【个人向科普】闲聊胆机中电子管参数的“测值”，“全新”，和“配对”

小米气态键盘

最近在做一台大号的胆机，但是进度被返工的扼流圈和一对从国外订购过来的音频牛拖住了，正好这段时间拿到手并且组好了测胆仪，来给大家详细讲一讲我个人关于“到底该如何认识电子管的各项参数”的一些理解。


一颗电子管都有哪些参数？
在具体的参数之前，最基本的一项是管子的结构，是三极管，四极管，五极管，束射五极管？是直热管，还是旁热管？是锐截止管，还是遥截止管？（当然遥截止管在音频里用得很少）每种管结构都有着仅看参数就能体现出来的明确特性，比如说直热三极管一般都拥有极佳的线性，五极管标准接法则像MOSFET一样存在着屏压对屏流影响很小的恒流区，四极管屏压低于帘栅压的区间曲线大幅弯曲且不可靠......


一般情况下，区分电子管型号和衡量其寿命的关键有3+1个电参数


在讲电参数之前我们先来简单说下电子管的每个“极”
以三极管5842/417A为例

中间的这副图片就是电子管在电路图绘制中的简化符号，灯丝加热阴极，使得包裹在灯丝上的阴极材料能够向外放出电子，在经过不同栅极形成电场的调控后，一定数量的电子被带高压的电极加速，打向屏极，被屏极吸收成为屏流，引出到电路其他部件。
灯丝是两个Heater引脚，Cathode是阴极；Grid是控制栅极，控制栅极距离阴极的距离很近，所以这两极间形成的电场能够对电子向外释放的速度起到显著的影响；Plate是屏极，带高压，对被控制栅极放出的电子加速，最终打到屏极。在单独分析电子管时，我们会以这颗管子的阴极电压作为0电位参考点，常见电子管在一般自偏压电路中，电子管的阴极会用电阻垫高至高于整机地电位点的位置，而栅极则会用电阻直接接地为0V，此时相对于阴极电压，栅极电位为负，这个负值就是一般所说的栅压，而屏压同样也是屏极相对于阴极的电压。对于直热管，其阴极和灯丝一体，写作Filament，一般用交流驱动灯丝，取此时该交流绕组中心抽头的电位作为阴极电位参考点，或取灯丝中点作为阴极电位。


1.屏流（Plate Current，单位一般是mA）
电参数中的屏流是指在电子管标准静态工作点下，其屏极流入的电流，比如2A3，在RCA给出的参数文档中，是交流2.5V灯丝，屏压250V，栅压-45V时的屏极电流，这个值是60mA。在实际工作中，屏流是不断变化的，动态屏流则可根据当前各极电压状态在曲线图中选取计算得到，标准静态工作点下的屏流，是电子管阴极发射能力的体现。

2.跨导（Transconductance/S/Mutalconductance，常用单位一般是mA/V，有些型号也用micromhos,1000Micromhos=1mA/V）
跨导，是以一个固定的电压为电子管的屏极供电，栅极电压每变化1V时，屏极电流变化的大小，是电子管曲线簇纵向间距的体现。

我们仍然以5842/417A为例，我画的这条竖线就是栅压变化1V，而电流则是从57.5mA变为27.5mA，即S=30mA/V，我取这两个点只是因为方便计算，实际上只要有两个屏压相同的点就能计算跨导，间距无所谓。相信大家从这副图中也能看到，在管子不同得工作区间，S的值的变化的，也就是说想要这个S值对自己的电路设计调整有参考价值，就需要针对自己实际所需的工作区间和工作点来测定跨导。
3.放大倍数（Amplification Factor/μ，单位可有可无）
这个就比较简单了，是以恒定的电流为电子管屏极供电，栅压每变化1V，屏极电压的变化值相对栅压变化的倍数，是曲线簇横向间距的体现

还是那张图，这条直线是栅压变化1V，屏流不变，屏极电压变化是45V，那么这个管子的μ就是45，参数文档中给的是43-44，基本符合我们根据曲线得出的计算值。


还有一项

4.灯丝供电规格
灯丝的重要性不必多说，需要提一嘴的，是灯丝电压相比给定值不论高低都有损寿命，灯丝电压过高易烧断，而灯丝电压不足导致阴极温度不足，发射能力减弱，此时强行让阴极发射电子对其表面发射涂层有损害，且容易造成阴极局部过热，有烧断灯丝或损毁涂层的潜在风险，家中电压不稳定或不标准的话，如果找电网工作人员联系无法解决，可以考虑购买调压器来稳定到合适的电压。


简单的了解完参数，我们进入正题，来说说何为电子管的“测值”。
电子管的寿终正寝，对于绝大多数的常见管来说，都可以归结为其阴极的发射能力不足。
标准工作点的屏流降低，跨导降低，本质都是阴极在各极电位相同时，能给出的电子变少了。


“测值”，就是一台测胆仪能给出的参数，比如国产的GS-5A测胆仪，能够测量管子在选定电压下的屏流和跨导，各种管子介绍中非常常见的“美國军事专用TV-7测胆仪”给出的参数则是固定电压下的跨导相对值，跨导绝对值需要知道对照表和具体挡位（RadioMuseum网站这一页有老哥提供了具体值的对照表https://www.radiomuseum.org/r/military_tv_7_u.html）

但是这两台仪器哪怕是最后生产的一台，放到今天都已经是堪称古董的物件了，而且测试仪不像真空管，放几十甚至上百年，也因为内部的高度真空和消气剂的存在，在重新点亮老化一段时间后能做到性能变化很小。可以参考现在的万用表，精密万用表要定期使用可靠且有效位更多的基准源或精度更高的表进行校准，测胆仪也同样需要校准。如果不校准，那测试参数也只能是“伪测值”，或只在一家卖的同一台机器相近时间内测定的数值之间有参考价值。
那么假如一家店里卖的大都是些拆机二手，参数实际上已经大打折扣的管子呢？我不希望这是真的，但事实很可能恰恰如此。所谓的“全新”管，尤其大量无原盒，管脚打磨过却“测值超全新”的管子，实际上很可能是商家的测试仪不准，标尺的刻度是歪的，测值怎么可能是正的呢？


关于配对，其实和上面的“测值”和“全新”一样，是寻找多颗参数一致的管子成组，但我前面提到了，除灯丝规格外，其他的三个参数都对应着一个特定的工作点，如果测试的特定工作点和实际应用不同，“精确配对”，就有可能是天差地别，而我前面也提到了可由管子的特性曲线计算出该点参数，也正因此，只有曲线测绘，才能尽可能描述出更多工作点的性能参数，才能叫做真正的精确配对，栅压的间隔可以测到更低，但更低会有不同栅压的曲线叠在一起，那样更看不出来。


这是我手头目前两颗贵族之声2A3C的完整曲线，浅线是原始参数，深线则是两者的均值，可以明显的看到300V之后的几条线已经错开了。



上面这是我手头的一根5670，如果测试仅有跨导，且是100V，-1V处，实际上还是挺接近的（差不多5.5/5.4的区别）

上方这是一颗西电396A，低压处配对不错，但看跨导屏流和内阻（内阻是同栅压的一根曲线的斜率），屏流是标准值的55%，跨导是标准值的70%（Raytheon给的跨导最小值是4.5mA/V，CK5670WA的参数文档给的非常详细，这份标准值对比是测胆仪厂家给的，和WE给的参考点不太一样，但也足够作证），已经达到该从仪器设备上报废扔进垃圾堆的水平了。然而当初我买这颗管子，商家写了是“全新”，旁边还有模有样的摆了两个原装盒子，我测试过机器灯丝电压精确，而且这种小管子寿命都很长，我拿到手至今一年半不到，不会是这段时间使用导致如此离谱的寿命衰减，而且拿到手明显是打磨管脚，且管脚根部发黑的，不提具体是哪家了。反正我再买到这种假装全新的报废管子，肯定一张完整曲线图加快速测试参数甩给商家然后一句话不说点申请退货，便宜货直接确认差评，曲线图发评价区，就算是写了售出不退的咸鱼，只要你说是全新管，我测出来不是全新也一样会申请退货

最后打个小广告，如果我有空的话可以帮大家测管子，因为之前在装机器的时候有在考虑更换质量稍好的管座，所以说目前这块面板没有完全焊接，目前能测试的接口有三个，分别是大四脚UX4（300B/2A3），针八脚B8G（4P1S，C3m）和小九脚B9（12A_7等）。如果有需求的话我会考虑做更多的插接板来兼容。支持的测试规格最高屏压750V，屏流300mA，两组，负压-170V-0V一组，可测四/五极管和超线性接法，有全新出厂校准，有需求的话论坛私聊，就是我到时候不一定有时间。

lutherwan2

感谢科普

LEE和京

这么多年都没人提这段了 相当科普啊 厉害！！了

wcc120

我都不用测，耳朵就听得出来。

Z.gosh

peterchen556 发表于 2021-7-30 11:46
幸好及时看到了楼主的帖子！我刚差点在咸鱼随便买两只eh的6h30了。。。现在看来还是先用机器自带的吧。。。 ...

arc吗？我换了西门子e288cc

小米气态键盘

acura0 发表于 2023-3-20 14:01
说到河北邢台，我也遇到过买apogee的音频设备从这里发货，二手充全新卖的，后包装当原封卖的。
不知道这 ...

电子管是当年要炼制玻璃，那会电子管正好被淘汰，都是白菜价，然后邢台那边就大量收购电子管去回收炼玻璃，导致当地各种电子管，尤其国产管库存很多。不知道是哪个奸商开的头磨掉国产粉字打进口厂的标来卖。
其他设备的情况我就不清楚了

acura0

小米气态键盘 发表于 2021-7-30 07:21
非地域黑，河北邢台的一些管商好像不少都这么干
发货地河北的几家大概都比较适合买廉价国产管，比如4P ...

说到河北邢台，我也遇到过买apogee的音频设备从这里发货，二手充全新卖的，后包装当原封卖的。
不知道这里是否有什么产业基地，不然为啥会如此集中？

sailing2000

玩电子管最怕的就是配对。所以宁可玩单端胆机，推挽的一般都不敢碰

angel5631

音频牛我用sowter不错。不过买管子时候，内部状态有没有用过看管壁应该能看出来吧，用的久了都会变黑的

小米气态键盘

宇碧竹 发表于 2022-8-22 23:09
我想请教楼主：配对不佳，主要是对两声道重播有影响，还是对机器工作有影响而导致变压器和电路的损坏呢？

配对不佳通常影响最大的是两声道的一致性，比如一边增益20dB一边18dB这种情况，人耳对这种偏差的感知能力不是很强，但我自己做的设备肯定是起码要用示波器来测一下的，如果左右声道输出波形严重不重合我会犯强迫症。

配对不佳导致孙环的情况基本只会在固定偏压的功率级出现，绝大多数厂家机器的工作点设计都比较保守，比如能承受2W功耗的管子只用到0.5W，这样即使性能再偏高的管子也不会导致损坏，只要别信商家的话来拿一些完全不同的管子代换。而功率级可能会出现问题则是因为功率管工作点设置如果保守，那输出功率就会大幅降低，自偏压会抑制管子的离散性，固定偏压没有这种抑制作用，换到性能明显偏高的管子时是有一定可能导致损坏的，不过固定偏压在耳放领域还是比较少见的

小米气态键盘

宇碧竹 发表于 2022-8-22 23:07
早就听说胆管水深，不过自己看了文章还是不懂，况且楼主说的主要是技术层面，实操上更多是对具体型号年代和 ...

胆管从参数测量的角度来评价声音是极其困难甚至基本不可行的，各种版本各种年代各种厂家的型号，测试只能告诉你这根管子合格与否，告诉你商家是否在坑你，剩下的就只能靠自己去听了。

另外我认为简单的评价某个厂家某个年代某种特定结构的管子声音如何是一种过于笼统的描述，应用于不同的电路不同的工作点下，一只管子所能体现的声音特性是存在差异的，就拿你刚买的6080为例，欧博将6080用做串联稳压调整管，Woo有6080牛输出的机器，同时不少厂家，例如听风，用6080制作OTL胆机，这三种截然不同的应用方式必然带来完全不同的管子工作状态，能体现出这根管子的什么声音特质，能体现出多少无法一概而论。

其实我这篇只是开了个头，之后打算开贴讲讲电路设计，讲讲如何自己来设计制作一台胆机，不过最近比较忙，可能要拖到年底才有时间。

我一直在尽可能避免谈及某某型号哪家的管子的声音特性这种问题，因为这并不是参数测量能回答的问题，唯一的办法就是实际体验，我个人的想法是希望大家能在理解电路特性的前提下，在自己搭建的知根知底的电路架构下，确保自己买到的是参数合格的管子，再来对比想去尝试的胆管

宇碧竹

我想请教楼主：配对不佳，主要是对两声道重播有影响，还是对机器工作有影响而导致变压器和电路的损坏呢？

宇碧竹

早就听说胆管水深，不过自己看了文章还是不懂，况且楼主说的主要是技术层面，实操上更多是对具体型号年代和版本的辨别（古董管）我现在已经买了Bendix 6080但还是对该管开孔屏和非开孔屏版本和声音的疑惑，不知道有何差别。不过楼主对于基本术语及解释，对我等小白也是功德一件

yeeypc

petanniee 发表于 2022-7-5 22:37
楼主有没测过频响之类的，很好奇用电子管搭个基本放大电路 3dB带宽能有多少。

电子管最后的堡垒是高频发射场合。

小米气态键盘

petanniee 发表于 2022-7-5 22:37
楼主有没测过频响之类的，很好奇用电子管搭个基本放大电路 3dB带宽能有多少。

频响瓶颈主要是两点，变压器的频响和各级的密勒效应

输出变压器的频响指标通常-3dB带宽是单端低频10Hz，高频50KHz左右，看牛的质量会有波动，推挽因为不留气隙电感量大增，低频响应会扩展不少，次级悬空也可也降低初级等效寄生电容，略微拓宽高频响应，但胆耳放很少有推挽设计，LL2774我比较凑巧测试过单端和推挽，单端版本用750Ω源内阻的-1dB频响大概是20Hz-35KHz；推挽版本每臂750Ω源内阻，初级阻抗用为7KΩ的-1dB频响大约是5-65KHz，-3dB高频响应好像是到了105KHz左右
输入变压器多为玻莫合金小牛，频响通常大幅优于输出变压器，推动变压器就没几个机器用，一般推动牛的频响和输出牛比较接近，如果有的话这部分的衰减会比较多。

（Crss是借用场管的叫法，反向传输电容，以屏极与控制栅之间的寄生电容为主，密勒效应是让Crss乘以电压放大倍数，再并上控制栅对阴极的电容，作为RC低通里C的值）
密勒效应挺好算的，源阻抗和输入电容按一阶RC，多级叠加就可以，比如100K电位器加6SN7的输入级，电位器-6dB时源阻抗最高，大约25K，6SN7的Crss是4pF，倍增至大约70pF，这样的高频-3dB点大约是90KHz。
极间的密勒效应低通类似，比较通行的仿WE91线路的310A部分用得是100K的屏极电阻，那电压放大级输出阻抗就是管内阻并屏极负载电阻，大约100K（五极管内阻极高），300B的输入电容大约是65pF（300B的Crss极高，为15pF，放大倍数大约3.5-4倍），这样这部分的-3dB点就是25KHz。

四极管或者五极管由于帘栅等效交流接地，Crss通常只有0.0x pF，因此输入部分频响会大幅拓宽，但作为代价，五极管极高的屏极内阻使其作为放大级时输出阻抗提高，相比屏极内阻主导输出阻抗的三极管，输出部分频响会比三极管差。
如果阴极电阻没有旁路，保留这个负反馈的话那屏极等效内阻会大幅上升，这个也会对频响有较大影响，上面6SN7的那个例子，如果阴极电阻是1KΩ，那保留阴极电阻的负反馈时，6SN7的等效内阻会超过30KΩ，而不是原本的7K，这时三极管的输出部分频响也可能对整机频响有所限制。

总频响就是这几个叠加，如果是一级基本共阴放大的话就是电位器-6dB与管子的Crss算一个，输出变压器算一个，这俩再加起来就行了，通常一级共阴放大直接牛输出的电路输出变压器的频响为主要限制，基本上变压器是多少那频响就是多少，就是需要注意一下适合一级放大直接牛出的管子其Crss通常不低，电位器不能用太高，另外我个人比较习惯研究-1dB带宽。

至于一些比较特殊的设计，比如电阻V-I转换注入到共栅电路I-V并放大，接阴极跟随，那频响是可以上GHz的。

极间耦合电容通常影响不大，0.47uF电容的20Hz阻抗是17K，远小于通常取值为240-470KΩ的下一级栅漏电阻

petanniee

楼主有没测过频响之类的，很好奇用电子管搭个基本放大电路 3dB带宽能有多少。

小米气态键盘

烈火狂想曲 发表于 2022-7-5 12:36
换了管子一切正常,但旧管看起来还很新是不是只能扔了?

换管能解决这个问题那就是管子有问题，可以试试找人补焊一下管基，看看是不是引出线到管基这段脱焊，如果这段没问题的话那问题在管内，似乎可以给灯丝加较高的电压试试能不能把灯丝烧焊上，如果还不行就只能扔了，建议找专业人士，我是没尝试过修复的

小米气态键盘

erjiniu 发表于 2022-7-5 11:28
电子管老化的速度还是很快的，用家很难把握实际寿命，很多标称5年实际1年已经不行了，底噪增加最后杂音增多 ...

老化速度其实并不算快。老化体现为内阻增加，跨导降低，阴极连续发射电流下降，通常寿命是以小时来标称的，没有用多少年来标称寿命的，但实际上随机器工作点设置不同，灯丝电压精度不同，寿命的衰减速度也会有很大区别，比如标准工作点250V屏压60mA屏流的2A3，如果应用于30mA屏流下，那寿命就会大幅延长，与电容低温，低涟波电流，低实际工作电压应用是类似的，另外如果灯丝电压与屏压都是缓慢加上的，那也能延长管子寿命，通常厂家手册给的寿命参数都是按标准工作点下的参考值，是灯丝电压偏离较大时，生产厂商可以基本保证在这个小时数内管子的参数不会衰减至低于最低参考值，是寿命的下限值；寿命的上限值与实际平均值在灯丝电压精确，工作点没有达到极限的情况下通常远高于此。

通常电子管在设计合理的机器上还是比较长寿的，例如12AU7，新产的300B这类常见管，在常规商品机上用五年没有任何问题，前提是它确实是“全新”的。底噪增加杂音增多最可能的原因是灯丝与阴极之间出现漏电，交流驱动的灯丝与阴极之间产生干扰，在有SRPP或Cathode Follower等阴极带高电位应用的电路下比较容易发生这种问题，灯丝阴极耐压这个性能参数我是尽可能会避免去用的。

记得EML说他家的管子已经有人用了几万小时，测试参数还是合格的，而通常DHT的标称寿命都在1000小时上下。

烈火狂想曲

小米气态键盘 发表于 2022-7-5 08:35
有备用管子换过试试吗？
可能是灯丝半断不断，可能是管座接触不良，也可能是机内的灯丝供电脱焊，先上高 ...

换了管子一切正常,但旧管看起来还很新是不是只能扔了?

wxcxyz

所谓的“电为声之母”也是从这个时候流传下来的吧，当时电压不稳定、稳压器件种类少、效果差，很大程度上依赖电网的稳定性。

现在要是还强调电网稳定什么的，感觉大概率是在讲故事了。