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电子管的应用频率
[日期：2011-04-15] 来源： 作者：成都 郑国川
电子管与晶体管相比，前者的应用频率的限制比较宽松，它不像晶体管那样有严格的高频管、低频管之分。普通收音放大电子管在10MHz 频率范围内使用效果几乎无明显的差别，所以电子管手册中就无高频管、低频管的标注。实际应用中只要频率不超过30MHz，小功率放大管也几乎是通用的。例如：常用的输出管2A3，设计用于低频功率放大，似乎是典型的低频管，但将其用于C 类功率放大、射频振荡，即使频率在10MHz 左右也可有17W 以上的输出功率。典型的低频功放管6L6，除在音响放大器中广泛应用以外，也经常用于小型无线发射机中作30MHz 以下的振荡器、倍频、C 类射频功放，当频率在30MHz 以下时可输出20W 以上的射频功率。
虽然在30MHz 射频范围内可以通用，但随频率的升高电子管放大效率还是有所降低，只不过不像晶体管那么明显而已。
一、电子管高频性能降低的原因
1.管内引线电感和分布电容的影响
电子管电极的引线都具有一定的电感量，所有电源（包括电极引线）之间和对地也有一定的寄生电容，虽然引线的电感、电容值较小，但当频率升高时却不容忽视。三极管的栅极和板极间电容，等效于并联在电子管输入和输出端之间，当频率升高时此电容容抗减少，形成信号的直通，电子管不能正常工作于放大状态，形成信号直通和高频自激等现象。无论三极管还是多极管，控制栅极分布电容称为输入电容，板极分布电容构成输出电容，两者均等效并联在输入和输出端。
此类分布电容和引线电感将形成电子管的临界频率，即使将电子管板极和栅极在引脚输出端短路，电子管分布电容和电感仍能形成最高谐振频率。显然，有外加LC 振荡电路的电子管，不可能工作于高于谐振频率的状态。
普通GT 式电子管，国产P 型电子管，其分布电感和电容都较大，所以频率上限一般以30MHz为限。小型花生管（指形管）电极尺寸小，且无管蒂，分布参数较小，相对谐振频率较高。即便在低于谐振频率条件下工作，电子管分布电容将使射频放大器输入/输出谐振阻抗降低，从而增益降低，电子管阴极的引线电感会在阴极形成高频负反馈，使放大状态发生改变。
2.电子渡越时间的影响
由电子管阴极放射的电子到达板极的时间约为10-5～10-7ms（随电子管结构而不同），虽说时间极短，但当频率升高到超高频时，其值已接近信号周期，此种电流的延迟会使输出电流产生相移，结果是输出波形失真，电子管产生栅流使输入阻抗大幅降低。因此在频率300MHz 以上工作的电子管，则采用特殊结构的灯塔管、橡实管以降低电子渡越时间，减小分布参数的影响。
上述影响是电子管工作于超高频所必须考虑的问题，目前电子管常用于音频放大器，其工作频率最高也在100kHz 以下，所以上述影响基本可以忽略，应该说目前已有的各型电子管无需考虑频率特性，完全可以通用。但是当电子管使用中电路结构、元器件数值选择不当时，也会使放大器频率特性有一定的影响。
二、对高音频响提升的注意问题
仅对音响放大器而言，针对高音频响的提升需注意以下问题：
1.板极负载的重要性
板极负载电阻的取值首先影响放大器的电压增益，由于电子管输入、输出电容、电路寄生电容的存在，板极负载电阻对放大器高端截止频率也至关重要。电子管的输出端负载电阻和输出端分布电容，构成RC 高频衰减电路，该衰减电路的转折频率fH 由下式：fH=1/2πRC 决定，其中R为输出电路电阻总值，实际上对高音频而言包括前级放大电子管的负载电阻和下一级电子管栅极电阻的并联值。C 为负载电路分布电容的总值，包括前级电子管的板极对地电容以及下一级电子管的栅极对地（对阴极）电容和电路布线、元件对地的分布电容。对一般电压放大管输入、输出电容之和约在10～25pF 之间，功率放大管也不超出35pF（高跨导功率管输入电容较大），所以式中电容C 的值与选择电子管关系不大，而不理想的布线、元件排列导致的对地电容则可能远大于一般电子管的极间电容。所以音频放大器中高频响应与所用电子管关系不大，而与电路元件选择大有关系。
C 虽然总值不大，但欲再使其更小也十分有限，因此，提高fH 值的唯一可能，是控制放大器负载电阻总值R，合理选择前级负载电阻Ra，和下级栅极电阻Rg 至关重要。一般音响放大器中为了得到较高电压增益，电压放大级的Ra 常为20k～270kQ（低μ三极管常用20k～47kΩ，高μ三极管或五极管100k～270kΩ），而Rg 则常在100kΩ～1MΩ间选择，从而使负载电阻总值在200kΩ左右，由此组成的多级放大器使高端频响有明显的下跌，上限频率达到20kHz 以上也有困难。为了在C 值已定的情况下使单级放大器fH 达到50kHz 以上，建议Ra 以100kQ 为限，Rg 以330kQ 为限（个别功率管Rg 有最大限定时应按规定使用）。
2.宽频响高增益电子管
Ra 和Rg 的阻值减少，结果是使整机增益降低，例如μ值为100 的高μ双三极管12AX7，当Ra=270kΩ、Rg 为470kQ 时，每只三极管电压增益可达66 倍，而Ra=100kΩ、Rg=270kΩ时，增益下降为54 倍。在设计电路简洁的放大器时，力图以最少极数得到高增益，有时将Ra 取470kQ、Rg 取1MΩ，则可得到71 倍的单级增益。但是提高Ra、Rg 得到高增益的同时，放大器的fH 也将随之降低。为了同时实现高增益宽频响，则选用高跨导放大管为上策。电子管放大器增益随Ra减小而降低是电子管内阻的分压所致，电子管内阻Ri 和Ra 等效串联在Ra 两端得到输出电压，Ra 比Ri 越大，分压值越高增益提高，所以三极管电压放大器Ra 常为Ri 的3～5 倍；五极管内阻高达500kΩ～1MΩ则只能取内阻的1/5，以避免直流压降过大。
如果欲以不大的Ra 取得高增益，必须在电子管μ不变的前提下减少内阻Ri。根据电子管三项基本参数即放大系数μ、跨导S 和内阻Ri 的关系式μ=S·Ri 可见，为使μ保持不变，只要增大S，则Ri 同时减小。由此原则设计的高跨导管则可有良好的增益频率特性，使Ra 不大的条件下得到接近μ值的电压增益。
以三极电压放大管为例，当Ra=5Ri 时电压增益可达μ值的70%，再增大Ra 则增益提高不明显，所以Ra=5Ri 时，电压增益称为最高增益。对低跨导管12AX7 而言，相当于Ra=470kΩ≈5xRi（100kΩ）。双三极管6N3 S=7.8mA/V，μ=35，欲使单级电压增益达到μ的70 约25 倍，则同样选择Ra=5Ri。由上述参数可知6N3 的Ri=u/S=35/7.8=4.5kQ，则Ra=5Ri≈22 5kQ，则可达到最大增益25 倍。很明显，即使两种条件下分布电容都相同，Ra 由470kΩ降低为22.5kQ，fH 也随之升高20 倍以上。
近年音响界对6N3 推崇倍至，称其为高频管，频响特性好，其实6N3 虽用于VHF 栅地变频、高放，但并非高频管，其极间电容、电感与6N1 等普通三极管属同一档次，可用于VHF 放大，只是其高跨导、低内阻特性，同时必须采用共栅极电路才能克服过渡电容的不利影响。
真正超高频专用管，为了用于最高限定400MHz 的频率范围内的三极管，除采用特殊电极结构减小极间电容和电感等分布参数外，也无一例外的采用高S、超高S 管，如米克洛维期特管（超小型双三极管7DJ8）和超小型维纽斯特单三极管6D54 等（金属陶瓷管）。 |
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发表于 2019-2-25 10:20:55
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楼主
还有诸如RD15HVF1（520M 15W)等高频中功率管 都已经极其廉价了 还要再高现在的2.4G 5GHZ的PA芯片，也都才几块一个