电子管应用说明 电子管8大要点

电子管8大要点

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。

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。

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。图1所示为常见国产小型电子管管座实物图，小型7脚、9脚管座的中间装有一个接地用的管座隔离心，而8脚管座的中心有定位孔（带有小缺口的圆洞），与带有中心“管钥”（即定位插脚）的电子管相吻合，插入电子管时以便保证插对位置。

图1 常用电子管管座的识别

管座插孔的排列次序与电子管管脚一致，即在管座反面（焊片朝上）按顺时针方向，从插孔（小型GZC-7或GZC-9型管座）的最大一个间隔左边第一个插孔开始数1、2、3……，或从中心圆洞（GZ-2C型8脚管座）的小缺口所指左边第一个插孔开始数1、2、3……。如果是从管座正面数，则按逆时针方向，从插孔（小型GZC-7或GZC-9型管座）的最大一个间隔右边第一个插孔开始数1、2、3……，或从中心圆洞（GZ-2C型8脚管座）的小缺口所指右边第一个插孔开始数1、2、3……。

选用管座时，注意采用优质的陶瓷制品，劣质的胶木制品与胶纸制品最好不用，因为各种电子管的屏极电压均达数百伏，如果管座的品质欠佳，就容易引起漏电而产生杂声或交流声。同时管座的接插件必须保有良好的弹性，过松、过紧均不理想，特别是小型管座过紧时，容易造成电子管脚弯曲，严重时可能导致管壳开裂或管脚折断。

常用前置放大管多为拇指管或花生管，如6N1、6N2、6N11、12AX7、12AU7、6C1、6J1等，一般应选用GZC型瓷7脚或9脚管座；普通功率放大管一般为瓶形玻璃管（ST管）或筒形玻璃管（GT管），如6P3P、6L6、6CA7、EL34、KT88、6550型等，一般选用GZ-2C型瓷8脚管座；其他功放管如2A3、300B、211、805、807、811、845等，则采用中型瓷4脚与瓷5脚管座。

要点三

“为了延长电子管使用寿命，在实际应用中必须做到“五不要”：

一

是灯丝电压不要超出额定值的±10%，最好限制在±5%内。如果不按规定供给灯丝电压，就会明显缩短电子管的寿命。例如，对于灯丝标称电压是6.3V的电子管，实际工作电压最好控制在5.9～6.6V以内，不得低于或超出5.7～6.9V。过低会造成阴极“中毒”，过高则造成阴极过热，均会缩短电子管的使用寿命。

二

是任何电子管的运用值都不要超出其最大额定值，而且达到极限值的参数不能多于一个，即使是短时间超出极限值，也将影响使用寿命。例如，屏极损耗功率和帘栅极损耗功率超出其最大允许值时，前者会造成屏极赤热、阴极损伤，从而显着缩短电子管寿命；后者超出时，同样会因过热而缩短电子管寿命。

三

是不要忘记和违反电极加电顺序。比如，束射四极管或五极功率电子管在未加屏极电压前，不得先加帘栅极电压，否则帘栅极电流将很大而使管子过热发红，轻者缩短管子寿命，重者导致管子损坏。又如，提倡设置开机阴极预热，即让阴极通电加热到足够温度后，再先加栅极负电压，后加帘栅极、屏极等高压电源，以防止阴极受损，延长使用寿命。

四

是不要采用非垂直方式安装发热量较大的功率管及整流管，以免影响散热和寿命。但普通小型电子管的安装位置，可不受此限制，不论垂直、水平还是倒装都可以。值得注意的是，少数直热式电子管，如2A3、5Y3GT、5U4G型等，因灯丝结构关系，也必须垂直安装。

五

是不要让电子管受到剧烈震动，不要在过于潮湿和高温的环境下使用。剧烈的震动，会使管内各电极位置变动，引起电气参数的改变，造成管子性能下降，从而影响正常工作；严重时会造成电极相碰，致使管子报废。环境温度升高，管壳过热，会导致电子管芯柱玻璃发生电解，并破坏内部消气剂的工作，造成管子过早损坏。由此可见，在安装功率放大管、整流管时，必须注意采取良好的通风措施，以利散热。

要点四

注意合理选择电子管外围阻容元器件，以保证管子稳定可靠地工作。例如，功率放大管的控制栅极电路所接的直流电阻器，其电阻值不得超出厂家说明书或电子管特性手册给出的最大值，以免控制栅极发射电子而产生所谓的逆栅电流（也称栅极反电流），造成输出减小、失真增大和工作不稳定的后果。一般功率管在自给偏压时的栅极电阻器取500kΩ或以下，在固定偏压时的栅极电阻器大多取47～100kΩ。又如，整流电子管在采用电容器输入滤波电路时，滤波电容器的电容量越大，屏极峰值电流也越大。当滤波输入电容器的电容量过大（5Y3GT型管大于40μF）时，必须增大屏极电源阻抗值至特性手册所限定数值以上（5Y3GT型管为50Ω），以限制屏极峰值电流不超过其额定值。

要点五

外界低频电磁波能够穿透电子管的玻璃壳，对内部电极造成干扰。例如，音频放大管在受到干扰时，扬声器会发出交流哼声。为防止低频电磁场的干扰，有些场合采取在管壳外罩上一个专用铝罩的办法，如图2所示。该罩接机壳或公共地端，被称为电子管屏蔽罩。其作用明显，不仅可避免外界电磁波对管内电极造成的影响，而且还可消除由管子电极发射的电磁波对周围其他元器件所产生的干扰。

图2

要点六

掌握一些电子管的使用技巧，对于初学者来说是大有裨益的。例如：在应用多个电子管的设备中，为了便于灯丝供电，应选择统一的灯丝电压（如都为6.3V或都为12.6V）。并且灯丝的供电如果采用交流，对电子管寿命没有影响，但是容易存在引起噪声的缺点；如果采用直流，则具有噪声小的优点，但是存在对电子管寿命有影响的缺点。针对交流与直流供电存在的优、缺点，作为电路的后级管推荐采用交流供电，前级管推荐采用直流供电。另外，使用五极管时，如果稍降低些灯丝供给电压（如从6.3V降至5.8V左右），不仅可以延长管子使用寿命，而且能减少噪声，这对要求高增益、低噪声的前置放大电路非常有益。

又如，将完全相同的两部分封装在同一管壳内的电子管，称为“孪生管”，它实际上是复合管的一种特殊类型，常见的有双二极管和双三极管。当需要两管具有对称性的工作条件时，使用“孪生管”比使用两只独立的电子管更为有利。包括“孪生管”在内的复合管，内部多设置有静电隔离板（如6N1、6N2双三极管），实际运用中应其将连接该隔离板的管脚接机壳或公共地线。再如，工作在高频状态下的电子管，其屏极与栅极间的固有电容（也叫跨路电容），会造成工作不稳定，甚至产生自激振荡。并且管子的跨导越高，这种现象越严重。为此，除合理排列和布线外，必要时可给电子管加以适当的屏蔽，或在电子管管座的屏极与栅极焊片中间，竖一个连接电路公共地线的屏蔽板。

要点七

在实际制作或维修中，经常会遇到电子管相互代替的问题。对于不同型号电子管的代用，应注意选择同类用途、具有相同特性或特性相近的电子管进行替代。例如，老式遥截止中频电压放大管6SK7、功率放大管6V6，可分别用新式小型管6K4和6P1替代。由于这两种替代电子管的管形不同，所以需要更换管座，并改变管脚连线，但其他可不作更动。又如，功率管6P1与6P14特性相近，仅管脚连线不同，因而只要改变管脚连线，就可以互换。

对于工作特性有较大差别的电子管，一般不宜相互代替。如6N1与6N2，虽然管形、电极引出线和用途类别都相同（均属电压放大管），但6N2的放大系数比6N1大得多，互相代替会使电路的增益过高或不足。如一定要代替，必须对电路作适当调整才行。

五极管的增益比三极管大得多，当不需要太高的增益时，可将五极管连接成三极管使用。具体方法是，将帘栅极和屏极连接在一起，也可将抑制栅极（指有单独引出线时）和屏极连在一起，帘栅极与控制栅极连在一起，或将帘栅极、抑制栅极都和屏极连在一起。例如，五极管6J1改接成三极管后，其特性与双三极管6N1的一个三极部分相类似。但是，改接方法不同时，改接后的三极管特性也略有差别。由此可见，必要时五极管也可以替换三极管。同理，五极管和三极管也可以连接成二极管使用。如电子管收音机中，通常将6N2中的一个三极部分连接成二极管来担任检波工作。

综上所述，虽然电子管的类型不同，但只要掌握了它们的工作原理，就可运用自如，在实践中开辟出广阔的运用途径。

要点八

电子爱好者在接触各种收藏级电子管收音机时，不仅可以见到国产电子管，而且还可见到那个时代苏联、美国等国家生产的电子管。虽然有的电子管在外形上各有所异，但许多同一类型管子的参量数值完全相同或比较接近，在维修中是可以互相代用的。附表列举出若干国产电子管与其他国家电子管产品互换使用的对照表，以方便读者参考。

附表 常见电子管互换表

要点九

从电子管座上拔出电子管时，必须注意先做到关闭设备电源，待管子的玻璃壳温度降下来以后，再用手去拔出，以免发生烫伤。不论插入或拔出电子管，用力方向均应与管座平面垂直，谨防损坏管脚及管壳。对于无管腰的小型花生管，它的管脚只是一根较粗的引线，强度不是很大，插入管座时，一定要对准各管脚位置，且垂直插入，否则很容易把管脚弄弯；拔出管子时，更要当心管顶的抽气“小辫”不要碰撞到机壳等，而且用力不可过猛、过大，稍许摇晃着往上拔即可。在拔取有管腰的管子时，需要特别注意的是，一定要用手指捏住管腰，稍微摇晃着拔取，切忌只捏着玻璃壳拔管，这样极易将管壳和管腰拔脱。万一不慎发生了这样的事故，可用普通胶水与石膏粉拌合成较稀的糊状物，灌进脱开的缝隙里，把管子放在阴凉通风处，待自然干燥后便可粘结实了。

到底什么是电子管（真空管）？

1883年，著名发明家托马斯·爱迪生（Thomas Edison） 在一次实验中，观察到一种奇怪现象。

当时，他正在进行灯丝（碳丝）的寿命测试。在灯丝旁边，他放置了一根铜丝，但铜丝并没有接在任何电极上。也就是说，铜丝没有通电。

碳丝正常通电后，开始发光发热。过了一会，爱迪生断开电源。他无意中发现，铜丝上竟然也产生了电流。

爱迪生没有办法解释出现这种现象的原因，但是，作为一个精明的“商人”，他想到的第一件事，就是给这个发现申请专利。他还将这种现象，命名为“爱迪生效应” 。

爱迪生

现在我们知道，爱迪生效应的本质，是热电子发射。也就是说，灯丝被加热后，表面的电子变得活跃，“逃”了出去，结果被金属铜丝捕获，从而产生了电流。

爱迪生申请专利之后，并没有想到这个效应有什么用途，于是将其束之高阁。

1884年，爱迪生电光公司的技术顾问、英国物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明 （John Ambrose Fleming）访问美国，与爱迪生进行会面。爱迪生向弗莱明展示了自己发现的爱迪生效应，给弗莱明留下了深刻的印象。

弗莱明

这个弗莱明，大家应该也比较熟悉。他是一个电学专家，也是一个电机工程师，我们中学经常使用的右手定则，就是他发明的。

除了传统电学之外，弗莱明其实还有一个强项，那就是无线电磁学。他年轻的时候，曾经师从麦克斯韦，专门学习无线电磁理论。麦克斯韦临终前上课，只有两个学生来听，其中一个，就是弗莱明。

弗莱明观摩了爱迪生效应的演示后，也没有想到这个效应到底能用来干啥。事实上，等到他真正用到它，已经是十几年后。

1896年，意大利人伽利尔摩·马可尼（Guglielmo Marconi） 成功取得了世界上第一个无线电报系统专利，从而将人类带入无线通信时代。

马可尼

1899年，马可尼决定尝试横跨大西洋的远程无线电通信。为了完成这个壮举，他找来了弗莱明，和他签约，请他帮忙改进自己的无线电发射机和接收机。

弗莱明也确实没有辜负马可尼的期望，大幅改进了马可尼的设计，帮助实现了跨大西洋无线通信实验。（可惜，马可尼刻意对外隐瞒了弗莱明的贡献，还“忘记”了自己承诺要给弗莱明的500股股票奖励，把弗莱明气得半死。）

弗莱明在改进无线通信系统的时候，遇到了很多技术挑战。其中，最大的挑战，就是无线信号的接收。

简单来说，就是在接收端，如何检波信号 ，放大信号 ，让信号能够被完美解读。

放大信号大家都懂，那什么是检波信号呢？

所谓信号检波，其实就是信号筛选。天线接收到的信号，是非常杂乱的，什么信号都有。我们真正需要的信号（指定频率的信号），需要从这些杂乱信号中“过滤”出来，这就是检波。

想要实现检波，单向导通性（单向导电）是关键。

大家都知道，无线电磁波是高频振荡，每秒高达几十万次的频率。无线电磁波产生的感应电流，也随着“正、负、正、负”不断变化，如果我们用这个电流去驱动耳机，一正一负就是零，耳机就没办法反应出信号。

采用单向导电性，正弦波的负半周 就没有了，全部是正的，电流方向一致，把高频过滤掉之后，耳机就能够轻松体现出电流的变化。

去掉负半周，电流方向变成一致的，容易解读

在这里，我要先给大家介绍一样东西——矿石检波器 。

1874年，德国科学家卡尔·布劳恩 （Karl Ferdinand Braun）发现，有一些天然矿石（金属硫化物）具有电流单向导通的特性，可以用于整流（将交流电变成直流电）。

1894年，英属印度物理学家贾格迪什·钱德拉·博斯 （Jagadish Chandra Bose）基于卡尔·布劳恩的发现，利用方铅矿（硫化铅）的单向导电性，制成了世界上第一个检波器——矿石检波器 。

1900年，美国人格林里夫·惠特勒·皮卡德 （Greenleaf Whittier Pickard），基于矿石检波器，成功制造了世界上第一个矿石收音机。这为后来无线电广播的迅速普及奠定了基础。

弗莱明在研究如何改进无线电接收机的时候，采用了矿石检波器。但是，他想起了之前的爱迪生效应，他想到——是不是可以基于爱迪生效应的电子流动，设计一个新型的检波器呢？

就这样，1904年，世界上第一只真空电子二极管 ，在弗莱明的手下诞生了。当时，这个二极管也叫做“弗莱明阀”。（真空管，vacuum tube，也就是电子管，有时候也叫“胆管”。）

弗莱明发明的二极管

弗莱明的二极管，结构其实非常简单，就是真空玻璃灯泡里，塞了两个极：一个阴极（Cathode），加热后可以发射电子；一个阳极（Anode），接收电子。

旁热式二极管

玻璃管里之所以要抽成真空，是为了防止发生气体电离 ，对正常的电子流动造成影响，破坏特性曲线。（抽成真空，还可以有效降低灯丝的氧化损耗。）

二极管的出现，解决了检波和整流需求。但是，它还有改进的空间。

1899年，马可尼应邀到美国做无线电通讯表演。他的表演，吸引了一个年轻人的关注。这个年轻人，就是刚刚获得博士学位的德福雷斯特 （De Forest Lee）。

德福雷斯特

德福雷斯特为马可尼的无线电感到着迷。于是，他投递简历，想要加入马可尼的公司。结果，遭到拒绝。

被拒绝之后，德福雷斯特没有放弃，而是继续研究无线电通信。他的目光，放在了弗莱明的二极管上。

1906年，德·福雷斯特在真空二极电子管里，巧妙地加了一个栅板（“栅极”），发明了真空三极电子管 。

德·福雷斯特发明的三极管

栅板的主要作用，是控制电流。

栅极上很小的电流变化，能引起阳极很大的电流变化，而且，变化波形与栅极电流完全一致。所以， 三极管有信号放大的作用 。

现在看来，真空三极管的发明，是电子工业领域的里程碑事件。

这个小小的元件，集检波、放大和振荡三种功能于一体，为电子技术的发展奠定了基础。

一开始的三极管是单栅，后来变成了两个板子夹在一起的双栅，再后来，干脆变成了整个包起来的围栅

真空管

真空三极管是那一时期电子工业的心脏。基于它，我们才有了性能越来越强大的广播电台、收音机、留声机、电影、电台、雷达、无线电对讲等。

真空管收音机的内部构造（可以看到很多个真空管）

德·福雷斯特发明了三极管之后，很快陷入与弗莱明以及马可尼公司的专利官司。

双方互相起诉，弗莱明认为德·福雷斯特侵犯了自己的二极管专利，而德·福雷斯特则认为自己的改进很大，足以形成新的专利。官司打了很久，最终，双方达成和解，相互授权对方生产二极管（三极管）。

三极管诞生后，因为能放大信号，所以受到了美国通信巨头AT&T公司的关注。

当时，AT&T公司打算建造一条连接美国东西海岸的跨大陆电话线，急需解决信号放大问题。在没有三极管之前，放大信号只能用中继器，但是中继器的效果不好，且成本较高。

三极管的出现，给AT&T公司带来了新的选项。

1913年7月，经过一番讨价还价，AT&T公司以39万美元的价格，买下了德·福雷斯特的三极管专利。

再后来，AT&T认识到电子管这类基础研究对于产业发展的重要作用，于1925年正式成立了“贝尔电话实验室公司”。这个公司，就是后来大名鼎鼎的贝尔实验室。

1912—1920年，美国西电公司（Western Electric，简称WE）研制出具有实用性的球形电子三极管，发烧友称之为“洋葱头”电子管。

1924年，美国RCA公司（Radio Corporation of America）研制出效率较高的三极真空电子管。这种古典管在第一次世界大战中得到广泛应用。

1919年，德国的肖特基提出在栅极和正极间加一个帘栅极的想法。这个想法被英国的朗德在1926年实现。这就是后来的四极管。再后来，荷兰的霍尔斯特和泰莱根又发明了五极管。

到了20世纪40年代，计算机技术研究进入高潮。人们发现，电子管的单向导通特性，可以用于设计一些逻辑电路（例如与门电路、或门电路）。于是，他们开始将电子管引入计算机领域。

1946年，宾夕法尼亚大学的工程师埃克特和物理学家毛希利等人，共同研制出了真正意义上的第一台通用型电子计算机——埃尼阿克（ENIAC） 。

大家应该都知道埃尼阿克。这台钢铁巨兽，使用了18000多只电子管，重130多吨，占地面积170多平方米，每秒钟可作5000多次加法运算。之前的计算机需要2小时完成的计算任务，ENIAC只需要3秒钟，在当时堪称奇迹。

上世纪40-50年代，电子管的发展达到了高潮。但是，随着技术的进步，人们发现，电子管已经无法满足产品设计的需求。

一方面，电子管容易破损，故障率高，另一方面，电子管需要加热使用，很多能量都浪费在发热上，也带来了极高的功耗。

所以，人们开始思考——是否有更好的方式，可以实现电路的检波、整流和信号放大呢？

答案是肯定的，于是人们开启了晶体管的新纪元。

参考文献：

1、Leo的微电子学习笔记，黎翱白Leobai，B站；

2、从上海发迹的中国收音机百年史，戴辉；

3、从电子管到晶体管，解码科技史，央视；

4、真空二极管的工作原理，IC先生；

5、第一块晶体管背后的故事，中科大胡不归；

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来源： 鲜枣课堂

编辑：老头

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