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진공관

last modified: 2014-10-09 22:10:34 by Contributors

眞空管, vacuum-tube

vacuum-tube-kt88.jpg
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Contents

1. 개요 및 설명
2. 매체에서의 등장

1. 개요 및 설명

진공 속에서 금속이 가열할 때 전자가 방출되는 에디슨 효과를 전기장으로 제어하여 정류, 증폭 등의 특성을 내는 금속회로가 들어간 유리관 부품.

vacuum-tube-vari.gif
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크기에 따라 ST관, GT관, MT관 등으로 분류되며, 후자로 갈수록 작아진다. 구조에 따라서는 아래와 같이 분류된다.

  • 2극관 : 주로 정류/검파용으로 쓰인다. 정류기나 라디오관 중 일부가 이쪽. 영국의 플레밍이 1904년 특허등록, 무선전신부품으로 사용했다.
  • 3극관 : 통신 신호 증폭용으로 개발되었으나 특유의 음색을 이용해 오디오를 만들기도 한다. 미국의 드 포레스트가 1907년 특허등록.
  • 4극관 : 고주파 증폭용인데 잘 사용되지 않는다.
  • 빔관 : 4극관의 2차 전자를 제거하기 위해 스크린과 플레이트 사이에 서프레셔(suppressor)를 넣어 이것을 캐소드에 연결하여 특성을 개선한 관으로 주로 전력 증폭용이나 오디오용으로 쓰인다.[1][2]
  • 5극관 : 다극관이라고도 한다. 빔관의 구조에서 서프레셔에 -전압을 걸어 2차 전자를 플레이트로 되돌려 보내는 구조를 가지고 있다. 오디오용으로 가장 많이 사용되는 진공관이다.

과거 전자회로 부품으로 잔뜩 쓰였다. 사실상 진공관의 발명으로 인해 전기공학과 전자공학이 구분되기 시작했다. 따라서 옛날에는 라디오부터 컴퓨터에 이르기까지 전자회로라 불리는 것에는 모두 쓰였다고 보면 된다. 하지만 아래와 같이 단점이 많은 것이 큰 문제였다. 오디오용으로 쓰인 관에 대한 자세한 설명은 진공관 앰프 참조.

  • 부품 크기가 기본적으로 크며, 고출력일수록 크기가 기하급수적으로 커진다. 덕분에 이걸로 회로를 짠다면 말도 안되게 커지는 기계를 볼 수 있게 된다. 최초의 전자 컴퓨터인 에니악의 크기가 대표적인 예.
  • 작동방식이 금속 가열이다보니 들어가는 전기도 엄청나며, 발열이 심각하다. 따라서 장시간 가동을 위해서는 별도의 냉각장치가 필요하며, 사실상 전력문제로 인해 휴대용 기기에 사용할 수 없다.[3]
  • 외부환경에 취약하다. 당장 겨울같은 저온상태에서는 가열이 제대로 안되므로 동작불가 상태에 놓이며, 고온이면 과열이 쉽사리 이루어져 쉽게 터져나간다. 습기에도 민감한 편이다.
  • 사실상 백열전구나 마찬가지라서 충격에도 약하며, 수명도 매우 짧다. 덕분에 기판에 바로 장착이 아닌 소켓을 이용해 교환이 가능하도록 설치해야 하는데다가, 작동중 수시로 진공관을 교체하는 불상사가 발생한다. 심하면 작동시간보다 교체시간이 더 걸린다.

이후 크기도 작고 요구 전력도 적고 열도 적게 나고 수명도 반영구적인 다이오드트랜지스터가 발명되면서 사실상 사장세로 돌아섰다. 다만 장점으로는 진공관 앰프같이 듣기 좋은 음색을 내는데에 매우 좋다는 점이라든지 회로 짜기가 트랜지스터에 비해 매우 쉽다던지 또 EMP에 비교적 강하다던지 하는 것이 있다. 다만 완전히 무적은 아니다. 비교적 강할 뿐이다. 해당 특성을 살려서 진공관중에 shield가 있는 제품들이 있다. 이런 제품군이 방호능력이 매우 강하다.

MiG-25의 제어 컴퓨터가 이걸로 만들어져 있어서 핵전쟁에 대비해서 대 EMP용으로 그렇게 짜여진 것 아니냐는 구설이 돌았다. 실은 러시아쪽의 전자 기술이 조잡해서 그런거였지만.


단, 트랜지스터를 사용할 수 없는 솔루션에선 아직도 진공관을 사용한다. IPM 같이 매우 진보된 소자들도 대역폭이 가장 높아봐야 20kHz 이고, 최대 작동 전압도 고작 2kV 대에 머물고 있기 때문에[5], AM,FM 방송국과 같이 300kW~1Mw 출력을 가진 방송장치인 경우 진공관을 사용한다. 그러면 30kV의 높은 전압도 바로 제어할 수 있기 때문이다.[6] 하지만 트랜지스터의 경우에도 작은 모듈들을 한 데 모아 출력을 올릴 수 있다. 대표적인 경우가 LORAN-C 시스템. [7]


또한 최근에 실리콘 기반 반도체의 한계로 진공관의 원리를 빌려 새로운 트랜지스터를 개발하려는 움직임도 있다.

시장에서는 소련중국의 군용 재고품이 잔뜩 풀린것이 아직까지도 돌아다니고 있기도 하며, 이런 경우 진공관 다리의 구부러짐을 확인하는 스트레이너라는 구멍뚫린 판이 같이 동봉된다. 앰프라든지 라디오, 자작 키트 부품으로 수요가 있기에 과거 생산을 중단한 라인이 재가동하기도 한다. 러시아의 소브텍이라든지 스베트라나, 체코의 테슬라, 중국의 슈광, 구 유고 소속이었던 EI, 체코슬로바키아의 베익 밸브, 미국의 웨스턴 일렉트릭 등등. [8]

디스플레이 표기용 네온 관인 닉시관과는 완전 다른 물건이다. 항목 참조

2. 매체에서의 등장

폴아웃 시리즈는 트랜지스터 기술이 아예 등장하지 않은 대신 핵융합까지 등장할 정도로 원자력이 극단적으로 발전한 평행세계이고, 이미 핵전쟁이 벌어진 포스트 아포칼립스 세계관이다보니 이 게임에 나오는 모든 전자 기기들의 부속품에 이것이 쓰이는 것을 볼 수 있다. 당장 핍보이조차도 진공관 장착인것을 구 시리즈의 핍보이 메뉴를 보면 알수 있다. 이것에 대해서 EMP를 쐬고도 컴퓨터가 작동하게 하기 위한 장치라는 이야기도 있다. 출력 형식은 모노크롬 단색 문자만 출력되는 도스 수준인데 기능은 경이로운 수준의 진화하고 사고하는 슈퍼인공지능이라든지 인간의 정신을 기계에 이식한다던지 하는 SF 수준이라는 괴이한 성능. 다만 프로젝트 반 뷰렌의 설정에서 뉴 캘리포니아 공화국에서 만든 트랜지스터를 사용한 초소형 핍보이가 나오기도 했다. 실제 게임상의 구현은 되지 못했지만.

영화 백 투 더 퓨처 3에서는 타임머신 드로리안이 번개를 맞아 내장된 부품 중 IC칩이 고장나자, 이 부품을 1955년에서 구할 수 있는 진공관 회로로 대체하는 장면이 나온다. 손톱만큼 작았던 IC칩을 진공관으로 교체하자 회로가 자동차 본네트 절반을 차지할 정도로 커지는 것을 볼 수 있다.

몽키삼총사의 악당인 버그 박사(사마귀 박사)는 상당한 진공관 성애자다. 자신이 만드는 모든 메카의 CPU가 진공관이다.
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  • [1] 위 사진의 관이 빔관인 KT-88. 인쇄된 상표는 JJ테슬라의 제품임을 나타냄.
  • [2] 사진은 베를린 공과대학 전기컴퓨터공학부의 제작 프로젝트 결과물로서, 회로 구성은 푸쉬풀 인티그레이티드 앰프. KT-88은 출력관으로 쓰이고 있으며, 앞에 희미하게 보이는 관은 초단관으로 ECC83. 자세한 내용은 http://www.emsp.tu-berlin.de/menue/studium_und_lehre/mixed-signal-baugruppen/das_projekt_black_cat/ 참조.
  • [3] 필라멘트 전류가 가장 압뷁.
  • [4] 사진의 이미지는 전 Emiac, 현제 CPI 산하 진공관사업부에서 제작하는 4CM2500KG 진공관. 출력 2500kW
  • [5] IGBT의 경우에는 6.6kV 까지 드라이브가 가능하나 제어 주파수가 많이 낮다.
  • [6] 포인트. 디지털 방송국의 경우에는 변조 방식의 특성상, 그리고 높은 출력이 필요하지 않으므로 Class B 또는 Class AB 형의 반도체 앰프를 사용한다. 출력만 따지고보면 500~1000W. AM 방송국이나 FM 방송국의 100~500kW 에 비해선 상당히 작다.
  • [7] LORAN-C 의 경우 모든 트랜지스터 모듈이 병렬로 연결되기 때문에 가능한 특징으로, 매우 긴 안테나로 인해 통상적인 RF 시스템과 달리 고전류로의 구동되어 저전압을 사용해도 되기에 가능한 것이다.
  • [8] 위 이미지와 같이 커다란 무선용 진공관들은 여전히 사용되고 있고 생산이 중단된 일은 별로 없었다. 최근에는 3CX~ 나 4CX~ 등의 진공관을 중국에서 만들기도 한다.
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