音响用电子管的参数及其选用

音响用电子管的参数及其选用电子管的参数与晶体管有很大的区别，同一型号的晶体管其各种参数允许有较大范围的差异，例如β值及截止频率等，均不可能有准确的数值。电子管则不同，某一型号的电子管其基本参数误差值可以做到极小，小到实用中可以忽略的程度。为厂不同的使用目的，各国都将电子管分成不同的档次。如国产电子管，即分成T(特级)、J(军级)、Z(专用级)、M(民用级)级。但这些级别的含义并不是按电子管的质量好坏排列，主要指基本参数的误差范围及某些特殊要求。专用级的电子管可按用户的要求，使S达到±0．1Ma/V，μ可以达到5％的精确度。例如M级6N8P，其栅极—阴极间绝缘电阻≥10MΩ，而T级6N8P则要求≥100MΩ，同时还要求两个板极的电流差值≤2mA(M级无此要求)，另外还要有较好的抗震性。因此，根据电路要求选择电子管，主要应以其基本参数为准，至于名胆或靓胆，还要看用在什么电路中。虽然，12AX7称得上音响中的名胆，但其μ≈100，最大栅极信号振幅2VP-P，如果用在驱动级绝无好声之说。电子管和晶体管一样，也有一系列极限参数，使用中绝对不允许任何一项指标超过极限值。最近，某刊的一制作稿中为了提高单级增益，采用大阻值板极负载电阻，将6N1的板极供电电压竟提高到600～700V……。本文以下对电子管的极限参数、基本数据的含意、应用中选择的数据作一简要说明。电子管极限参数的意义电子管手册中，对电子管各电极最大电压或电流均给出极限值，使用中如果超出极限参数，一是使电子管过早衰老，二是使电路不能正常工作。对各级电压、电流极限值的意义无需解释，因为和晶体管的极限值相同，仅是电子管瞬间超过极限参数，其损坏的过程不像晶体管那么快。而有的电极电压、电流超过极限值，只是使其衰老速度加快。所以，多数人对电子管极限参数的规定不十分注意，常见的误解有：1．极限板压不是RC耦合放大器中的实测板极电压因为RC耦合放大器的板极负载电阻RC常取200kΩ—470kΩ的高阻值，放大器：工作时板极电流的平均值在RC上产生较大压降，所以测试板极电压远低于板极供电电压。但是应注意，万用表测出的电压值是板极平均电流，电子管栅极输入的永远是负极性的信号。设此信号为正弦波，那么，当输入信号的正峰值时，栅极负偏压被抵消一部分，电子管板流最大，板极电压也降到最低。当输入信号为负峰值时，与栅负压相加，使电子管板流最小，即使是甲类放大，理论上板极电流也会降低到(栅压—板流特性)起始的弯曲点附近。此时电子管板流极小，甚至靠近截止点(对ABl类即如此)，所以，板极电压瞬时最大值近似等于板极供电电压。由此得出结论，无论在何种电路，所谓板极电压的极限值是指板极供电电压的最大值。前面提到设计者将6N1的板极电阻提高到1MΩ以上，而用600V电压给板极供电显然是错误的。因为使用不久，电子管便会因剩余气体分子的电离降低真空度，玻璃内壁将出现紫色光而报废c2．胆机前级放大管使用不当的几种情况胆机前级电路中，如果电路设计或选管不当，也会使某项参数超出极限值。例如，目前音响界倍受推崇的级联电路(SRPP电路)、阴极输出器等，电子管的阴极电位比较高，而灯丝一般均为低电位，大多数电压放大管的灯丝—阴极之间的耐压只有100V。如常用的6N2、6N3、6N8P等，阴极对地电位均不得超过+100V。如果前级放大采用SRPP电路，最好选用6N1，其灯丝对阴极电压允许+120V，-250V，即阴极电压对地允许250V(6N6为200V)。胆机的前级噪音、交流声、微音效应等，是影响胆机效果的重要因素。尤其是前级低电平放大器，要达到低噪音、不明显的交流声，比晶体管放大器困难得多。为了减小交流声，常有人故意将第一级放大器的灯雏电压降低为5V(对6．3V的灯丝电压而言)，这种权宜之计是对电子管极为不利的。为了提高电子放射效率，电子管的阴极表面涂有氧化钍，以降低阴极的逸出功。如果灯丝达不到额定温度(约11000k)，板极静电场对阴极涂层有明显的破坏作用，电子管将很快失效：一般电子管的灯丝电压允许误差为6．3±0．6V，12．6±1．9V，使用中尽量不要超过此范围。就目前来说，若要降低前级交流噪声，可以采用桥式整流器加大电容滤波器的直流供电方式，或者用7806稳压供电，效果会更好。电压放大器中，另一经常被忽视的极限值为控制栅极最大电阻值。电子管为电压控制器件，在甲类放大电路中，输入电路理论上无电流，所以输人电阻极大。一般在栅极电路接人500kΩ左右电阻，以作为栅极—阴极的直流通路。此电阻值的大小，不但对单级增益和频响有关，对电子管的使用寿命也有关。因为电子管内部不可能达到绝对真空，总会有极少的气体原子(如氮或氧原子)，当板极加上高电压后，阴极发射的电子高速飞向板极，使气体原子电离变成少数正离子。如果栅极电阻过大，正离子的聚集会使栅极负斥被抵消，使板极电流增大，同时输入信号也会失真，严重时产生连锁反应损坏电子管。因此，一般规定电压大放大管的此电阻值不大于500kΩ，个别型号允计达到2—3MΩ。3．胆机功放发生超极限使用的现象正常的胆机功放，设计时均已考虑到功放电子管的极限参数，但使用不当或某种故障会造成功放级电子管超过最大极限值。常见发生于以下非正常使用情况：(1)不按功放要求配接扬声器的阻抗。对晶体管电路来说，扬声器阻抗偏离正常值直接影响输出功率，负载阻抗过低时也会损坏功放管，但一般对负载阻抗要求不如胆机严格。目前，常见胆机功放多为定阻抗输出，如果负载阻抗过低，将使功放管板极电流在大信号输入时超过极限值，同时产生严重的失真。如果负载开路，功放变为纯电感负载，功放胆管板极电流虽然减小，但板极输出电压会升高，使输出变压器绝缘击穿，严重时电子管内部极间打火而报废。(2)五极管或束射四极管板极负载开路。如果输出变压器初级断线，将使五极管、束射四级管帘栅极损坏。当板极负载断开时，板极电压为0V，加有正电压的帘栅极吸收几乎所有电子流，超过帘栅极电流的极限。发生此现象，帘栅极立即被烧红变型，与相邻电极碰极。因此，五极管、束射四极管电路，不能断开板极供电电路。(3)胆机输出短路的现象。胆机使用中，一旦扬声器开路，一般输出变乐器十之八九会击穿绝缘广如果再接好扬声器重新开机，同时接人信号源时，功放管板极电流必然增大，几分钟内板极被烧红，如不立即关机，电子管内金属电极在高温下释放出大量气体，使电子管真空度被破坏。其现象为玻壳内部亮如镜面的吸气剂变成灰白色，此时电子管已失效。当扬声器接线端短路或输出变压器初级旁路电容，打穿时，现象与上述相同。这种板耗超极限的现象，如短时间内(一分钟以内)关断电源，电子管尚不会完全失效，仪缩短寿命而已。(4)功放管超过极限的另一原因。阴极电阻自给偏压的滤波电容击穿，或独立栅负压供电电路故障使栅负压为零。此情况下电子管栅负压减小，板极电流增大，产生的现象与负载短路的现象相同。不过，此现象发生时首先声音会明显失真。电子管基本参数与应用电子管选用的唯一依据是厂家给出的基本参数，至于是否靓胆，则视该电子管的工艺、生产条件等情况如何。例如，各国都在生产的6L6G(与此相同的6Π3C、6P3P、6L50、6BG6G等，相近似的有EL35、EL39、6CN5、1622、5881等)，用于同样电路的功放中，效果上就有些差异(虽然不太明显)，其原因是一些辅助参数(如极间电容)、工艺上的精度不同所致。因此，选用电子管，其参数是重要的参考资料。目前，电子管生产工艺极为成熟，同型号的差异即使有也并非象发烧文章中所描述的那么明显。(一)电子管的三项基本参数及其相互关系正确地说电子管只有两项基本参数，即内阻Ri和跨导S。第三项电压放大系数μ为Ri与S的乘积，所以有的手册中只给出Ri和S，根据应用状态时的Ri和S求出μ，再作为设计放大器增益的参考值。1．跨导的含意电子管为电压控制器件，即栅极电压的变化控制板极电流的变化，变化的板极电流再经负载电阻后变成输出电压c所谓跨导是指电子管控制栅极对板极电流的控制能力。其单位是mA／V，即表示栅极对阴极间电压变化1V，引起板极电流变化的mA值。例如，常用音频电压放大管12AU7和12AT7，12AU7的S=2．2mA／V，12AT7的S=5．5mA／V。如果单纯从栅极电压对板极电流的控制能力来说，12AT7优于12AU7，但并不能说12AT7在音响电压放大中的表现就比12AU7好，其中还受诸多因素的影响。电子管于册中给出的S值为其标准状态的测试值，实际应用中，由于电子管工作点不同，S值与手册中也不完全相同。另外，电子管的栅压一板流特性曲线不是直线，在曲线各点的S值也有差别。在已知电路参数情况下，根据栅压、板流特性曲线，可以求出电子管标称S值和实际应用电路中的S值。以常用的双二极管6SN7GT为例(与之完全相同的有前苏联的6H8C、国产的6N8P、欧美的ECC32、6180等)。图1为厂家给出的栅压－板流特性曲线。手册中注明，其板压Ua=250V，栅负压Ugl＝－8V，跨导为2．6±0．5mA／V。首先在图1横坐标上找出Ugl(栅负压)—7V和－9V的点及Ua(板压)250V曲线上的垂直连接点A、B，然后以A、B为始点作水平线与Y轴相交，读出相应的板极电流为6．2mA和11．5mA。因此，S=（11．5mA－6．2mA）／（9V—7V）=2．65mA／V与手册上的值相符。很明显，此跨导值为板极电压250V和栅负压—8V左右时的值。由于不同板压下，特性曲线的斜率并不完全相同，所以实用电路中S值一般小于此静态值。再以6SN7GT组成的RC耦合放大器为例(其电路如图2所示，图注数据中，板极电压和阴极电压为实测值)。其输入信号为1．4VP－P，动态栅极电压Ug1为—2．6V～—5．4V，板极电压为101V—104V。根据100V特性曲线，按上述方法求得：S=（2．8－0．2mA）／（5．4－2．6V）=0．93mA／V可见，由于采用RC耦合，板极有效电压下降使有效S值也降低。2．电子管内阻Ri和μ的含义及S×μ的实用意义既然在一定板极电压下对应有—定的电流，说明电子管板一阴之间存在—定的内阻。6SN7CT在Ua=250V、Ugl＝－8V时，手册中其Ri=7．7kΩ。在此参数测试中，测试电路无板极负载电阻，只接人电流表，可视为等效阻抗为零；根据跨导的定义，通过Ri和S，可以求出放大系数μ。在此简单电路中，可以计算出板极内阻两端的被放大后的输出电压值，即2．6mA的电流变化在7．7kΩ电阻上的压降为20．02V，输出电压与输入电压1V之比为20．02，所以说在此状态下电压放大系数为20。即S×Ri=2．6mA／V×7．7V／mA(kΩ)=20因为二者之间有S×Ri=μ的关系，一般手册中只给出两个参数。由上述关系可知，电子管的电压放大系数不等于放大器的增益。作为放大器(以图2为例)，被放大后的电压只是一部分，另一部分压降在电子管内阻上，实际的电压增益K=μ×Rc／(Rc＋Ri)(其中Rc为板极负载电阻)。因此，要想使K≈μ，那么Rc必须远大于Ri，但由于受板极电压降的限制和放大器频响的限制，Rc取值也不能太大。要想得到较高的增益，显然不能只看μ的大小，μ大的电子管，其Ri也必然大，唯一能得到高增益的效果，只有提高电子管的跨导，即提高栅极对板流的控制能力。因此，电子管的跨导是一重要参数。6SN7GT系50年代开发的电压放大管。50年代末期，国外开发的双二极管12AT7，其S值为5．5mA／V。其后开发的6BG7(前苏联的6H14n)，S值为6．4mA／V；5687(前苏联的6H6n)，S值提高到13～15mA／V。