电子管及胆机基础知识_三_多极管的特殊连接方式_田庆松
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电子管使用常识大盘点电子管作为“胆机”和各种电子管设备中的关键性枢纽器件,它的质量与工作状态的好坏,将直接关系到“胆机”的音质质量和设备的工作性能。
合理正确地选择和使用电子管很重要,下面就向使用者介绍一些必须要掌握的最基本、最有用的知识和技能。
要点一选用电子管时,首先应根据具体应用电路的特点和要求,确定选择合适的产品类型。
例如,对于一般放大电路来说,前置级要求有较高的电压增益,应选用高放大系数的电压放大三极管或五极管。
三极管的噪声较小,但增益低于五极管;五极管虽然增益高,但失真度大于三极管。
因此,放大器的最前级通常是选用五极管,后前级一般采用三极管。
又如,在工作信号极小的最前级,如果需要附加信号自动压缩或扩展电路,可采用遥截止式五极管。
否则,为了避免波形畸变,尤其是在工作信号较大的后前级,应采用锐截止式五极管。
再如,当电子管工作在高频电路时,应选用工作频率符合要求、极间电容较小的高频电子管。
其次,应保证所选电子管的各项参数符合应用电路的要求,尤其是极限参数都要留有足够的余量。
比如,用于功率放大级的电子管,应根据输出功率的要求来选择。
功率放大管中,三极管的失真度小,内阻亦小;而束射四极管具有功率灵敏度高、需要推动功率小的优点。
这就是为什么一般的中、小功率放大级多采用束射四极管的原因。
又如,当功率放大级为推挽电路时,应选择两只特性完全相同或非常接近的功率放大管(即“配对管”)。
一般说来,三极管的一致性较好,比较容易挑选。
而束射四极管由于栅丝间的特殊排列,稍有偏离就会引起特性的偏差,所以尽管型号完全相同,但因静态和动态工作特性的不同常会出现较大差异。
要点二电子管都是通过专门的管座接入工作电路的。
常见管座是用陶瓷或电木等绝缘材料做基座,上面有可插入电子管管脚的插孔与焊接电线的焊接片等。
管座为配合不同电子管也相应设计成各式各样的,但其插孔数与相应电子管的管脚数一般是一样的。
不过有的电子管只有四只脚,但设计也得适用于八脚管座。
电子管电路基础知识大全(第1页)(一)二极管的结构及其工作原理电子管是利用电子在真空中受电场力的吸引或排斥作用,进行工作的电子器件。
最简单的电子管是二极管,它是在高度真空的密封容器内装有两个金属电极,一个是阴极,呈细长管状丝外面,另一个是阳极,呈圆筒状,套在阴极外面。
当灯丝通电点燃,间接将阴极加热到1000~C以上时,量电子获得能量从金属中逸出,逸出的热电子在阴极金属表面附近堆积,成为空间电荷。
我们知道,电子是带负电荷的,此时如果在另一金属板(阳极)加上一个直流正电压并与阴极构成闭合回电子在正电压(电场)的吸引下将从阴极经过空间到达阳极,形成电流,如图1。
反之,如果在阳极加上直流负电压(电场),它将排斥从阴极发射出来的热电子,回路就没有电流。
只有电位高于阴极电位时。
闭合回路才有电流流过,因此二极管具有单向导电性。
利用二极管的单向导电性,就能电变为直流电。
(二)三极管的结构及其工作原理1.结构在二极管的两个电极之间插入一个栅栏状的电极就构成三极管(如图2所示)。
这个栅栏状的电极叫做控极,简称栅极,用符号G(grid)表示。
结构一般是用镍锰合金丝在支撑物上绕成螺旋形,每圈之间有一定的便从阴极发射出来的电子能通过这些空隙流到屏极。
从三极管各个电极的相对位置来看。
栅极与阴极之间的距离较屏极与阴极之间的距离近得多,这使栅极对射的电子的作用力也比屏极大得多,因而三极管具有放大作用。
2.三极管的基本电路要使任何电路工作,都必须是一个闭合的回路。
三极管在电路中,有3个基本回路:一是屏极回路,二是路,三是灯丝回路,如图3所示。
在电子管电路中,各极电压都是以阴极为公共端的。
屏极与阴极之间的电路是屏极回路。
它们之间的电压叫做屏压,以u。
表示,一般屏压总是正的,即屏极电位比阴极电位高,因此屏极回路经流ia流动。
屏极回路的正电源叫做屏极电源。
用Ea表示。
3.三极管的放大作用将三极管按图3连接好工作电源。
这时在电子管阴极附近将产生两个电场,一个是屏极吸引电子的正电场个是栅极排斥电子的负电场。
一起来学习电子管基础知识(最适合初学者)常见的电子管功放是由功率放大,电压放大和电源供给三部分组成。
电压放大和功率放大组成了放大通道,电源供给部分为放大通道工作提供多种量值的电能。
一般而言,电子管功放的工作器件由有源器件(电子管,晶体管)、电阻、电容、电感、变压器等主要器件组成,其中电阻,电容,电感,变压器统称无源器件。
以各有源器件为核心并结合无源器件组成了各单元级,各单元级为基础组成了整个放大器。
功放的设计主要就是根据整机要求,围绕各单元级的设计和结合。
这里的初学者指有一定的电路理论基础,最好有一定的实做基础且对电子管工作原理有一定了解的(1)整机及各单元级估算1,由于功放常根据其输出功率来分类。
因此先根据实际需求确定自己所需要设计功放的输出功率。
对于95db的音箱,一般需要8W输出功率;90db的音箱需要20W左右输出功率;84db音箱需要60W左右输出功率,80db音箱需要120W 左右输出功率。
当然实际可以根据个人需求调整。
2,根据功率确定功放输出级电路程式。
对于10W以下功率的功放,通常可以选择单管单端输出级;10-20W可以选择单管单端功放,也可以选择推挽形式;而通常20W以上的功放多使用推挽,甚至并联推挽,如果选择单管单端或者并联单端,通常代价过高,也没有必要。
3,根据音源和输出功率确定整机电压增益。
一般现代音源最大输出电压为2Vrms,而平均电压却只有0.5Vrms左右。
由输出功率确定输出电压有效值:Uout=√ ̄(P·R),其中P为输出功率,R为额定负载阻抗。
例如某8W输出功率的功放,额定负载8欧姆,则其Uout=8V,输入电压Uin记0.5V,则整机所需增益A=Uout/Uin=16倍4,根据功率和输出级电路程式确定电压放大级所需增益及程式。
(OTL功放不在讨论之列)目前常用功率三极管有2A3,300B,811,211,845,805常用功率束射四极管与五极管有6P1,6P14,6P6P,6P3P(807),EL34,FU50,KT88,EL156,813束射四极管和五极管为了取得较小的失真和较低的内阻,往往也接成三极管接法或者超线性接法应用。
电⼦管基本知识电⼦管电⼦管,是⼀种最早期的电信号放⼤器件。
被封闭在玻璃容器(⼀般为玻璃管)中的阴极电⼦发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极(屏极)引线被焊在管坐上。
利⽤电场对真空中的控制栅极注⼊电⼦调制信号,并在阳极获得对信号放⼤或反馈振荡后的不同参数信号数据。
早期应⽤于电视机、收⾳机扩⾳机等电⼦产品中,近年来逐渐被半导体材料制作的放⼤器和集成电路取代,但⽬前在⼀些⾼保真的⾳响器材中,仍然使⽤低噪声、稳定系数⾼的电⼦管作为⾳频功率放⼤器件(⾹港⼈称使⽤电⼦管功率放⼤器为“煲胆”)。
电⼦管电⼦管的表⽰ 电⼦管在电器中⽤字母“V”或“VE”表⽰,旧标准⽤字母“G”表⽰。
电⼦管引脚的识别 电⼦管脚的识别基本参数 1.灯丝电压:V; 2.灯丝电流:mA; 3.阳极电压:V; 4.阳极电流:mA; 5.栅极电压:V; 6.栅极电流:mA; 7.阴极接⼊电阻:Ω; 8.输出功率:W; 9.跨导:mA/v; 10.内阻: kΩ。
发明简介 1904年世界上第⼀只电⼦管在英国物理学家弗莱明的⼿下诞⽣了。
弗莱明为此获得了这项发明的专利权。
⼈类第⼀只电⼦管的诞⽣,标志着世界从此进⼊了电⼦时代。
说起电⼦管的发明,我们⾸先得从“爱迪⽣效应”谈起。
爱迪⽣这位举世闻名的⼤发明家,在研究⽩炽灯的寿命时,在灯泡的碳丝附近焊上⼀⼩块⾦属⽚。
结果,他发现了⼀个奇怪的现象:⾦属⽚虽然没有与灯丝接触,但如果在它们之间加上电压,灯丝就会产⽣⼀股电流,趋向附近的⾦属⽚。
这股神秘的电流是从哪⾥来的?爱迪⽣也⽆法解释,但他不失时机地将这⼀发明注册了专利,并称之为“爱迪⽣效应”。
后来,有⼈证明电流的产⽣是因为炽热的⾦属能向周围发射电⼦造成的。
但最先预见到这⼀效应具有实⽤价值的,则是英国物理学家和电⽓⼯程师弗莱明。
优缺点由于电⼦管体积⼤、功耗⼤、发热厉害、寿命短、电源利⽤效率低、结构脆弱⽽且需要⾼压电源的缺点,现在它的绝⼤部分⽤途已经基本被固体器件晶体管所取代。
前面几次介绍了音响系统的构成,以及入门的音箱系列的选择,今天为大家介绍的是我另一个比较熟悉的领域,电子管功率放大器,在广东,福建,人们把电子管叫做胆,所以电子管功放也就被习惯叫做“胆机”这样一个非常直观而又好记的名字。
电子管的具体功能很多,我也说不上多少,电子管本来是爱迪生发明的,爱迪生虽然没读过多少书,但是是个脑子很好用的人,在发明了灯泡以后,他为了延长灯泡寿命,在灯泡里塞入了一个电极,但是却意外发现了本来不应该存在的电流,因为我的物理很差,所以也搞不太清楚,反正这个效果被称为“爱迪生效应”,后来有名的物理学家弗莱明在爱迪生效应的基础上开发出了最早的二极电子管,电子管的主要功能是一种电信号的放大,电子管大发展的时期是在20世纪上半叶,被普遍引用在各种电子领域,大家都知道,世界上第一台电子计算机也是用电子管堆出来的,那台电脑整整有1个客厅那么大。
20世纪中叶,晶体管发明,晶体管体积更小,应用更加方便,电子管开始全面淘汰,不过这个时候是音响大发展的时期,所以大量发烧友开始使用电子管来堆自己的土炮,逐渐形成了很多经验,出现了很多经典的胆机,这些对电子管在音响界的引用,一直延续到现在。
但是很快,晶体管功放就很快取代了电子管功放,成为了功率放大器(前级,后级)的主流。
可是,电子管功放却从来没有消亡过。
到了90年代,世界唱片业,音响业大萧条的时代,胆机和电子管都卖到了白菜价,特别很多西方的电子管厂商,在7,80年代逐渐停止了电子管的生产,特别是标志性的WE公司停产300B电子管,似乎标志着胆机界的末日的到来。
但是所谓风水轮流转,到了21世纪以后,特别是2010年以后,被数字音乐追杀得几乎已经失去任何退路的实体唱片时尚里,黑胶唱片以不可思议的增长速度飙升,虽然黑胶唱片的销量无论如何还是不可能超过CD,但是CD每年都在衰退,而黑胶唱片却在疯涨,最近出台的报告显示,日本的音乐产值借助AKB的贡献,超过了美国成为世界第一,就算AKB再神奇,1亿人口日本的产值超过3亿人口的音乐帝国美国,无疑佐证了实体音乐,特别是CD唱片体系的最后阵地正在被数字音乐攻陷。
基础知识在胆机的制作中,有许多的基本知识是必须要掌握的,然而对于这些基础知识,依然有许多朋友并不是太熟悉,甚至有的朋友连电路都不懂,更甚者连一些最常用的电子管的管脚都不会辩别,便匆匆忙忙加入到制作自已所喜爱的胆机的活动中来。
这当然是一件好事,对于音响发烧友越来越萎缩的队伍而言,能有新的朋友加进来,确实是让人高兴的事情。
然而,这又是让人有些无奈的事情,因为现在有关电子管的学习资料越来越少,更多新发烧友在没有资料可供学习的情况下将所有的疑问都留在网上,留在了论坛上,甚至完全依靠论坛上或网上的朋友指点做出一台机器,有的甚至直到很长时间后对于电子管和胆机的基本知识依旧欠了解。
笔者认为,在还不具备胆机和电子管知识的情况下制作胆机并不值得提倡。
至少在之前,应该了解一些关于电子管和胆机电路设计和制作的基础知识,这对于初入此门的烧友来说是相当重要的。
下面介绍的内容,主要是针对初入此门的烧友来讲的,其中相当大部分借鉴了专业的电子管书籍和教科书中的内容,还有些是网络上的观点。
作为放大用的电子管,其中涉及到的特性参数相当多,最基本的应用参数有:灯丝电压、灯丝电流、阳极电压、阳极电流、跨导、放大系数、输入电容、输出电容、过渡电容、灯丝与阴极间电容;还有相当 重要的极限运用数据,极限运用数据中包括:最大灯丝电压、最小灯丝电压、最大阳极电压、最大灯丝与阴极间电压、最大阴极电流、最大阳极耗散功率、最大栅极电阻等。
这些参数以后会谈及,这里先来谈谈最常见也是最重要的3个参数。
1 阳极内阻(R i )当栅极电压一定时,阳极电压的变化量与阳极电流的变化量之比,称为电子管的阳极内阻。
其实,这个定义是最容易懂的,那就是欧姆定律的公式了。
当然,这里指的是变化的阳压除以变化的阳流,阳极内阻的定义可以用公式表达为:R i ≈△e a /△i a ,式中,栅压为常数,式中内阻单位是kΩ。
这个公式说明的是,要使阳流增加1 mA 时,电子管的阳极电压必须增加的电压值。
基础知识
音 响 技 术AVtechnology
因为要对一些管子变通使用,以获得好的应用效果,对于现在的发烧友来讲,也是为了追求音色而常采用的方法。
常看到将五极管或束射功率管接成三极管使用的例子,这其中相当大部分是为了音色的缘故,因三极管状态的音色细腻而更富音乐性。
同时的确有些电路需要将多极管变通使用以满足电路的要求。
对于束射功率管而言,接成三极管的方法通常是帘栅极通过一只小阻值的电阻(如100 Ω)接往屏极,这只小功率电阻的作用是抑制可能产生的自激。
由于四极管的负阻效应,现在很少看到四极管在电路中应用的实例了。
不过也有例外,如6S6,网上有人将它接成三极管用作耳机输出时有意想不到的音质表现,此接法是将第二栅极接往屏极作为公共屏极使用。
甚至还有七极管接成三极管的实用例子,如1A2,在厂家对其作特性测试时就已经给出了接成三极管后的阳极特性曲线,其在接成三极管后有非常好的表现,表现出这类管子少见的大动态输入(虽然功率小,但它可承受高达12 V 的输入信号电压),其接成三极管后的阳极特性如图1所示。
1A2接成三极管的方法是将除控
制栅和抑制栅(1A2的抑制栅已在管内连接到它的阴极)之外的所有栅极都接往它的屏极。
那么这些多极管在接成三极管时甚至二极管时有什么样的要求呢?会得到一只什么特性的三极管?
1 五极管接成三极管的接法
将五极管接成二极管使用时,它的所有栅极都同电子管的阳极相连(我想,现在大概没有发烧友将五极管接成二极管使用的,不过,据网上传说有个别特别高烧的朋友将300B 接成二极管进行整流,但这终属个别现象)。
而将五极管接成三极管时,呈现的接法种类较多,大概分为如图2所示的3类。
图2(a)是用的最多的一类接法,a 1是一些五极管的抑制栅在管内已经接到电子管的阴极(如五极管6J1),在接成三极管时,将五极管的帘栅极接往电子管的屏极;a 2是一些电子管的抑制栅在管内没有接到阴极(如6J8P、6J4P、6J4等),在接成三极管时,将电子管的帘栅和抑制栅均接到电子管的阳极。
在电子管手册中提供的将五极管接成三极管的曲线绝大部分都是按照图2中的a 1、
a 2类接法进行测试得到的结果。
这类接法的效果是一个中放大系数的三极管。
多极管的特殊连接方式
电子管及胆机基础知识(三)
图1 三极管以后的阳极特性
图2 五极管接成三极管的接法
□田庆松
基础知识音 响 技 术
AVtechnology
五极管接成三极管的第二种接法见图2中的(b),是将抑制栅与阳极相连,而帘栅极与第一栅极相连作为控制栅使用。
从五极管的内部构造知道,由于五极管的帘栅极是很密的,阳极电场几乎不能透过帘栅极,这种情况下栅极即使上很小的信号电压也能使阳流产生很大的变化,即此时得到的是一个高μ值的三极管。
然而,由于电子管的帘栅极很密,导致阳极电场很难透过帘栅极(这时是作控制栅使用的),所以要想电子管在这种接法下正常工作,电子管的栅极必须加正电压才行,否则栅压为负时,电子管的阳流非常小甚至呈截止状态。
当电子管的栅极加上正偏压时,会出现一个恼人的现象,那就是电子管的阳流会非常大,同时电子管的栅极回路中产生栅流,使得放大器的非线性失真大增,所以这种接法很少应用,在音频电路中更是没有丝毫应用价值。
如是玻璃壳的管子,也可采用图2(c)所示的方法进行连接。
此时,将真正阳极接地,而将帘栅和抑制栅连接作为阳极使用。
这种连接方法得到的是一个中μ的三极管,而由于阳极接地,它的圆筒状结构则起着一个屏蔽外来电磁干扰的作用。
当然,有一点要注意的是,由于帘栅和抑制栅作为阳极使用,所以电子管的功耗不得超过它所规定的最大帘栅耗散功率,否则会对电子管造成物理损害。
2 五极管中各电极的作用
关于三极管各电极的作用,稍懂无线电基础的朋友都是知道的。
这里所讲五极管各电极的作用,其实主要是新增添的两个电极的作用。
相对于三极管来说,新增的两个电极就是帘栅极和抑制栅极,这两个极是以所起到的作用来命名的。
图3是五极管管内的电极分布图,也就是通常意义上所说的管脚图。
为什么在已经有了三极管的情况下还要发展四极管、五极管和束射功率管呢?这是因为三极管还有一些特性因其结构的关系而受到了限制,如三极管的各极间的分布电容过大导致三极管不适宜工作于较高的频率,特别是三极管屏栅极间电容C ga是最明显的,工作频率越高,三极管屏栅极间电容容抗就越小,从而限制了三极管在高频范围内的应用。
早期,为了改善三极管的特性,人们在三极管的控制栅极和屏极之间加进了帘栅极,这就是四极管。
加进帘栅极后,因帘栅极的屏蔽作用使得三极管因屏栅电容所造成的不利影响大大减小,所以电子管的工作频率上限得到提高。
由于在电子管的阳极和阴极间加进了一个帘栅极,所以阳极电压对于阴极附近的影响减小,这时,当屏极电压发生改变时引起的阳流变化就很小,相当于电子管的阳极内阻增加了,同时电子管的放大系数也显著增加。
然而,四极管的帘栅极加入后而产生的二次发射效应使电子管的阳流减小。
为了克服四极管的二次发射效应,又在四极管的帘栅极和阳极之间加进了另一个栅极,被称作抑制栅,这就是五极管。
抑制栅通常处于零电位(这也是五极管的标准接法中,抑制栅常常同阴极连在一起的原因)。
由于其电位低于阳极和帘栅极电位,所以从阳极到抑制栅之间电场的电力线是从阳极到抑制栅极的,作用是使二次发射电子重新返回阳极而到达不了帘栅极,所以称其为抑制栅。
同时,由于五极管相比四极管而言又多了抑制栅的屏蔽作用,所以五极管的屏栅极分布电容变得更小,其阳极内阻和放大系数值变的更大。
由于抑制栅的电压通常为零,所以不会有电子打到电子管的抑制栅极上,也就是说抑制栅的电流是等于零的。
3 三极管和五极管的电流分配
在三极管中,由于栅极电位通常比阴极的要低(这就是所谓的栅负偏压的由来),所以电压放大用的三极管管内的电流分配是很简单的,i k=i a。
对于五极管,由于帘栅极的存在而产生了帘栅极电流,所以管内电流分配为:i k=i a+i g2。
图3 五极管的管内电极分布。