12AX7 , eller ECC83 , är en vakuumrörfamilj av lågfrekventa dubbla trioder i miniatyr med hög spänningsförstärkning och låg transkonduktans . Förutom den ursprungliga 12AX7 ( USA , 1948) och dess förbättrade europeiska variant ECC83 (1952), inkluderar familjen mer än 200 [3] varianter: 7025 lågbakgrundslampa (USA, 1950-talet), 5751 extra högtillförlitliga militärlampor , 7729 (USA, 1950- och 1960-tal), CV4004, M8137 ( Storbritannien , 1950-tal), japansk 12AD7-lampa, ECC803S ramgallerlampa ( Tyskland , 1958) och många mindre kända serier för industriell automation. De elektriska egenskaperna hos de flesta av dessa lampor är identiska, och beteckningarna 12AX7 och ECC83 har blivit synonyma [4] .
Den civila 12AX7 och ECC83 i kombination blev det mest använda lågfrekventa spänningsförstärkningsröret ; de dominerade absolut amerikanska och västeuropeiska hushållsapparater på 1950- och 1960-talen [1] [5] . I slutet av 1980-talet upphörde produktionen av 12AX7, men den återupptogs på 1990-talet - i Kina , Ryssland , Serbien och Slovakien . Huvudapplikationen för 12AX7 under 2000-talet är rörgitarrförstärkare .
I mars 1948 dök en ny miniatyrlampa upp i katalogerna för de amerikanska företagen RCA och Sylvania - en dubbeltriod för industriella automationsanordningar , som fick beteckningen 12AX7 [1] . 12AX7 designades av RCA och tillverkades under kontrakt på Sylvanias fabriker - denna typ av separation av funktioner var normen vid den tiden [5] . Företagen hade inga stora förhoppningar på den nya lampan: det var en omärklig utveckling som gick igenom som inte ens förtjänade en notering i RCAs företagstidning [1] . Konstruktörerna kombinerade bara två trioder i en cylinder, identisk med triodsektionen av den tidigare släppta 6AV6 -diodtrioden [1] .
Kombinationen av hög förstärkning, lågt brus och låg nätverksbakgrund inkorporerad i 6AV6-designen visade sig vara efterfrågad av designers av högkvalitativ ljudutrustning och analoga datorer [1] . Det var på ett par 12AX7 som den klassiska operationsförstärkaren från George Philbrick K2-W [5] byggdes . Men huvudfaktorn i den oväntade framgången med 12AX7 var introduktionen av långspelande skivor och skivspelare med lågkänsliga magnetiska pickuper på den amerikanska marknaden [1] . Massutrustningstillverkare behövde akut ett billigt, högförstärkningsrör som är lämpligt för användning i phonoscener [1] . Efterfrågan växte så snabbt att fem företag redan 1952 producerade 12AX7: CBS , GE , National Union [k. 2] , Sylvania och Tung-Sol [1] .
Vid denna tidpunkt blev de inneboende problemen med den nya lampan också tydliga: billiga intra-lampbeslag ledde till en hög mikrofoneffekt , och inhomogeniteten hos meshlindning , oundviklig i massproduktion, orsakade höga olinjära distorsions [1] . 12AX7 av de första produktionsåren var märkbart sämre i ljudkvalitet jämfört med sin oktala föregångare 6SL7 [1] . Trots detta tryckte 12AX7 både den "föråldrade" 6SL7 och de senaste rören med medium förstärkning från produktionslinjerna och hade 1956 blivit de facto industristandarden inom amerikansk ljudteknik [1] . Icke-linjäriteten hos 12AX7 förhindrade inte detta: designers på 1950-talet kunde korrigera bristerna i rören med hjälp av negativ feedback . Därför hittade 12AX7 en plats i professionella ( Ampex bandspelare ), och i hushållsutrustning och i gitarrförstärkare [1] .
Under XXI-talet var 12AX7 och dess europeiska motsvarighet ECC83 de vanligaste rören i gitarrförstärkarkretsar [4] . Valet av tillverkare drivs av ekonomi (12AX7 är fortfarande i produktion och därför tillgänglig till rimliga priser) och konservatism: de flesta moderna förstärkare är byggda enligt beprövade kretsar från 1950 -talet [4] . Leo Fender och andra designers från tuberan valde inte 12AX7 av en slump: egenskaperna hos just detta rör var idealiska för systematisk drift vid ingångsöverbelastning och amplitudbegränsning [4] . Överdriven förstärkning av 12AX7 gjorde det å ena sidan möjligt att komplettera gitarrförstärkaren med ett tonblock [6] . Å andra sidan ökade det den subjektivt upplevda oförvrängda ljudstyrkan: tröskeln bortom vilken gitarrljudet "föll isär" ( engelsk breakup ) till övertoner , i 12AX7 kom på mycket högre nivåer än i dess föregångare rör [7] .
I början av 1950-talet tog Philips [1] ingenjörer notis om 12AX7 . Funktionellt matchade lampan exakt företagets behov, på den tiden som syftade till att erövra konsumenternas Hi-Fi- marknad , men kvaliteten på massproducerade amerikanska lampor tillfredsställde inte européer [1] . Den europeiska versionen av 12AX7, kallad ECC83, och dess produktionskedja har designats om av Philips. Lampan fick en styv stödarmatur, en lågbrusspiralkatodvärmare, men viktigast av allt lyckades européerna säkerställa den "militära" noggrannheten hos lindningsnät i massautomatiserad produktion [1] . Europeiska lampor hade genomgående bättre prestanda för icke-linjär distorsion, och livslängden för de bästa ECC83-versionerna producerade av Telefunken översteg 100 tusen timmar ouppnåeliga för amerikaner [1] . År 1956 erövrade Telefunken-rör inte bara den europeiska, utan också den amerikanska marknaden för ljudutrustning för konsumenter: de var utrustade med förstärkare från Eico, Dynaco, Fisher och McIntosh [1] . I slutet av 1950-talet, de högkvalitativa ECC83 och E83CC [k. 3] tillverkad av Amperex ( Nederländerna ), Mullard ( Storbritannien ), Mazda ( Frankrike ), Fivere ( Italien ) [1] ; på 1960-talet tog japanska ( Hitachi , Panasonic , Toshiba ) och östeuropeiska ( Tesla , Tungsram och andra) företag upp tillverkningen av ECC83 och 12AX7 [1] .
Amerikanska företag kunde inte erbjuda en värdig ersättning för importerad ECC83 [1] . Den förbättrade 12AX7, som släpptes av RCA 1958 under beteckningen 7025, skilde sig från basen 12AX7 endast i en lägre nivå av nätverksbakgrund med samma icke-linjära distorsioner [1] . Röret fann endast begränsad efterfrågan på marknaden för gitarrförstärkare [1] .
I Sovjetunionen fanns det ingen exakt analog till ECC83 eller 12AX7: deras funktionella analog 6N2P , kopierad från den europeiska lampan 6CC41 [8] , hade en annan pinout och andra egenskaper hos glödtråden. 6N2P skiljer sig från ECC83 i en lägre ingångskapacitans och närvaron av en skärningsskärm mellan två trioder [9] . Sköldjordning minskar överhörning från en 6N2P-sektion till en annan med cirka 6 dB jämfört med ECC83 [9] .
Redan 1950 tillkännagav GE den första förbättrade analogen av 12AX7 - en högtillförlitlig lampa 5751, som skilde sig från 12AX7 i en lägre förstärkning (μ = 70) [1] (senare tillverkades denna lampa i små serier i Storbritannien och Japan [1] ). På grund av den höga kostnaden användes 5751 endast i militära och industriella anordningar; först i slutet av 1970-talet, på förslag av Conrad-Johnson, kom 5751:an in i arsenalen av ljudtekniker [1] . Liknande högkvalitativa lampor av egen design med karakteristiska militära beteckningar (CV4004, M8137, och så vidare) producerades av brittiska företag förenade i British Valve Association -kartellen [5] . Utgivningen av dessa serier upphörde på 1970-talet och har inte återupptagits; nummer 5751 avslutades på 1980-talet [5] [1] . Den sista och kanske mest avancerade lampan i denna serie var den extremt sällsynta amerikanska 7729-serien (GE och CBS, 1960-talet), designad för drift i differentialinstrumenteringsförstärkare [ 10] .
1955 tillkännagav Sylvania och CBS lanseringen av 12AD7, en ny lågbrusversion av 12AX7 för krävande applikationer [11] . Lampan var inte efterfrågad på de amerikanska och västeuropeiska marknaderna, men var extremt framgångsrik i Japan [11] . Den japansktillverkade 12AD7, som tog plats för 12AX7 och ECC83 på den inhemska marknaden, var en oumbärlig komponent i Akai och Sonys rörteknik på 1960-talet. Utanför Japan hade dessa lampor ett dåligt rykte, till stor del på grund av den låga kvaliteten på den tidens japanska massutrustning [1] .
Alla de listade 12AX7- och ECC83-varianterna led av en hög mikrofoneffekt . Konstruktörerna av Telefunken lyckades lösa detta problem genom att ändra utformningen av kontrollnätet [5] . I vanliga lampor var gallret lindat på två vertikala tvärsnitt; i ECC803S-lampan som släpptes 1958 lindades gallret på en styv stansad ram (bärram) gjord av molybden [5] . Denna tekniskt avancerade och dyra lampa, tillverkad endast på Telefunkens fabriker, blev en raritet redan på 1990 -talet [5] .
| 12AX7/ECC83 tillverkad på 2000-talet | ||
|---|---|---|
| Slovakien, 2000 -talet |
Ryssland, 2000 -talet |
Ryssland, 2011 |
På 1960-talet började elektrovakuumindustrins långsamma nedgång. Amerikanen Tung-Sol och CBS var de första som lämnade spelet på 1960-talet [1] . Kvaliteten på Telefunkens lampor sjönk; företaget började sälja under sitt eget namn produkter från andra fabriker, som skilde sig från originalet i högt brus och hög mikrofoneffekt [1] . Andra europeiska företag har också gått över till att sälja mediokra japanska lampor; endast Amperex och Mullard upprätthöll ECC83-kvaliteten så gott de kunde fram till 1980 -talet [1] . GE, RCA och Philips-ägda Sylvania [1] var de sista som lade ner produktionen i slutet av 1980-talet . Sofistikerad automatiserad utrustning - hela fabriker designade för att producera miljontals lampor årligen - var för alltid förlorad. Det är bara känt med säkerhet att Mullard-produktionslinjen, på vilken den militära CV4004 tillverkades, hamnade i Kina [12] , och Amperex-utrustningen - i Serbien [13] .
Under det sista kvartalet av 1900-talet stöddes efterfrågan på 12AX7 och ECC83 av miljontals gitarrister som fortfarande använder rörförstärkare. Den exakta storleken på marknaden är okänd; år 2000 uppskattades den till inte mindre än en miljon lampor per år [13] . Fram till mitten av 1990-talet möttes efterfrågan från gamla lager; den amerikanska marknaden sveptes av en våg av medvetet undermåliga lampor och direkta förfalskningar [1] [2] . Skrupelfria återförsäljare manipulerade med Amperex, Mullard och Telefunken på varje 12AX7 de kunde få tag på; eftersom amerikanska och västeuropeiska lager var uttömda, gick lågkvalitativa japanska, östeuropeiska och till och med indiska lampor till handling [1] [2] .
År 1995 fanns det fyra aktiva produktioner av 12AX7 / ECC83 i världen: EI (Serbien), Sino (Kina), Tesla (Tjeckien) och den ryska anläggningen " Reflector " ( Saratov ), som började tillverkning av tre strukturellt olika varianter av 12AX7 på beställning amerikanska grossister [1] [13] . Alla dessa rör var underlägsna det västeuropeiska ECC83: de kinesiska kännetecknades av en kort livslängd, de serbiska hade en ökad mikrofoneffekt, de ryska hade ökade förvrängningar som den gamla amerikanska 12AX7 [1] . År 2000 stoppade den kinesiska fabriken produktionen och fabriken i Serbien överlevde trots det internationella embargot och lyckades förbättra lampornas kvalitet [13] . Det slovakiska företaget JJ Electronic , som handlade i USA under varumärkena Tesla och Teslovak, lyckades sätta upp produktion vid Čadets fabrik, inte bara av den grundläggande 12AX7, utan också av en exakt kopia av den förbättrade ECC803S [13] . År 2000 producerade Kaluga Voskhod- fabriken sju olika varianter av 12AX7 för amerikanska beställningar , samma år började leveranser av "gitarr" 12AX7 tillverkad av Svetlana [ 3 ] . På 2010-talet säljs rysktillverkade lampor i USA både under varumärken från lokala återförsäljare och under de klassiska varumärkena Genalex Gold Lion [14] , Mullard [15] , Tung-Sol [16] .
12AX7 är en lågeffektstriod designad exklusivt för lågfrekvent spänningsförstärkning. Referensdokumentationen beskriver två användningsfall: ett automatiskt förspänt spänningsförstärkningssteg och en katodkopplad dubbeltriodfasomvandlare [ 18] . I båda versionerna är 12AX7-anoderna laddade med resistanser från 47 till 220 kOhm och är anslutna till lasten genom kopplingskondensatorer. För en katodföljarkrets är 12AX7 dåligt lämpad på grund av låga anodströmmar [19] .
De elektriska egenskaperna hos 12AX7, ECC83, 7025 och deras fullständiga analoger, givna av tillverkare för två nominella lägen , är helt identiska [4] .
Värdena för de maximalt tillåtna spänningarna, strömmarna och effekterna kan variera beroende på vilket system som valts av tillverkaren för deras deklaration (absoluta maxvärden [k. 4] eller genomsnittliga beräknade gränsvärden [k. 5 ] ] ):
| Elektriska egenskaper hos ECC83 (Philips, 1970) [18] | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Index | Beteckning | Enheter _ |
Läge 1 | Läge 2 | Gränsvärden _ _ |
| Anod-katod spänning | Ua | PÅ | 100 | 200 | 350 [k. 6] |
| Grid-katod spänning | Ug | PÅ | -1,0 | -2,0 | -femtio |
| Anodström | Ia | mA | 0,5 | 1.2 | |
| Effektförlust vid anoden | Pa | tis | 0,05 | 0,24 | 1.0 |
| Lutningen av överföringskarakteristik | S | mA/V | 1,25 | 1.6 | |
| Statisk spänningsförstärkning | μ | 100 | 100 | ||
| Internt motstånd | Ri | kOhm | 80 | 62,5 | |
Den tillåtna spridningen av triodparametrarna (S, μ och Ri) angavs inte i dokumentationen för massserielampor [21] . I praktiken antogs att för nya lampor är den tillåtna avvikelsen för förstärkningen μ ±10% (90 ... 110) , och de tillåtna avvikelserna för lutningen S och det inre motståndet Ri är ±20% [21] .
Att få in en ny lampa i femprocentsintervallet för alla tre parametrarna är en sällsynt lycklig slump [21] . När lampan åldras minskar dess lutning irreversibelt och det inre motståndet ökar; endast förstärkningsfaktorn μ är relativt stabil [22] .
Det säkra driftområdet för 12AX7 begränsas av den maximalt tillåtna spänningen vid anoden (högst 350 V) och den maximalt tillåtna effektförlusten vid anoden (högst 1 W) [17] . Drift vid en anodström mindre än 0,5 mA är oönskad på grund av minskad bandbredd och oförutsägbar tillväxt av icke-linjära distorsioner [23] . Drift i området med små negativa förspänningar (0...-1 V) är oönskat på grund av strömflödet i nätet, vilket också förvärrar distorsionen [23] . På detta område skiljer sig 12AX7 ofördelaktigt från andra dubbla trioder i relativt stora nätströmmar och extremt lågt (några kOhm) ingångsresistans [24] . Driften av 12AX7 vid positiva bias var i princip inte standardiserad [25] .
På grund av dessa begränsningar är utbudet av möjliga driftlägen för 12AX7 mycket snävare än liknande områden av trioder med en genomsnittlig spänningsförstärkning och en relativt bred öppning av ström-spänningskarakteristiken [23] . Inte alla lägen i denna region är genomförbara i praktiken: kombinationen av hög ström, hög spänning vid anoden och högresistansbelastning, vilket är mest fördelaktigt ur synvinkeln av brus och icke-linjär distorsion, kräver en oöverkomligt hög tillförsel spänning [23] . Det är inte lätt att inse potentialen i 12AX7: lampan kräver noggrant val av läge som minimerar brus, icke-linjära och frekvensförvrängningar [23] . Kanske förklaras åsikter om dess dissonans just av fel val av regim [23] . Faktum är att den västeuropeiska ECC83 är en av de bästa när det gäller icke-linjär distorsion [23] , även om den är sämre i ljudkvalitet än förkrigstidens 6SN7 [26] .
De flesta lågfrekventa spänningsförstärkningssteg på rör som 12AX7 använder automatisk (katod) förspänning [27] . Förstärkningarna som anges i handböckerna tyder på att man shuntar katodresistansen med en kondensator . Utan en kondensator reduceras förstärkningen av kaskaden med ungefär hälften, medan på grund av Miller-effekten minskar dess ingångskapacitans lika mycket, och lokal återkoppling minskar icke-linjära distorsioner [28] . I seriella förstärkare från XXI-talet, istället för katodmotstånd, används enstaka röda, gula eller gröna lysdioder [29] [c. 7] . Lysdioden har praktiskt taget ingen effekt på den icke-linjära distorsionen av kaskaden, och på grund av det låga interna motståndet (tiotals ohm) behöver den ingen shuntkondensator [30] .
12AX7 kan också förspännas av ett rutnätsmotstånd ( gridlick ) [31] . Om lampans katod är jordad, så lägger sig en del av elektronerna som den emitterar på nätet och rinner ner till marken genom rutnätsmotståndet [32] . Nätpotentialen sjunker under noll och når en jämviktsnivå, som för olika tillfällen av 12AX7 och ett nätmotstånd på 10 MΩ är −0,8 ... −1,2 V [33] [k. 8] . Denna lösning användes flitigt i tidiga förstärkare, men förkastades på grund av instabiliteten i rörens egenskaper och ökad distorsion [31] [23] . På 2000-talet används den extremt sällan och endast i gitarrförstärkare, till exempel av THD Electronics [31] .
I den icke-linjära distorsionen av valfri triod dominerar den andra övertonen. För ett fast belastningsmotstånd är den andra övertonskoefficienten direkt proportionell mot signalamplituden vid anoden; när belastningsresistansen minskar, ökar den andra övertonskoefficienten icke-linjärt [35] . Den bästa belastningen i termer av distorsion är en högkvalitativ aktiv stabil strömgenerator (GST) baserad på fälteffekttransistorer eller på en pentod med en intern resistans i storleksordningen tiotals och hundratals MΩ [36] . Enligt Merlin Blenkou, med en sådan belastning, THD för olika 12AX7 vid en anodsignalspänning på 10 V rms. inte överstiger 0,1 % [36] [c. 9] . I detta fall är förstärkningen av kaskaden maximal och lika med μ [23] .
Att ersätta den aktiva belastningen med ett motstånd leder till en ökning av distorsion och en minskning av förstärkningen av kaskaden. Enligt Vacuum Tube Valley magazine, med ett belastningsmotstånd på 240 kΩ, en matningsspänning på 250 V och en anodsignalspänning på 10 V rms. den andra övertonskoefficienten för olika 12AX7 och ECC83 är 0,015 ... 0,2 %, den tredje övertonskoefficienten är 0 ... 0,02 %, och stegförstärkningen reduceras till 48 ... 80 [38] . En ytterligare minskning av belastningen åtföljs av en ökning av distorsion, som endast delvis kan kompenseras av en ökning av matningsspänningen för kaskaden [36] , och en minskning av kaskadkoefficienten (upp till 50 ... 63 vid en belastning på 100 kOhm och 34 ... 44 vid en belastning på 47 kOhm).
Den vanliga rekommendationen i den historiska litteraturen att använda en anodbelastning på 100 kΩ går tillbaka till den "gyllene regeln" att matcha trioden till lasten: uteffekten för en ideal triod når sitt maximum när belastningsmotståndet är två gånger det inre motståndet av lampan (för 12AX7 - ca 60 kΩ), vid I detta fall är kaskadens spänningsförstärkning exakt lika med 2/3 μ [35] . När spänningen höjs förlorar en sådan belastning till den aktiva HTS i alla avseenden, förutom för ingången Miller kapacitans [35] .
Det finns ingen direkt koppling mellan tillverkarens namn, tillverkningsår och graden av förvrängning av en viss lampa: lampor tillverkade i USA visar konsekvent medioker prestanda, och billiga lampor av modern rysk produktion kan överträffa klassiska Mullards [38] [39] . Spridningen i egenskaperna hos serielampor var och förblir för stor [39] .
Spänningsförstärkningsstegets bandbredd på 12AX7 begränsas uppifrån, å ena sidan av den höga ingående Miller-kapacitansen i kombination med signalkällans utgångsimpedans, å andra sidan av den höga utgångsimpedansen i kombination med belastningskapacitansen:
Interdependent [k. 10] gränsfrekvenserna för båda filtren , ingång och utgång, ligger vanligtvis i området för ultraljud , men med misslyckad beräkning och installation av kretsen kan de växla ner till området för ljudfrekvenser [28] .
En bieffekt av den höga utgångsimpedansen är den mediokra elektriska isoleringen av lampans triodsektioner. Dämpningen av interferens med en frekvens på 1 kHz, som penetrerar från anoden i en sektion till anoden i en annan sektion, är ungefär -73 dB; vid 20 kHz degraderas dämpningen till cirka -47 dB [9] .
Brusströmmen för anoden på valfri triod består av två komponenter: vitt , bredbandsskottbrus - strömfluktuationer på grund av elektronladdningens ändliga värde , och lågfrekvent, rosa flimmerbrus på grund av lokala fluktuationer i arbetsfunktionen vid oxid-vakuumgräns [41] [k. 11] . Den spektrala tätheten för skottbrus är konstant över hela driftfrekvensområdet; den spektrala tätheten av flimmerbrus är omvänt proportionell mot frekvensen [43] . Med en ökning av anodströmmen ökar flimmerbrusetätheten och skottbrusetätheten minskar [c. 12] , medan frekvensen av sektionen mellan de områden där en eller annan typ av buller råder skiftar upp [44] . I typiska 12AX7-driftlägen är denna frekvens i storleksordningen 1 kHz [44] .
Om vi endast betraktar skottbrus, vilket är relevant i designen av RF-enheter, så överträffas 12AX7 med sina låga anodströmmar och låga lutning av anod-gridkaraktäristiken hopplöst av trioder med hög lutning [40] . I det nominella driftläget (lutningen för karakteristiken S \u003d 1,2 ... 1,6 mA / V, katodtemperaturen är 1000 K), den beräknade brusresistansen 12AX7 R Ш \u003d 1,3 ... 1,8 kOhm , och brusspänning reducerad till kaskadingången i bandfrekvenserna 20 ... 20000 Hz U W \u003d 0,66 ... 0,8 μV [45] - 2,5 gånger mer än den för ECC88-trioden ( S \u003d 12,5 mA / V, Sovjetunionen analog - 6N23P [46] ).
I ljudområdet är den verkliga skillnaden i brus mellan 12AX7/ECC83 och ECC88 inte så stor på grund av den lägre flimmerbrusnivån på 12AX7 [40] . Med en anodström på 2 mA, vilket är optimalt när det gäller brus, är spänningen för intra-tube brus 12AX7 reducerad till ingången minimal och lika med 0,7 μV; vid lägre och högre anodströmmar stiger brusspänningen till ca 1 μV [40] . För samma lampa som en del av ett RIAA-phonosteg , som förstärker lågfrekventa och dämpar högfrekventa signalkomponenter, är den optimala anodströmmen inte mer än 1 mA, med en viktad brusnivå på cirka 1,0 μV; den teoretiskt mindre bullriga ECC88 [40] ger exakt samma ljudnivå .