利用回收材料制作电子管（真空管）原型实验板

使用任何连接到电网的设备时，务必遵守安全程序，以避免触电和引发触电的风险。

电子管通常以高电压工作，包括交流和直流（这更危险），即使通过变压器与市电隔离。因此，必须采取额外的安全措施。

此外，电源和其他阶段的滤波电容在设备关闭后可能保持较高电压，这可能会带来不愉快的意外。因此，建议在电路干预前检查电容器是否已放电。

许多类型的电容器，包括电解电容器，具有一种称为“介电吸收”的特性，使得它们在放电后电荷电压自发上升。这也可能带来令人不快的意外。

最后，阀门因其特性需要高温工作。玻璃信封通常温度超过 200°C，所以要小心不要用指尖烫伤自己。

我从我的材料堆中挑选了这个盒子封面，因为它的尺寸和形状。钣金非常薄，只有0.7毫米，这让作非常方便。穿孔区域便于部件的居中和固定。

那个穿孔区域有足够的空间容纳两个迷你插座、两个诺瓦尔和两个八进制插座，还有端子块用来通过插座针脚，还有一些额外的插座块用于元件连接、线路电源和地线。

制作过程非常简单：切割、钻孔和弯曲区域都用画家胶带描摹。

角落和矩形孔是用剪刀和小磨床切割的。管子插座的大孔是用孔锯钻的。

光滑的部分被折叠成盒状底盘。

每个角落有几颗铆钉，使整体更刚性。

一层环氧树脂覆盖了角落和其他瑕疵。

环氧树脂固化后，会打磨得光滑，然后快速喷上颜料，让表面看起来漂亮。

最终的底盘尺寸为长 320 毫米 x 宽 290 毫米 × 高 65 毫米。

可用的终端模块数量不一。大多数有四个终端，有些有八个，一个六，还有一个十。

我决定把8个端子块分配给8针和7针插座。

只有一个十端子块，但九针管插座中有两个，所以我把一个六号和四个端子块连接起来，做成了一个十号端子块。

底盘组装完成后，零件就位安装。

电源开关安装在前面板上。在背板上，电源插座和保险丝上。

顶部的管座用 M3 螺丝和螺母固定。端子排主要通过自接紧固件固定，除了端接地的端点。

彩色线缆按数字颜色编码（电阻相同）与对应线缆旋合。

-棕色 = 1

-红色 = 2

-橙色 = 3

-黄色 = 4

-绿色 = 5

-蓝色 = 6

-紫罗兰 = 7

-灰色 = 8

-白方 = 9

线路通过机箱的通道通过收缩管和扎带进行保护，这些线缆焊接到对应的插座引线上。

最后，安装了电力回路和接地电缆。

此时项目已完成，接下来是进行测试的时候。

嗯，如果建筑项目没有用于它原本的用途，就算完成......

首次测试是组装一个非常基础的 A 类放大器。我从零件箱里收集了一些零件。一个旧唱片变换器的变压器，一个台式收音机的输出变压器，一个非常常用的 6BQ6/EL84 电子管，以及一些电阻和电容。

底盘上模块的分布允许快速组装和调整各部件的排列。

本项目的主要目标是成为开发和测试电子管（阀）设备的一种工具，同时也可作为学习教具。

那么：什么是电子管？它是如何工作的？

简单来说，电子管（又称真空管或电子管）是一种电子元件，它能够通过施加在控制电极上的电压来控制流经自身的电流。我不想用复杂的数学公式让你感到枯燥，因此我会尽量以最简单的方式解释这一主题。

电子管通常由一个抽成高真空的密封外壳（一般为玻璃材质）构成，内部包含多个金属电极。

其工作原理基于“热电子发射”——即从被加热的电极中释放出带电粒子（此处为电子）。当金属受热时（例如通电加热），其内部的电子获得动能并倾向于逸出金属表面。这种被加热的金属电极通常呈灯丝状，是一根由钨制成的细金属丝。

将这样的灯丝密封在高真空的玻璃外壳内，就构成了最简单的白炽灯泡。

在这种结构下，灯丝周围会形成一团自由漂浮的电子云，但此时我们还无法对这些电子进行有效控制。如果在管内再加入第二个电极——一块金属板（称为“阳极”或“屏极”），并在其上施加相对于灯丝为正的电压，就能吸引这些电子，从而形成电流。

这种包含两个电极的器件——灯丝（也称阴极）和金属板（也称阳极）——被称为“二极管”。它的整流功能类似于硅二极管，但特性却与固态二极管大不相同：随着电流增大，其正向压降会显著增加。

我搭建了一个简单的演示装置（如图所示），展示了二极管的实际工作状态。相关参数和波形可通过仪表和示波器观察。

此时，唯一能控制电流的方法就是反转所加电压或改变负载。

若要实现对电子流的任意控制，则需要引入第三个电极。

这个控制电极通常是一个网格状结构（称为“栅极”），由细金属丝绕制而成，置于阴极与阳极之间。采用这种结构的电子管被称为“三极管”。

当在栅极施加相对于阴极为负的电压时，即可调节阳极电流：栅极电压越负，阳极电流就越小。

若在栅极上施加一个变化的电压（输入信号），阳极电流（输出信号）也会随之变化。输入与输出信号变化量之间的比例关系称为“互导”或“跨导”（Transconductance，符号为 gm），其定义为 gm = Δi_out / Δv_in，单位为微西门子（μS，注意不是微秒！）。如果你查阅一些老式数据手册，会发现单位符号有所不同：例如 μS 写作 μmho（Ohm 倒过来拼写！），pF 写作 μμF，kHz 写作 K.C.（是不是很奇怪？）……

正是这一关键参数使电子管具备了放大电信号的能力。

我组装了一个简单的三极管电路，用于演示其作为放大器的工作过程。

自20世纪初第一支电子管问世以来，发明家、工程师和科学家们经过数十年的持续改进，不断提升其性能：例如在灯丝表面涂覆有助于增强电子发射的物质；将灯丝封装在金属套管内，形成间接加热式阴极；此外，还增加了额外的电极（如帘栅极、抑制栅极等），以克服某些局限性并进一步提升性能。

这些年的技术演进催生了种类繁多的电子管型号和广泛应用，推动了无线电、电视、电子计算机、雷达、高保真音响、微波炉等众多技术的发展。

电子管本质寿命有限，阴极发射会随着时间衰减到无法正常工作的极限。此外，由于阀门由多个小部件组成且手工繁复，常因绝缘泄漏、松散颗粒短路或真空密封裂缝导致的真空厕所等机械原因而失效。

这就是为什么需要测试阀门，例如修理故障设备。

如今，你仍然可以在市场上购买电子管，既有全新（是的，世界上仍有活跃电子管工厂）、新旧库存或二手。你可能需要测试这些电子管，以确认它们是否符合厂商宣称的质量，或者在需要时制造匹配的电子管（例如推挽式放大器）。

阀门测试器有多种类型，有老款、新款或自制的。

几乎所有设备都能检测气体入侵、绝缘泄漏、噪声、排放、传导等。

我还没有阀门测试仪（还没有），所以这是个在原型板上即兴做一些基础测试的好机会。

发射能力测试（Emission Test）是检测电子管状态最简单的方法之一。该方法通过在阴极与阳极之间施加一个预设的直流电压，同时将栅极、帘栅极及其他辅助电极连接至阳极，并使用毫安表测量流经阳极的电流。

这类测试仪器的表盘上通常标有绿色和红色区域，采用“合格/不合格”（Pass/Fail）的判断方式：

1. 若阳极电流落在绿色区域内，则表示电子管状态良好；
2. 否则，说明该管已老化、性能衰退或完全失效。

第一、第二和第三张图片展示了典型的发射能力测试仪及其带有颜色标识的毫安表盘。

我在面包板上搭建了一个简易测试装置，用于执行发射能力测试。电路基于我收藏的 RCA 数据手册中的简化原理图：使用自耦调压器（Variac）、隔离变压器、整流器和滤波器构成可调直流电源；灯丝所需的 6.3V 由我修复好的“San José”电源提供；阳极电压和电流则分别用两台数字万用表（DMM）测量。

值得注意的是，一些老式商用测试仪甚至不进行整流——因为在该测试配置下，电子管本身就像一个二极管，能自行完成整流功能。不过，我这里采用的是 RCA 手册推荐的测试方案。

本次测试选用了三只状态各异的 6AQ5 电子管：一只全新未使用（NOS），一只严重老化，还有一只存在故障。

在施加 100V 直流电压时：

1. NOS 管的阳极电流为 21.44 mA；
2. 老化管仅有 3.06 mA；
3. 而那只故障管在仅 20V 电压下电流竟接近 100 mA！

根据照片中所示的特性曲线，NOS 管的阳极电流本应约为 30 mA。尽管实测值略低，但仍勉强处于可接受范围内。这也说明，即使卖家声称电子管“品相完美”，购入后仍有必要进行实际测试。

话虽如此，它依然是一个完全可用的元件。

发射能力测试虽然快捷简便，但并不能准确反映电子管的真实性能——毕竟这是一种静态测试，未基于任何关键参数（如跨导、放大系数等）。因此，我们需要更完善的测试方法。

另一种广泛使用的测试方法是跨导测试，它基于定义明确的参数，且在更真实的动态条件下进行。

第一张照片展示了一台经典的跨导测试仪（该设备为军规，如今在与阀门相关的人士中备受推崇）。

这次，我基于 RCA 数据手册中的图纸构建了一个跨导测试设备。

该装置包括根据数据手册中推荐的工作条件，将被测阀门接线，并对每个电极施加预设电压。然后，通过向栅极施加交流信号，可以测量板上的相应交流电流（该交流电流叠加在静态的直流板电流上）。使用与上次测试相同的变压器电源，“San José”电源提供栅极负偏置，另一个电源以 6.3V 直流电供电给灯丝。DMM 显示直流板电压和交流 RMS 板电流。示波器向栅极注入 1V RMS 信号，显示其幅度和栅极偏置。

如果栅极信号为 1VRMS，则板极的 RMS 交流电流根据公式 gm=Δiout/Δvin 等效于跨导。因此，交流毫安读数乘以 1000 即为跨导。

测试条件如典型数据手册中所示的表格。所选阀门为上次测试中三台 6AQ5 中的两台（故障的阀门被排除）。

最后两张照片显示了 NOS 6AQ5 和磨损型号的测试读数。新电子管的跨导性能非常符合规格，4111 微秒/微西门子，而老款只有 1700 微西门子（它能用功放，但声音会非常单薄）。

这个测试非常有用，不仅能检查阀门的状况。电子管和任何电子元件一样，其参数中有色散和公差。数据手册仅显示典型特征，但从不同单位到不同单位，这些特征可能略高或略低。例如，要制造推挽放大器，需要匹配参数相近的对，以获得最佳性能。

更完善的测试方法是使用曲线图示仪（curve tracer）来绘制特性曲线。跨导（transconductance）测试对大多数用途来说已经足够，但它仅关注某一个特定的工作点。而曲线图示仪则能同时展示元件在多种条件下的动态特性。

当然，我目前还没有曲线图示仪（暂时还没有！），但利用手头的设备，也能进行一些基础测试。

通过将隔离变压器连接到自耦调压器（Variac），使用一个 1kΩ 电阻作为负载、一个 1Ω 电阻作为电流采样电阻（分流器），并将示波器设置为 X-Y 模式，就能非常方便地绘制出二极管的伏安特性曲线，并与数据手册中的曲线进行对比。

本次测试的电子管是一只已使用很长时间的 6AX4GTB（虽已老化，但仍能工作）。其灯丝由我的“San José”电源供电（该管灯丝电流需求较大）。示波器 X 轴显示正向压降，Y 轴显示电流（50 mV/div 对应 50 mA/div）。将实测曲线与数据手册中的标准曲线对比，可以明显看出这只电子管的老化程度：在正向压降为 40V 时，实测电流仅为 125mA；而根据数据手册，在相同压降下，电流应达到 350mA。尽管如此，这只管子或许仍可用于某些低功率或要求不高的场合……