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发表于 2017-3-2 20:56:49
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首先是判读管脚接线(Socket Connections or Terminnal Connections)。一般的电子管手册上,电子管管脚连接都是以自下而上的视角绘制的,个别30年代早期电路图是以自上而下的角度来绘图,所以在查对型号较老的电子管管脚接线时需要格外小心。管脚连接图一般采用准实体画法,即一个圆圈内是电子管各电极符号,圆圈外是管脚。电极与管脚之间采用弧线加线段连接。有时候会遇到印刷不清,好几根邻近接线无法分辨的情况,最好另查别的手册确认(对于有经验的爱好者,指形管管脚可以直接从管针附近观察管针与各电极接线而看出)。电子管电极符号应该是电子管电路入门的童子功之一,笔者觉得没有强调的必要。举一个简单的例子。
常见小七脚高频电压放大五极管的管脚大致有三种,它们的屏极、帘栅极、阴极、灯丝接线位置都一样,只在2、7脚的连线上发生区别:
a.国产电子管6K4、进口电子管6AK5[14]等:抑制栅极与阴极在管内相连,而在2,7脚均有引线引出;
b.国产电子管6J4、进口电子管6BA6等:抑制栅极从2脚引出,阴极从7脚引出;
c.国产电子管6J2、进口电子管6AS6等:抑制栅极从7脚引出,阴极从2脚引出;
如果这几种管脚连接的电子管想在高频电压放大级发生代换,在灯丝规格(见下文)近似或等同的前提下,只要手册上给出的屏极与帘栅极电压相差不大,并且跨导差异不是特别悬殊,截止特性又相仿(在无AGC的电路中,这一点不是必要的),可以先在管座上把抑制栅极接地的线剪断,再用一根线把管座的2,7脚连接起来,就可以任意更换而不至于对原电路性能有甚大影响。
这一例子最适用于国产“远程”牌九灯转播收音机。该机定型时间较早,国内当时尚无小型电子管生产,所以电路设计采用进口管6BA6作为高放、振荡以及中放用途。在高放及中放电路内,由于就近有个灯丝的方便(3脚),灯丝又是一端接地的,这时电子管的抑制栅极(即2脚)是直接从2脚接地。当使用国产6K4替换时,如果贸然直接插上,阴极电阻即被短路。须知:两级中放电路,中放管阴极直接接地,增益极高,极易自激,显然不妥。这时应该将原来6BA6的抑制栅极接地的那根线挑开或剪断。这时就能直接插上6K4。替换震荡管6BA6的步骤也十分相似,原设计震荡管是6BA6接成三极管,帘栅极与抑制栅极都接在屏极,此时应将原抑制栅极连线剪断。如果贸然插入6K4而不作任何处理,将会使乙电短路。曙光电子管厂亦生产过可以直接代替6BA6的小七脚电子管6K5,但比较难找一点。
老实说,这一个例子并不十分好,因为6K4与6BA6本来就是特性相同的电子管,只是抑制栅极与阴极是否在内部连接的问题。另外,在较高的频率下代换高频放大五极管,还需注意输入输出电容,倘若原管和被替换的电子管相差太大,有可能会影响原有的统调。俄国有人以相似的方法,用6К13П(EF183)代替德国收音机上面的EF89,据说效果还不错。同理,EBF80与EBF89一般也能互换,而且胜任愉快。
其次是考察灯丝规格(Heater Ratting)。国产旁热式电子管灯丝电压较少,以6.3V最多,4.2V及12.6V较少,外国产品则五花八门,灯丝电压从2.5V开始,最高的竟可达117V。如系串连灯丝专用管,灯丝电流亦有0.1A、0.15A、0.2A、0.3A、0.45A、0.6A等多种。如果想用国产电子管代替进口电子管,又是灯丝串连电路的,必须小心操作。进口串连灯丝电子管亦有灯丝预热时间的要求,不同型号电子管串连应尤其注意这一点。即便是同一型号电子管,根据后缀,灯丝预热时间也有区别(如美国6J6和6J6A[17]),必须十分谨慎。
之后才是电子管的应用参数(Typical Operation)。以6P1为例,[12]上给出的应用参数如下:(由于排版原因,无法写出下标,各参数概用汉语描述,而不写英语简写)
屏极电压…………………………………………………………………………250V
帘栅极电压………………………………………………………………………250V
栅极电压…………………………………………………………………………-12.5V
屏极电流…………………………………………………………………………44±11mA
帘栅极电流………………………………………………………………………≤7mA
跨导…………………………………………………………………………………4.9±1.1mA/V
内阻…………………………………………………………………………………40kΩ
输出功率(1)………………………………………………………………………≥3.8W
非线性失真(2)……………………………………………………………………7%
注释:(1)栅极交流电压8.8V,屏极负载5kΩ时;(2)栅极交流电压值应使输出功率3.8W。
笔者需要着重指出的一点是,一般电子管手册给出的各极直流电压参数,都是将阴极作为参考点即0点,来进行测量的。但6P1在广播收音机中常见的应用,是采用所谓自给栅负压的方案[15]。即阴极通过一个电阻(一般称为阴极电阻)接地,而栅极连接的栅漏电阻亦接地,结果就是阴极电势高于栅极,反过来讲,也就是栅极电势低于阴极。这个电势差即等于阴极电阻两端的电压。由于甲类放大无栅流发生,阴极电流自然而然地等于屏极电流与帘栅极电流之和,即44mA+7mA=51mA。为了使电阻两端电压为12.5V,使用欧姆定律,则阴极电阻应该等于12.5V÷51mA=0.245kΩ=245Ω.此时若将机壳作为参考点,用较高内阻的电压表测量阴极电压应当是12.5V,测量帘栅极电压和屏极电压应当是250V+12.5V=262.5V。一般6P1的帘栅极电流常常小于7mA,加上此时6P1各极电压也接近极限参数(见后文),所以要把阴极电阻用得稍微大一些来限制屏极电流和帘栅极电流,所以决定选用270欧的阴极电阻。一般家用收音机用不到3.8W的输出功率,常用的6吋半喇叭如飞乐602-Bi和TDT2-1651,标称功率都是2VA,所以6P1的屏极电压和帘栅极电压常常用不到那么高,阴极电阻一般是300欧。[7]中的国产6P1资料,输出功率为4.8W,恐系手民误植。
普及型的五、六灯机如工农兵254系列、红波269以及海燕D321,6P1屏极电压较低,为180V左右,因此输出功率更小,只有1VA,而此时负载阻抗要变成7k。这几种收音机6P1的栅负压取得方法也有特点,一方面6P1阴极通过阴极电阻接地,另外乙电负端亦通过一个电阻接地(称为代丙电阻,在电池式电子管收音机中常见),而6P1的栅漏电阻接在代丙电阻不接地的那一端。这样一来,栅负压等于阴极电阻两端电压加上代丙电阻两端电压。有的初学者测试这类收音机时,往往仅测量阴极电阻两端电压,发现只有几伏,往往大吃一惊。另外笔者还想强调一下,即使同一型号电子管,往往有不同的工作状态,在不同的屏极电压、帘栅极电压、栅负压的情况下,输出功率以及负载阻抗和非线性失真都不尽相同。[7]中的国产6P14资料即给出多组作甲
类放大时的工作参数供读者参考。
有时候在应用参数后面紧跟一段话,描述电子管的安装方法。一般而言电子管都是竖直安装最合适,如果需要水平安装,最好让有栅极的电子管,成对栅极支柱尽量处于垂直位置,这样不会发生栅丝受热后下垂,造成碰极短路的弊病。直热式整流管最好是竖直安装,如果需要水平安装(以5Z2P为例),最好让扁平带状的灯丝截面处于竖直位置,目的同样是避免灯丝受热下垂,使屏极与阴极短路。灯丝电流较小的直热式电子管如1A2等,一般不适合水平安装。灯丝电流较大的电子管,如强放管和整流管,安装时一定要注意与周围的零件保持适当距离以便通风散热,有时候在底盘上管座附近打一圈孔来改善散热条件(如南京产红星504五灯机)。
极限参数(Maximum Ratings)亦是需要特别关注的。仍以国产6P1为例,数据来源同上。
最大灯丝电压………………………………………………………………………7.0V
最小灯丝电压………………………………………………………………………5.7V
最大屏极电压………………………………………………………………………250V
最大帘栅极电压……………………………………………………………………250V
最大灯丝与阴极间电压…………………………………………………………±100V
最大屏极耗散功率………………………………………………………………12W
最大帘栅极耗散功率……………………………………………………………2.5W
最大栅漏电阻………………………………………………………………………0.5MΩ
最大阴极电流………………………………………………………………………70mA
一般,电子管在工作时有这样的要求,摘自[2]:
“使用电子管时,用到极限值(‘极限参数’中所列数值)的参数不得多于一个(除有特别说明外)。否则,电子管寿命将大大缩短”
笔者觉得只用这一句话,即可足够强调极限参数的重要性。电子管确实有抗过载能力强等种种优点。但电子管并不适合长时间的过载工作。另外需要说明两点。其一是屏极耗散功率的计算方法是屏极电压(以阴极作为参考点)乘以屏极电流。帘栅极耗散功率的计算方法同理。[15]其二是在无栅流产生的情况下,即甲类和甲乙1类放大状态,阴极电流等于屏极电流与帘栅极电流之和。至于栅漏电阻,在自给栅负压的情况下,一般比最大值稍低些即可。如果用固定栅负压,还要再小一些。有的手册会给出这时栅漏电阻的最大值。
下面将迎来本文的重头戏,即电子管所谓“测试参数”的讨论。欧美等国的电子管手册,一般不给出厂家验收合格产品的测试方法。但这两本社会主义国家的手册([2]和[12]),明确给出了厂家检验电子管的测试条件和合格标准。前者甚至还给出电子管的寿命以及寿命终了的判断标准。笔者翻阅资料,似乎介绍厂家检验电子管的测试条件和合格标准的都很少。但如果读者想自制电子管测试仪,研究这几个指标还有意义,笔者将它们统称为电子管的“测试参数”。国内一般的电子管手册,常常不会收录这部分内容,或将其淡化,甚至将应用参数与测试参数混淆起来。由于工具书的报道出了偏差,无疑增加了问题的严重性。
还是回到6P1——这个收音机上面最常用的束射四极管——的话题上面来。敏锐的读者很可能已经意识到,上文所引用的6P1的应用参数与极限参数之间发生了矛盾。明明屏极电压与帘栅极电压都到了最大值,这显然与至多有一个参数用到极限值的要求违背。当然,还可以用“(除有特殊说明外)”这一点作为挡箭牌。再翻开[2]的180页,看一下苏联6П1П的“输出功率与非线性失真系数动态特性曲线”,应该不难发现,当屏极负载电阻取5.5kΩ时,非线性失真最小,而当屏极负载电阻取5.8kΩ时,输出功率最大。再回头看手册上说的是屏极负载电阻5kΩ时,输出功率3.8W。在这个负载电阻下,一方面,非线性失真也不小,另一方面,输出功率也不是最大值。该如何理解这个5kΩ呢?
笔者认为,这个5kΩ就是所谓“测试参数”的一部分。电子管厂仅仅是在这个屏极负载电阻下,测试电子管的输出功率与非线性失真,来判断电子管是否合格。而电子管具体的屏极负载电阻取值,并不一定是这个5kΩ。这就是手册上不会明白写出,而要凭读者丰富的经验来体会、领悟的春秋笔法。早年在本论坛上曾引起激烈讨论的曙光6P6P电子管屏极负载电阻疑难(5kΩ还是4.2kΩ?),以及2P2屏极负载电阻疑难(20kΩ还是15kΩ?),相信聪明的读者会作出正确的判断。如果读者仔细比较两本书关于6P1的资料,就会发现[12]几乎就是[2]的翻版,仅仅是去掉了一些特性曲线图而已。
这个现象在其他一些电子管上照样存在(前提是这些电子管在苏联和中国均有生产)。比如电池式收音机常用的检波低放管1B2。手册上标明1B2五极管部分,屏极电压60V,帘栅极电压45V,栅极电压0V,但1B2在实际应用中,屏极负载电阻为1MΩ左右,帘栅极降压电阻是3MΩ左右,此时帘栅极电压仅为十馀伏上下。没有经验的爱好者将大为困惑。如果认定手册所给参数实际是测试参数,这个问题迎刃而解。
另外,笔者还想就最近火热的6Z4电子管两屏并联用作缓冲时的最大工作电流疑难,作一公开答复。
某兄引用的二极管的“阴极发射电流”(按照笔者习惯,不写成“放射电流”,因放射一词常给初学者带来误会,以为电子管阴极具有放射性,以下简称发射电流),其实同样也是测试参数的一部分,并不一定是电子管最佳的工作状态。
为了使读者能够明瞭发射电流的测试方法,先做一简要介绍。根据[16],电子管的发射电流测试方法有四种,前三种都是测量二极管的(有栅极的电子管则接成二极管,即栅极全部接到屏极),有三种,分别是屏极电压是交流、直流和脉冲三种。第四种是测量三极管在脉冲状态下的发射电流,与主题无关,故略去。以下均引自[16]:
“3 电极电压为直流的测试方法
3.3 发射电流的测试电原理图如图2所示(以测试四极管的阴极发射电流为例)
【图2】
毫安表的阻尼时间不应超过允许的测试时间。
3.4 阴极发射电流的测试顺序有以下两种方法:
3.4.1 在规定阴极发射电压的条件下,阴极发射电流的测试应按下列顺序进行:
打开开关,调节电源电压使电压表的指示达到规定值。然后接通开关,从毫安表读出阴极发射电流值.
采用本方法的测试时间不应超过2s.
3.4.2 在规定阴极发射电流最小值的条件下,阴极发射电流的测试应按下列顺序进行:(以下内容与本文讨论内容无关,略去)”
笔者从[2]中摘录了各种常见二极管的发射电流(对于独立阴极而且对称的双二极管,是任意一部分的发射电流,对于双屏极而共阴极的全波整流专用的双二极管,则是每一屏极对应的发射电流;整流电流参数定义与其相仿不重复写出;如有两管值则特别注明)与推荐的应用参数以及极限参数作为参考。有些[2]中没有的电子管,则在[12]中获得相应数据并填入表内,型号后面相应加上*以作区分。这些参数均是在屏极所加电压为直流时所测量的。
型号 发射电流(不小于) 测试条件(屏极电压) 整流电流(不小于) 最大整流电流
1Ц7С-1Z7P 4mA 100V 未注明 2.0mA
1Ц11П-1Z11(1) 4mA 100V 未注明 300μA
2Ц2С-2Z2P 47.5mA 200V 6.8mA 7.5mA
6Д4Ж-6D4J 20mA 10V 4.8mA 5mA
6Д6А-6D6A 35mA 10V 8mA 10mA
6Х2П-6H2 35mA 10V 17mA(两管的) 20mA(两管的)
6Х6С-6H6P 15mA 20V 16mA(两管的) 8.8mA
5Z2P* 120mA(2) 75V 125mA 125mA
5Ц3С-5Z3P 225mA 75V 230mA 250mA
5Z3PA* 225mA 75V(3) 230mA 250mA
5Ц4С-5Z4P 300mA 50V 122mA 125mA
5Ц4М-5Z4PA 300mA 50V 133mA 140mA
6Ц4П-6Z4 150mA 未注明(5) 72mA 75mA
6Ц5С-6Z5P 140mA 50V* 70mA 75mA-70mA*(4)
注释:(1)[2]中未明确写出这是发射电流,写作屏极电流。但从测量方法来看,与发射电流完全等同,故列入;(2)[12]中未明确写出发射电流是每一个二极管的,还是两管之和,从5Z3P、5Z4P、5Z4PA的参数与[2]中给出的相比较,应该是每一个二极管的;(3)[12]中明确写出,测量共阴极二极管的发射电流时,每测一部分,另一部分屏极电压为0V即接地,其他二极管测试情况应当同理;(4)[2]与[12]给出不同的最大整流电流,现在一并列出;(5)表中标明未注明的参数,系[2]和[12]上都未给出。
本表的排列很有意思,前面三行全是高反压小电流半波整流管,往下两行是高频检波管,再往下是检波或小电流整流管,从5Z2P开始则是直热式全波整流管,最末四行全是旁热式全波整流管。先来讨论不同种类电子管的测试条件。高反压小电流半波整流管由于内阻很高,所以测试时接在屏极上的电压也较高,100V或200V,除了2Z2P以外,发射电流也不大。至于四个检波二极管,除了6H6P以外,屏极电压都是10V。三种直热式全波整流管,屏极电压都是75V。四种旁热式全波整流管,除6Z4测试时屏极电压不明以外,其他全是50V。
从经验和电子管的外形以及管芯结构知道,6Z4和6Z5P本来就是很相似的两种电子管,所以6Z4的测试条件也应当和6Z5P以及其他旁热式全波整流管相同。也可以换一个角度来理解,厂家一定希望相似的电子管用相同的测试条件,这样,大批量生产电子管时,能尽量简化测试手段和设备,提高效率。这样,手册上没有注明的6Z4的测试条件,可以由此推理出来。
再来比较手册上推荐的整流电流以及最大整流电流两列。除了1Z7P和1Z11,整流电流未给出之外,剩下电子管的整流电流都略小于最大整流电流。所以1Z7P和1Z11的整流电流的数量级可以得到确定,分别在1mA和100μA上。
如果将发射电流与整流电流做出比较,结论一目了然。任何一种电子管的发射电流都显著大于整流电流。对于全波整流管,表面上看去它们的比值大约是2倍,但是别忘了在全波整流中,两屏交替工作,每个屏极对阴极的整流电流,实际上是总整流电压的一半,因此对于每个二极管,发射电流与整流电流比值还是4倍左右。而对于检波二极管,4倍的近似关系仍然大致符合。但高反压小电流半波整流管则不符合这个经验规律。其中1Z11这个管相差最为悬殊,竟然有十余倍。因此,发射电流绝对不是适合电子管长期工作的电流值。但为什么对于旁热式电子管会有4倍的近似关系,笔者查找许多资料,均语焉不详。笔者猜测,这个4倍关系可能是有意设置的,即电子管定型生产时,故意将发射电流取为整流电流的4倍,得到测试时的屏极电压。再将电压近似的电子管归类之后,使用相同的屏极电压进行测试,编制电子管手册,于是出现了10V、20V、50V、75V、100V、200V这几种主要测试电压。
那么问题来了——电子管厂家用这么恶劣的条件测试电子管,难道不怕电子管损坏吗?实际上,二极管的发射电流测试,持续时间很短,根据[16],其中3.4.1条已经说明,在用直流电压测试发射电流时,测试时间不应超过2s。所以不致对阴极造成较大损害。如果有心与自制电子管测试仪的无线电爱好者,最好能下载全套国标文件,作为制作的参考和依据。
综上所述,如果使用电子管的“测试参数”作为依据,来说明全波整流电子管两屏并联用作缓冲的最大工作电流等于做全波整流时的最大整流电流的2倍的结论成立,没有任何意义。“2倍派”亟待“发明”新的“理论依据”。
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