자작 마이크의 구체적인 회로의 동작을 설명하기 위한 순서입니다. 이해를 쉽게 하기 위해서는 회로 각 부분의 실제 파형을 함께 볼 수 있으면 더 좋은데, 가지고 있던 중고 스코프마저 고장이 나서 하나 마련하면 글을 써야지 하고 버티다 포스팅이 엄청 늦어져 버렸습니다..;; 물론 스코프도 장만하지 못했지요..^^;; (싸고 좋은 중고가 쉽게 나올리가 없겠죠..?)

 

일단은 이미지와 설명으로 최대한 쉽게 설명해 보려 합니다만.. 차후에라도 장비가 마련되면 추가포스팅을 하도록 하겠습니다.

본 회로를 만들기에 앞서서 몇가지 전제 조건이 있어 서술해 두려 합니다. 왜 이런 방식의 회로를 만들어야 했는지에 대한 부연 설명쯤 되겠지요. 짐작하시겠지만 같은 결과를 얻기 위해 만들 수 있는 경우의 수는 생각보다 많이 있기 때문입니다.

 

 

 

 

 

1. 케이스의 조건 : 마이크로 쓸 만한 적당한 크기의 케이스를 구하기가 그리 쉽지 않았습니다. 직접 금형을 팔 형편이 못되기 때문에 기성 케이스 중에서 찾아야 하는데 어렵게 구한 케이스의 디멘젼 때문에 다음과 같은 설계 바운더리가 정해져 버렸습니다.

2. 회로 기판(PCB)의 조건 : 케이스에 배터리가 들어가야 하는 이유 때문에 기판의 크기가 매우 작아져서 아래의 규격을 만족해야 합니다.

3. 배터리를 사용하는 이유 : 모든 경우의 조건에서 동작하도록 하기 위함입니다 - 일반적인 콘덴서 마이크라 하면 따로 팬텀 전원을 넣어줘야 하는 것이 일반적이지만, 이는 전용 전원이나 오디오카드가 없는 사용자에게는 무용지물입니다. 따라서 컴퓨터만 있어도 충분히 활용할 수 있는 마이크가 되기 위해 아예 전원을 포함하는 방식을 택했습니다.

 

사실, 전문적으로 보자면 배터리는 자체 노이즈를 많이 가지고 있는 편이라 그다지 좋은 전원소스는 아닙니다만, 전체적으로 보아서 이 노이즈는 무시할 만하고 동시에 노이즈 절감 회로를 설계했으므로 논외로 하겠습니다.

 

4. 배터리를 사용하기 때문에 저전력 설계를 해야 한다 : 배터리를 자주 갈아줘야 한다면 귀찮은 일이지요. 최대한 전력소모가 적도록 설계함은 사실 모든 회로 설계의 기본이기도 합니다.

 

5. 회로는 1V 부터 동작 가능해야 한다 : 케이스의 특성상 배터리를 하나 밖에 넣을 수 없으므로, AAA 건전지일 경우 1.5 (어느정도 사용하면 1.3V까지 떨어짐), 니켈 메탈 건전지(충전지)일 경우 1.2V (1V까지 떨어짐)의 정격을 가지고 있으므로, 최소 1V라는 동작선을 보장해 주어야 합니다.

 

6. 회로의 크기 제한 때문에, 그리고 일반적인 컴퓨터나 라인인 용도의 설계이기 때문에 발란스 출력단은 만들지 않았습니다. 따라서 일반적인 XLR 케이블을 연결하여 100m 이상까지 성능을 보장할 수는 없고, 실험상 20m 정도를 한계로 하는 근거리용 설계임을 밝힙니다. - 장거리용으로 사용하기 위해서 따로 제작한 DI박스 또는 중계기가 있고 이는 차후에 다시 설명할 계획입니다.

 

7. 누구나 쉽게 제작하고 오차를 줄이기 위해서, 그리고 수정 및 보수가 쉽도록 하기 위해서 회로는 최대한 OPamp로 설계하였습니다.

더 자세한 사항들은 차후 케이스 가공 및 PCB 제작 단계에서 설명을 계속하면서 보충하도록 하겠습니다.

 

(2) 전체 회로의 구성 

 

전체 회로의 구성은 그림2와 같습니다.

이제 각 블럭별로 설명을 하지요.

 

 

앞서 설명한 것 처럼, 전원 소스는 배터리를 사용합니다. 공간의 제약으로 한개의 AAA 타입을 쓰며, 일반 알카라인 건전지와 니켈메탈(Ni-MH) 충전지도 가능합니다.

충전지의 경우는 알카라인(800mA 이하)보다 전류가 크다는(1,500mA 이상) 장점은 있지만, 반대로 마지노선인 1V로 떨어지는 시간 또한 짧기 때문에 실제로는 알카라인에 비해 동작 시간이 1/3 정도입니다. 알카라인일 경우엔 10시간 이상 동작합니다. 한번에 3시간 이상 사용해야 하는 경우가 아니라면, 일상에서는 충전지가 더 유리하겠죠. (저는 출장 녹음일 경우에는 안전상 어쩔 수 없이 알카라인을 쓰고, 나머지는 충전지를 사용합니다)

 

 

 

실제 회로는 그림3과 같습니다.

제일 오른쪽의 J2는 건전지를 연결하는 단자일 뿐이고, 실제로는 건전지 케이스로 회로에 직결됩니다.

전체 회로가 동작하기 위해서는 아래의 전압 조건을 만족해야 합니다.

결국 최소 2.5V 이상은 보장을 할 수 있어야 하며, 실제로 여러가지 전력소모를 가정하면 더 큰 전압이 필요하게 됩니다.

그리고 나중에 입력단에서 다시 설명하겠지만, 최적의 출력 신호와 최소의 노이즈를 얻기 위한 Mic의 적정 인가 전압은 2V가 아니라 6~8V (유닛마다 다름)정도입니다.

 

이런 저런 이유로 어차피 1.5V의 건전지로는 회로의 정상 동작은 불가능합니다. 따라서 DC 전압을 증폭(step-up)해 주는 기능이 필요한데, 이에 적당한 놈이 바로 step-up regulator IC 입니다. 다른 표현으로는 DC-DC Converter 라고도 합니다.

동작원리로는 일반적인 SMPS 전원에 주로 사용하는 쵸핑 방식이고 위의 TL499라는 IC가 그런 역할을 합니다 (가격은 1,000원 정도 합니다)

 

위의 그림3 처럼 주변 부품을 설정해 주면, 부품 값의 조합에 따라 자유롭게 출력 전압을 바꿀 수 있게 되어 있습니다.

아래는 TL499의 핀배치도와 부품의 조합에 따른 출력 전압의 설정 방법입니다.

 

 

그림4. TL499의 핀배치 및 설정 방법

 

 

출력 전압을 자유롭게 무한정 변경할 수 있는 것은 아니고 최대 30V로 제한이 되어 있으며, 전압 값에 따라 출력 전류 또한 제한이 되니 위의 표를 기준으로 적당한 범위에서 설계하여야 할 것입니다.

 

실제로 설계할 때 발생하는 아래와 같은 문제점이 있으니 조심해야 할 것입니다.

이렇게 만들어진 전압은 약 12.5V이며, 그림3의 ⓒ점에서 측정 가능합니다.

 

이 전압은 다시 C3의 평활회로를 거쳐 OPamp 등에 제공되지만, 동시에 마이크 유닛에 인가되는 전압은 또다른 회로를 거칩니다. 보다 노이즈로부터 안전하면서 정확하게 정류(regulate)된 전압이 필요하기 때문이죠.

 

왼쪽의 N4580은 dual-OPamp로서 본 회로에서 증폭 및 이퀄라이저로서도 사용되지만, 이 부분에서는 마이크에 정확한 안정된 전압을 공급하기 위한 전압원으로 사용되었습니다. 단순한 Non-inverting amp 모양이고, 입력 전압은 일정한 2.5V를 얻기 위해 파워LED를 연결하였습니다. 이로써 LED의 순방향 전압 강하인 2.5V(ⓓ점)를 이용하면서 동시에 전원 ON-OFF를 표시할 수 있는 램프로서의 역할도 동시에 수행할 수 있는 장점이 있습니다. 특히 전력 소모에 민감하면서 공간의 제약이 있는 이런 종류의 회로에 안성맞춤이지요~

 

 

 

N4580의 위에 있는 R22라는 저항 값을 변경함으로써 마이크로 인가되는 출력 전압을 자유롭게 변경할 수 있습니다.

본 회로에서는 R21(27K), R22(56K)를 사용함으로써 1+(R22/R21) = 1+2 = 3 이라는 증폭도를 거쳐 2.5V X 3=7.5V (ⓔ점의 전압)의 새로운 전원 전압이 만들어집니다. 물론 이 전압은 오로지 마이크 유닛에만 사용됩니다.