12AX7 , eller ECC83 , er en vakuumrørfamilie af miniature lavfrekvente dobbelttrioder med høj spændingsforstærkning og lav transkonduktans . Ud over den originale 12AX7 ( USA , 1948) og dens forbedrede europæiske variant ECC83 (1952), omfatter familien mere end 200 [3] varianter: 7025 lav baggrundslampe (USA, 1950'erne), 5751 ekstra høj pålidelige militærlamper, 7729 (USA, 1950'erne og 1960'erne), CV4004, M8137 ( UK , 1950'erne), japansk 12AD7 lampe, ECC803S rammegitterlampe ( Tyskland , 1958) og mange mindre kendte serier til industriel automation. De elektriske egenskaber for de fleste af disse lamper er identiske, og betegnelserne 12AX7 og ECC83 er blevet synonyme [4] .
Den kombinerede civile 12AX7 og ECC83 blev det mest udbredte lavfrekvente spændingsforstærkerrør ; de dominerede absolut amerikanske og vesteuropæiske husholdningsapparater i 1950'erne og 1960'erne [1] [5] . I slutningen af 1980'erne ophørte produktionen af 12AX7, men den blev genoptaget i 1990'erne - i Kina , Rusland , Serbien og Slovakiet . Hovedapplikationen til 12AX7 i det 21. århundrede er rørguitarforstærkere .
I marts 1948 dukkede en ny miniaturelampe op i katalogerne for de amerikanske virksomheder RCA og Sylvania - en dobbelttriode til industrielle automationsanordninger , som fik betegnelsen 12AX7 [1] . 12AX7 blev designet af RCA og fremstillet under kontrakt på Sylvania fabrikker - denne form for adskillelse af funktioner var normen på det tidspunkt [5] . Virksomheder havde ikke store forhåbninger til den nye lampe: Det var en umærkelig udvikling, som ikke engang fortjente en note i RCA's virksomhedsmagasin [1] . Designerne kombinerede kun to trioder i en cylinder, identisk med triodesektionen af den tidligere udgivne 6AV6 diode-triode [1] .
Kombinationen af høj forstærkning, lav støj og lav netværksbaggrund indarbejdet i 6AV6-designet viste sig at være efterspurgt af designere af højkvalitets lydudstyr og analoge computere [1] . Det var på et par 12AX7, at den klassiske operationsforstærker af George Philbrick K2-W [5] blev bygget . Men hovedfaktoren i den uventede succes med 12AX7 var introduktionen af langspillende plader og pladespillere med lavfølsomme magnetiske pickupper til det amerikanske marked [1] . Fabrikanter af masseudstyr havde et presserende behov for et billigt, højforstærket rør, der er egnet til brug i phono-scener [1] . Efterspørgslen voksede så hurtigt, at fem virksomheder allerede i 1952 producerede 12AX7: CBS , GE , National Union [k. 2] , Sylvania og Tung-Sol [1] .
På dette tidspunkt blev de iboende problemer med den nye lampe også tydelige: billige armaturer inden for lampen førte til en høj mikrofoneffekt , og inhomogeniteten af mesh -vikling, uundgåelig i masseproduktion, forårsagede høje ikke- lineære forvrængninger [1] . 12AX7 af de første produktionsår var mærkbart ringere i lydkvalitet end sin oktale forgænger 6SL7 [1] . På trods af dette skubbede 12AX7 både de "forældede" 6SL7 og de nyeste medium-gain-rør ud af produktionslinjerne og var i 1956 blevet de facto industristandard inden for amerikansk lydteknik [1] . Ikke-lineariteten af 12AX7 forhindrede ikke dette: designere fra 1950'erne var i stand til at rette op på manglerne ved rørene ved hjælp af negativ feedback . Derfor fandt 12AX7 en plads i professionelle ( Ampex båndoptagere ), og i husholdningsudstyr og i guitarforstærkere [1] .
I det XXI århundrede var 12AX7 og dets europæiske modstykke ECC83 de mest almindelige rør i guitarforstærkerkredsløb [4] . Valget af producenter er drevet af økonomi (12AX7 er stadig i produktion og fås derfor til rimelige priser) og konservatisme: De fleste moderne forstærkere er bygget efter gennemprøvede kredsløb fra 1950'erne [4] . Leo Fender og andre designere fra røræraen valgte ikke 12AX7 tilfældigt: Egenskaberne ved dette særlige rør var ideelle til systematisk drift i input overbelastning og amplitudebegrænsning [4] . Overdreven forstærkning af 12AX7 gjorde det på den ene side muligt at færdiggøre guitarforstærkeren med en toneblok [6] . På den anden side øgede det den subjektivt opfattede uforvrængede lydstyrke: den tærskel, ud over hvilken guitarlyden "faldt fra hinanden" ( engelsk breakup ) til harmoniske , kom i 12AX7 på meget højere niveauer end i sine forgænger-rør [7] .
I begyndelsen af 1950'erne lagde Philips [1] ingeniører mærke til 12AX7 . Funktionelt matchede lampen nøjagtigt virksomhedens behov, på det tidspunkt rettet mod at erobre forbrugernes Hi-Fi- marked , men kvaliteten af masseproducerede amerikanske lamper tilfredsstillede ikke europæerne [1] . Den europæiske version af 12AX7, kaldet ECC83, og dens produktionskæde er blevet redesignet af Philips. Lampen modtog en stiv støttearmatur, en støjsvag spiralkatodevarmer, men vigtigst af alt lykkedes det europæerne at sikre den "militære" nøjagtighed af viklingsgitter i masseautomatiseret produktion [1] . Europæiske lamper havde konsekvent bedre ikke-lineær forvrængningsydelse, og levetiden for de bedste ECC83-versioner produceret af Telefunken oversteg 100.000 timer uopnåelige for amerikanere [1] . I 1956 erobrede Telefunken-rør ikke kun det europæiske, men også det amerikanske marked for forbrugerlydudstyr: de var udstyret med forstærkere fra Eico, Dynaco, Fisher og McIntosh [1] . I slutningen af 1950'erne blev ECC83 og E83CC af høj kvalitet [k. 3] produceret af Amperex ( Holland ), Mullard ( Storbritannien ), Mazda ( Frankrig ), Fivere ( Italien ) [1] ; i 1960'erne overtog japanske ( Hitachi , Panasonic , Toshiba ) og østeuropæiske ( Tesla , Tungsram og andre) virksomheder produktionen af ECC83 og 12AX7 [1] .
Amerikanske virksomheder kunne ikke tilbyde en værdig erstatning for importeret ECC83 [1] . Den forbedrede 12AX7, udgivet af RCA i 1958 under betegnelsen 7025, adskilte sig kun fra basen 12AX7 på et lavere niveau af netværksbaggrund med de samme ikke-lineære forvrængninger [1] . Røret fandt kun begrænset efterspørgsel på markedet for guitarforstærkere [1] .
I USSR var der ingen nøjagtig analog til ECC83 eller 12AX7: deres funktionelle analog 6N2P , kopieret fra den europæiske lampe 6CC41 [8] , havde en anden pinout og andre karakteristika af glødetråden. 6N2P adskiller sig fra ECC83 ved en lavere indgangskapacitet og tilstedeværelsen af en skæringsskærm mellem to trioder [9] . Skjoldjording reducerer krydstale fra en 6N2P-sektion til en anden med omkring 6 dB sammenlignet med ECC83 [9] .
Allerede i 1950 annoncerede GE den første forbedrede analog af 12AX7 - en høj pålidelig lampe 5751, som adskilte sig fra 12AX7 i en lavere forstærkning (μ = 70) [1] (senere blev denne lampe produceret i små serier i Storbritannien og Japan [1] ). På grund af de høje omkostninger blev 5751 kun brugt i militære og industrielle enheder; først i slutningen af 1970'erne, efter forslag fra Conrad-Johnson, trådte 5751'eren ind i arsenalet af lydteknikere [1] . Lignende højkvalitetslamper af deres eget design med karakteristiske militære betegnelser (CV4004, M8137, og så videre) blev produceret af britiske virksomheder forenet i British Valve Association - kartellet [5] . Udgivelsen af disse serier ophørte i 1970'erne og er ikke blevet genoptaget; nummer 5751 sluttede i 1980'erne [5] [1] . Den sidste og måske den mest avancerede lampe i denne serie var den ekstremt sjældne amerikanske 7729-serie (GE og CBS, 1960'erne), designet til drift i differentielle instrumenteringsforstærkere [10] .
I 1955 annoncerede Sylvania og CBS lanceringen af 12AD7, en ny støjsvag version af 12AX7 til krævende applikationer [11] . Lampen var ikke efterspurgt på de amerikanske og vesteuropæiske markeder, men var yderst succesfuld i Japan [11] . Den japansk-fremstillede 12AD7, som tog pladsen for 12AX7 og ECC83 på hjemmemarkedet, var en uundværlig komponent i Akai- og Sony -rørteknologien fra 1960'erne. Uden for Japan havde disse lamper et dårligt ry, hovedsagelig på grund af den lave kvalitet af datidens japanske masseudstyr [1] .
Alle de anførte 12AX7- og ECC83-varianter led af en høj mikrofoneffekt . Designerne af Telefunken formåede at løse dette problem ved at ændre designet af kontrolgitteret [5] . I almindelige lamper var gitteret viklet på to lodrette tværsnitstværsnit; i ECC803S lampen udgivet i 1958, blev gitteret viklet på en stiv stemplet ramme (bæreramme) lavet af molybdæn [5] . Denne teknisk avancerede og dyre lampe, der kun produceres på Telefunkens fabrikker, blev en sjældenhed allerede i 1990'erne [5] .
| 12AX7/ECC83 lavet i det 21. århundrede | ||
|---|---|---|
| Slovakiet, 2000'erne |
Rusland, 2000'erne |
Rusland, 2011 |
I 1960'erne begyndte elektrovakuumindustriens langsomme tilbagegang. Amerikaneren Tung-Sol og CBS var de første til at forlade spillet tilbage i 1960'erne [1] . Kvaliteten af Telefunken-lamper faldt; virksomheden begyndte at sælge under sit eget navn produkter fra andre fabrikker, som adskilte sig fra originalen i høj støj og høj mikrofoneffekt [1] . Andre europæiske virksomheder er også gået over til at videresælge middelmådige japanske lamper; kun Amperex og Mullard opretholdt ECC83-kvaliteten så godt de kunne indtil 1980'erne [1] . GE, RCA og Philips-ejede Sylvania [1] var de sidste til at lukke produktionen ned i slutningen af 1980'erne . Sofistikeret automatiseret udstyr - hele fabrikker designet til at producere millioner af lamper årligt - gik for evigt tabt. Det vides kun med sikkerhed, at Mullard-produktionslinjen, som den militære CV4004 blev produceret på, endte i Kina [12] , og Amperex-udstyret - i Serbien [13] .
I den sidste fjerdedel af det 20. århundrede blev efterspørgslen efter 12AX7 og ECC83 understøttet af millioner af guitarister, der stadig brugte rørforstærkere. Den nøjagtige størrelse af markedet er ukendt; i 2000 blev den anslået til ikke mindre end en million lamper om året [13] . Indtil midten af 1990'erne blev efterspørgslen imødekommet fra gamle lagre; det amerikanske marked blev skyllet ind af en bølge af bevidst substandard lamper og direkte forfalskninger [1] [2] . Skruppelløse forhandlere pillede med Amperex, Mullard og Telefunken på hver 12AX7, de kunne få fingrene i; da amerikanske og vesteuropæiske lagre var opbrugt, gik japanske, østeuropæiske og endda indiske lamper af lav kvalitet i aktion [1] [2] .
I 1995 var der fire aktive produktioner af 12AX7 / ECC83 i verden: EI (Serbien), Sino (Kina), Tesla (Tjekkiet) og den russiske fabrik " Reflector " ( Saratov ), som begyndte produktion af tre strukturelt forskellige varianter af 12AX7 efter ordre amerikanske grossister [1] [13] . Alle disse rør var ringere end det vesteuropæiske ECC83: De kinesiske var kendetegnet ved en kort levetid, de serbiske havde en øget mikrofoneffekt, de russiske havde øget forvrængning som den gamle amerikanske 12AX7 [1] . I 2000 stoppede den kinesiske fabrik produktionen, og fabrikken i Serbien overlevede trods den internationale embargo og formåede at forbedre kvaliteten af lamperne [13] . Det slovakiske firma JJ Electronic , som handlede i USA under Tesla og Teslovakiske mærker, formåede at etablere produktion på Čadets fabrikken ikke kun af den grundlæggende 12AX7, men også af en nøjagtig kopi af den forbedrede ECC803S [13] . I 2000 producerede Kaluga Voskhod -fabrikken syv forskellige varianter af 12AX7 til amerikanske ordrer , samme år begyndte leveringer af "guitar" 12AX7 produceret af Svetlana [ 3 ] . I 2010'erne sælges russisk-fremstillede lamper i USA både under mærkerne fra lokale forhandlere og under de klassiske mærker af Genalex Gold Lion [14] , Mullard [15] , Tung-Sol [16] .
12AX7 er en laveffekt triode designet udelukkende til lavfrekvent spændingsforstærkning. Referencedokumentationen beskriver to anvendelsestilfælde: et auto-forspændt spændingsforstærkningstrin og en katodekoblet dobbelt-triode- fase-inverter [18] . I begge versioner er 12AX7 anoderne belastet med modstande fra 47 til 220 kOhm og er forbundet til belastningen gennem koblingskondensatorer. Til et katodefølgerkredsløb er 12AX7 dårligt egnet på grund af lave anodestrømme [19] .
De elektriske egenskaber for 12AX7, ECC83, 7025 og deres fulde analoger, givet af fabrikanter for to nominelle tilstande , er fuldstændig identiske [4] .
Værdierne for de maksimalt tilladte spændinger, strømme og kræfter kan variere afhængigt af det system, producenten har valgt til deres erklæring (absolutte maksimumværdier [k. 4] eller gennemsnitlige beregnede grænseværdier [k. 5 ] ] ):
| Elektriske egenskaber for ECC83 (Philips, 1970) [18] | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Indeks | Betegnelse | Enheder _ |
Tilstand 1 | Tilstand 2 | Grænseværdier _ _ |
| Anode-katode spænding | Ua | PÅ | 100 | 200 | 350 [k. 6] |
| Net-katode spænding | Ug | PÅ | -1,0 | -2,0 | -halvtreds |
| Anodestrøm | Ia | mA | 0,5 | 1.2 | |
| Effekttab ved anoden | Pa | tir | 0,05 | 0,24 | 1.0 |
| Overførselskarakteristikkens hældning | S | mA/V | 1,25 | 1.6 | |
| Statisk spændingsforstærkning | μ | 100 | 100 | ||
| Indre modstand | Ri | kOhm | 80 | 62,5 | |
Den tilladte spredning af triodeparametrene (S, μ og Ri) var ikke angivet i dokumentationen for masseserielamper [21] . I praksis blev det antaget, at for nye lamper er den tilladte afvigelse af forstærkningen μ ±10% (90 ... 110) , og de tilladte afvigelser af hældningen S og den indre modstand Ri er ±20% [21] .
At få en ny lampe ind i intervallet på fem procent for alle tre parametre er et sjældent heldigt tilfælde [21] . Efterhånden som lampen ældes, falder dens hældning irreversibelt, og den indre modstand øges; kun amplifikationsfaktoren μ er relativt stabil [22] .
Det 12AX7 sikre driftsområde er begrænset af den maksimalt tilladte spænding ved anoden (ikke mere end 350 V) og den maksimalt tilladte effekttab ved anoden (ikke mere end 1 W) [17] . Drift ved en anodestrøm mindre end 0,5 mA er uønsket på grund af indsnævring af båndbredden og uforudsigelig vækst af ikke-lineære forvrængninger [23] . Drift i området med små negative forspændinger (0...-1 V) er uønsket på grund af strømmen af netstrømme, hvilket også forværrer forvrængningen [23] . På dette område adskiller 12AX7 sig ufordelagtigt fra andre dobbelttrioder i relativt store netstrømme og ekstremt lav (nogle få kOhm) inputmodstand [24] . Driften af 12AX7 ved positive biaser var i princippet ikke standardiseret [25] .
På grund af disse begrænsninger er udvalget af mulige driftstilstande for 12AX7 meget smallere end tilsvarende områder af trioder med en gennemsnitlig spændingsforstærkning og en relativt bred åbning af strøm-spændingskarakteristikken [23] . Ikke alle tilstande i denne region er gennemførlige i praksis: kombinationen af høj strøm, høj spænding ved anoden og høj modstandsbelastning, hvilket er mest fordelagtigt ud fra et støjsynspunkt og ikke-lineær forvrængning, kræver en uoverkommelig høj forsyning spænding [23] . At realisere potentialet i 12AX7 er ikke let: lampen kræver omhyggeligt valg af tilstanden, der minimerer støj, ikke-lineære og frekvensforvrængninger [23] . Måske forklares meninger om dens dissonans netop af det forkerte valg af regime [23] . Faktisk er den vesteuropæiske ECC83 en af de bedste med hensyn til ikke-lineær forvrængning [23] , selvom den i lydkvalitet er ringere end førkrigstidens 6SN7 [26] .
De fleste lavfrekvente spændingsforstærkningstrin på rør som 12AX7 bruger automatisk (katode) bias [27] . De gevinster, der er angivet i håndbøgerne, tyder på at shunte katodemodstanden med en kondensator . Uden en kondensator reduceres forstærkningen af kaskaden med omkring det halve, mens dens input-kapacitet på grund af Miller-effekten falder med samme mængde, og lokal feedback reducerer ikke-lineære forvrængninger [28] . I serielle forstærkere fra det XXI århundrede bruges der i stedet for katodemodstande enkelte røde, gule eller grønne LED'er [29] [c. 7] . LED'en har praktisk talt ingen effekt på den ikke-lineære forvrængning af kaskaden, og på grund af den lave interne modstand (tivis af ohm) behøver den ikke en shuntkondensator [30] .
12AX7 er også i stand til at blive forspændt af en gittermodstand ( gridlick ) [31] . Hvis lampens katode er jordet, så sætter en del af elektronerne udsendt af den sig på gitteret og strømmer ned til jorden gennem gittermodstanden [32] . Netpotentialet falder til under nul og når et ligevægtsniveau, som for forskellige tilfælde af 12AX7 og en gittermodstand på 10 MΩ er −0,8 ... −1,2 V [33] [k. 8] . Denne løsning blev meget brugt i tidlige forstærkere, men blev afvist på grund af ustabiliteten af rørenes karakteristika og øget forvrængning [31] [23] . I det 21. århundrede bruges den ekstremt sjældent og kun i guitarforstærkere, for eksempel af THD Electronics [31] .
I den ikke-lineære forvrængning af enhver triode dominerer den anden harmoniske. For en fast belastningsmodstand er den anden harmoniske koefficient direkte proportional med signalamplituden ved anoden; efterhånden som belastningsmodstanden falder, stiger den anden harmoniske koefficient ikke-lineært [35] . Den bedste belastning med hensyn til forvrængning er en aktiv stabil strømgenerator af høj kvalitet (GST) baseret på felteffekttransistorer eller på en pentode med en intern modstand i størrelsesordenen titusinder og hundreder af MΩ [36] . Ifølge Merlin Blenkou, med en sådan belastning, THD af forskellige 12AX7 ved en anode signal spænding på 10 V rms. ikke overstiger 0,1 % [36] [c. 9] . I dette tilfælde er forstærkningen af kaskaden maksimal og lig med μ [23] .
Udskiftning af den aktive belastning med en modstand fører til en stigning i forvrængning og et fald i forstærkningen af kaskaden. Ifølge Vacuum Tube Valley magazine, med en belastningsmodstand på 240 kΩ, en forsyningsspænding på 250 V og en anodesignalspænding på 10 V rms. den anden harmoniske koefficient for forskellige 12AX7 og ECC83 er 0,015 ... 0,2%, den tredje harmoniske koefficient er 0 ... 0,02%, og trinforstærkningen reduceres til 48 ... 80 [38] . Et yderligere fald i belastningen er ledsaget af en stigning i forvrængning, som kun delvist kan kompenseres af en stigning i forsyningsspændingen til kaskaden [36] , og et fald i kaskadekoefficienten (op til 50 ... 63 kl. en belastning på 100 kOhm og 34 ... 44 ved en belastning på 47 kOhm).
Den almindelige anbefaling i den historiske litteratur om at bruge en 100 kΩ anodebelastning går tilbage til den "gyldne regel" om at matche trioden til belastningen: udgangseffekten af en ideel triode når sit maksimum, når belastningsmodstanden er det dobbelte af den indre modstand af lampen (for 12AX7 - ca. 60 kΩ), ved I dette tilfælde er spændingsforstærkningen af kaskaden nøjagtigt lig med 2/3 μ [35] . Når spændingen øges , taber en sådan belastning til den aktive HTS i alle henseender, bortset fra Miller-indgangens kapacitans [35] .
Der er ingen direkte sammenhæng mellem producentens navn, fremstillingsåret og niveauet af forvrængning af en bestemt lampe: lamper fremstillet i USA viser konsekvent middelmådig ydeevne, og billige lamper af moderne russisk produktion kan overgå klassiske Mullards [38] [39] . Spredningen i karakteristika for serielle lamper var og forbliver for stor [39] .
Spændingsforstærkningstrinnets båndbredde på 12AX7 begrænses ovenfra på den ene side af den høje Miller-indgangs-kapacitans i kombination med signalkildens udgangsimpedans, på den anden side af den høje udgangsimpedans i kombination med belastningskapacitansen:
Indbyrdes afhængig [k. 10] afskæringsfrekvenserne for begge filtre , input og output, ligger normalt i området for ultralyd , men med mislykket beregning og installation af kredsløbet kan de skifte ned til området for audiofrekvenser [28] .
En bivirkning af den høje udgangsimpedans er den middelmådige elektriske isolering af lampens triodesektioner. Dæmpningen af interferens med en frekvens på 1 kHz, der penetrerer fra anoden i en sektion til anoden i en anden sektion, er ca. -73 dB; ved 20 kHz degraderes dæmpningen til omkring -47 dB [9] .
Støjstrømmen af anoden på enhver triode består af to komponenter: hvid bredbåndsstøj - strømudsving på grund af den endelige værdi af elektronladningen og lavfrekvent lyserød flimmerstøj på grund af lokale udsving i arbejdsfunktionen ved oxid-vakuum grænse [41] [k. 11] . Den spektrale tæthed af skudstøj er konstant over hele driftsfrekvensområdet; den spektrale tæthed af flimmerstøj er omvendt proportional med frekvensen [43] . Med en stigning i anodestrømmen øges flimmerstøjtætheden, og skudstøjdensiteten falder [c. 12] , mens frekvensen af strækningen mellem de områder, hvor den ene eller anden type støj hersker, rykker op [44] . I typiske 12AX7 driftstilstande er denne frekvens i størrelsesordenen 1 kHz [44] .
Hvis vi kun betragter skudstøj, som er relevant i designet af RF-enheder, så er 12AX7 med dens lave anodestrømme og lave hældning af anode-gitterkarakteristikken håbløst bedre end trioder med høj hældning [40] . I den nominelle driftstilstand (hældningen af karakteristikken S \u003d 1,2 ... 1,6 mA / V, katodetemperaturen er 1000 K), den beregnede støjmodstand 12AX7 R Ш \u003d 1,3 ... 1,8 kOhm , og støjspænding reduceret til kaskadeindgangen i båndfrekvenserne 20 ... 20000 Hz U W \u003d 0,66 ... 0,8 μV [45] - 2,5 gange mere end for ECC88-trioden ( S \u003d 12,5 mA / V, sovjetisk analog - 6N23P [46] ).
I lydområdet er den reelle forskel i støj mellem 12AX7/ECC83 og ECC88 ikke så stor på grund af det lavere flimmerstøjniveau på 12AX7 [40] . Med en anodestrøm på 2 mA, hvilket er optimalt med hensyn til støj, er spændingen af intra-rørstøj 12AX7 reduceret til indgangen minimal og lig med 0,7 μV; ved lavere og højere anodestrømme stiger støjspændingen til omkring 1 µV [40] . For den samme lampe som en del af et RIAA phono -trin, som forstærker lavfrekvente og dæmper højfrekvente signalkomponenter, er den optimale anodestrøm ikke mere end 1 mA, med et vægtet støjniveau på omkring 1,0 μV; den teoretisk mindre støjende ECC88 [40] giver nøjagtig det samme støjniveau .