는 소스 신호를 증폭할 뿐만 아니라 왜곡(고조파)과 잡음도 함께 발생시킵니다. 등가 입력 잡음과 대표 고조파 왜곡률은 각각 별도로 표기되거나 THD+N으로 합쳐서 표기됩니다.
오디오 애플리케이션에서는 잡음과 왜곡률이 낮은 오피앰프를 선택하는 것이 필수적입니다.

5. 소비 전류 (Supply Current)

기기가 배터리로 작동한다면 소비 전류를 주의 깊게 살펴봐야 합니다. 공급 전류 또는 정지 전류(Quiescent Current)는 부하가 없을 때 오피앰프의 전력 소비량에 대한 정보를 제공합니다.
안타깝게도 소비 전류가 낮으면 잡음이 높아진다는 법칙이 적용됩니다. 보시다시피 올바른 부품을 선택하는 것은 항상 절충의 연속입니다. 전자공학의 세계에 오신 것을 환영합니다 😉

6. 출력 임피던스 (Output Impedance)

출력 임피던스는 헤드폰이나 LED를 구동하려는 경우처럼 부하 임피던스가 낮을 때 중요합니다. 출력 임피던스는 부하 임피던스보다 훨씬 낮아야 합니다. 그렇지 않으면 출력에서 큰 전압 강하가 발생합니다(출력 임피던스와 부하 임피던스 간의 전압 분배 현상). 데이터시트에서 출력 임피던스를 찾을 수 없다면 출력 소스 전류(Output Source Current) 항목을 통해 유사한 정보를 얻을 수 있습니다.

위에 언급된 사양과 그 외 세부 사항에 대한 자세한 정보를 원하시면 TI의 다음 문서를 읽어보시는 것을 추천합니다: "연산 증폭기 사양의 이해“.

나에게 맞는 오피앰프는 어떻게 찾나요?

저는 개인적으로 Texas Instruments 웹사이트를 자주 이용합니다. 제가 중요하게 생각하는 사양을 입력하면 웹사이트에서 대략적인 가격과 함께 적합한 오피앰프를 추천해주기 때문입니다. 다른 제조사의 부품까지 함께 비교하고 싶다면, 다음과 같은 대형 유통업체의 검색 기능을 활용하는 것도 좋은 방법입니다: 마우저(Mouser).

이 작은 가이드가 여러분께 도움이 되었기를 바랍니다. 기타를 연주하시는 분이라면 이 웹사이트의 제품들도 꼭 확인해 보세요. 저희 회사 Songbird FX은(는) 고품질 마이크로 USB 충전식 기타 페달을 제조하는 업체입니다.