12AX7 nebo ECC83 je řada elektronek miniaturních nízkofrekvenčních dvojitých triod s vysokým napěťovým ziskem a nízkou transkonduktancí . Kromě původního 12AX7 ( USA , 1948) a jeho vylepšené evropské varianty ECC83 (1952) zahrnuje rodina více než 200 [3] variant: 7025 nízkopozaďová lampa (USA, 50. léta), 5751 mimořádně vysoce spolehlivé vojenské lampy , 7729 (USA, 50. a 60. léta), CV4004, M8137 ( UK , 50. léta), japonská lampa 12AD7, rámová mřížková lampa ECC803S ( Německo , 1958) a mnoho méně známých sérií pro průmyslovou automatizaci. Elektrické charakteristiky většiny těchto žárovek jsou totožné a označení 12AX7 a ECC83 se stala synonymem [4] .
Civilní 12AX7 a ECC83 v kombinaci se staly nejrozšířenější nízkofrekvenční napěťovou zesilovací elektronkou ; naprosto ovládly americké a západoevropské domácí spotřebiče v 50. a 60. letech [1] [5] . Koncem 80. let byla výroba 12AX7 ukončena, ale v 90. letech byla obnovena - v Číně , Rusku , Srbsku a na Slovensku . Hlavní aplikací pro 12AX7 v 21. století jsou lampové kytarové zesilovače .
V březnu 1948 se v katalozích amerických firem RCA a Sylvania objevila nová miniaturní lampa - dvojitá trioda pro zařízení průmyslové automatizace , která dostala označení 12AX7 [1] . 12AX7 byla navržena společností RCA a vyrobena na základě smlouvy v továrnách Sylvania - tento druh oddělení funkcí byl v té době normou [5] . Společnosti do nové lampy nevkládaly velké naděje: šlo o nevýrazný průchozí vývoj, který si nezasloužil ani poznámku v podnikovém časopise RCA [1] . Konstruktéři pouze spojili dvě triody v jednom válci, shodné s triodovou sekcí dříve vydané diody-triody 6AV6 [1] .
Kombinace vysokého zisku, nízkého šumu a nízkého síťového pozadí zakomponovaná do designu 6AV6 se ukázala jako žádaná designéry vysoce kvalitních audio zařízení a analogových počítačů [1] . Právě na dvojici 12AX7 byl postaven klasický operační zesilovač George Philbrick K2-W [5] . Ale hlavním faktorem nečekaného úspěchu 12AX7 bylo uvedení dlouhohrajících desek a gramofonů s nízkocitlivými magnetickými snímači na americký trh [1] . Výrobci masových zařízení naléhavě potřebovali levnou elektronku s vysokým ziskem vhodnou pro použití na phono scénách [1] . Poptávka rostla tak rychle, že v roce 1952 již pět korporací vyrábělo 12AX7: CBS , GE , National Union [k. 2] , Sylvania a Tung-Sol [1] .
V této době se také vyjasnily základní problémy nové lampy: levné vnitřní instalace lampy vedly k vysokému mikrofonnímu efektu a nehomogenita vinutí sítě , nevyhnutelná v hromadné výrobě, způsobila vysoká nelineární zkreslení [1] . 12AX7 z prvních let výroby byl znatelně horší v kvalitě zvuku než jeho osmičkový předchůdce 6SL7 [1] . Navzdory tomu 12AX7 vytlačil z výrobních linek jak „zastaralé“ 6SL7, tak nejnovější elektronky se středním ziskem a do roku 1956 se stal de facto průmyslovým standardem v americkém zvukovém inženýrství [1] . Nelinearita 12AX7 tomu nezabránila: konstruktéři z 50. let dokázali nedostatky elektronek napravit pomocí negativní zpětné vazby . Proto si 12AX7 našel místo v profesionálních ( magnetofony Ampex ), v domácím vybavení a v kytarových zesilovačích [1] .
V XXI století jsou 12AX7 a jeho evropský protějšek ECC83 nejběžnějšími elektronkami v obvodech kytarových zesilovačů [4] . Volba výrobců se řídí ekonomikou (12AX7 se stále vyrábí, a proto je k dispozici za rozumné ceny) a konzervativností: většina moderních zesilovačů je stavěna podle osvědčených obvodů z 50. let [4] . Leo Fender a další konstruktéři elektronkové éry nezvolili 12AX7 náhodou: vlastnosti této konkrétní elektronky byly ideální pro systematický provoz při přetížení vstupu a omezení amplitudy [4] . Přílišné zesílení 12AX7 jednak umožnilo doplnit kytarový zesilovač o tónový blok [6] . Na druhou stranu to zvýšilo subjektivně vnímanou nezkreslenou hlasitost: práh, za kterým se kytarový zvuk „rozpadl“ ( anglicky breakup ) do harmonických , se v 12AX7 dostal na mnohem vyšší úrovně než u jeho předchůdců [7] .
Na začátku 50. let si inženýři Philips [1] všimli 12AX7 . Funkčně lampa přesně odpovídala potřebám firmy, v té době zaměřené na dobytí spotřebitelského Hi-Fi trhu , ale kvalita sériově vyráběných amerických lamp Evropany neuspokojovala [1] . Evropská verze 12AX7 s označením ECC83 a její výrobní řetězec byly přepracovány společností Philips. Lampa dostala pevnou nosnou armaturu, nízkohlučný spirálový katodový ohřívač, ale hlavně se Evropanům podařilo zajistit „vojenskou“ přesnost navíjecích mřížek v hromadné automatizované výrobě [1] . Evropské lampy měly trvale lepší výkon nelineárního zkreslení a životnost nejlepších verzí ECC83 vyrobených firmou Telefunken přesáhla 100 tisíc hodin, pro Američany nedosažitelné [1] . V roce 1956 elektronky Telefunken dobyly nejen evropský, ale i americký trh spotřebního ozvučovacího zařízení: byly vybaveny zesilovači Eico, Dynaco, Fisher a McIntosh [1] . Koncem 50. let byly vysoce kvalitní ECC83 a E83CC [k. 3] vyrábí Amperex ( Nizozemsko ), Mullard ( Velká Británie ), Mazda ( Francie ), Fivre ( Itálie ) [1] ; v 60. letech minulého století začaly japonské ( Hitachi , Panasonic , Toshiba ) a východoevropské podniky ( Tesla , Tungsram a další) výrobu ECC83 a 12AX7 [1] .
Americké společnosti nemohly nabídnout důstojnou náhradu za dovážené ECC83 [1] . Vylepšená 12AX7, vydaná RCA v roce 1958 pod označením 7025, se od základní 12AX7 lišila pouze nižší úrovní pozadí sítě se stejnými nelineárními zkresleními [1] . Elektronka našla jen omezenou poptávku na trhu kytarových zesilovačů [1] .
V SSSR neexistoval přesný analog ECC83 nebo 12AX7: jejich funkční analog 6N2P , zkopírovaný z evropské lampy 6CC41 [8] , měl odlišný vývod a jiné vlastnosti vlákna. 6N2P se liší od ECC83 nižší vstupní kapacitou a přítomností průsečíku mezi dvěma triodami [9] . Uzemnění stínění snižuje přeslechy z jedné sekce 6N2P do druhé asi o 6 dB ve srovnání s ECC83 [9] .
Již v roce 1950 GE oznámila první vylepšený analog 12AX7 - vysoce spolehlivou lampu 5751, která se od 12AX7 lišila nižším ziskem (μ = 70) [1] (později byla tato lampa vyráběna v malých sériích ve Velké Británii a Japonsko [1] ). Kvůli vysokým nákladům se 5751 používal pouze ve vojenských a průmyslových zařízeních; teprve koncem 70. let na návrh Conrada-Johnsona vstoupil 5751 do arzenálu zvukových inženýrů [1] . Podobné vysoce kvalitní lampy vlastní konstrukce s charakteristickými vojenskými označeními (CV4004, M8137 atd.) vyráběly britské společnosti sdružené v kartelu British Valve Association [5] . Vydání těchto sérií přestalo v 70. letech a již nebylo obnoveno; číslo 5751 skončilo v 80. letech [5] [1] . Poslední a možná nejpokročilejší lampou této řady byla extrémně vzácná americká řada 7729 (GE a CBS, 60. léta), určená pro provoz v diferenciálních přístrojových zesilovačích [10] .
V roce 1955 oznámily Sylvania a CBS uvedení 12AD7, nové nízkošumové verze 12AX7 pro náročné aplikace [11] . Lampa nebyla na trzích USA a západní Evropy žádaná, ale mimořádně úspěšná byla v Japonsku [11] . Japonská 12AD7, která na domácím trhu nahradila 12AX7 a ECC83, byla nepostradatelnou součástí elektronkové technologie Akai a Sony v 60. letech. Mimo Japonsko měly tyto lampy špatnou pověst, z velké části kvůli nízké kvalitě japonského masového vybavení té doby [1] .
Všechny uvedené varianty 12AX7 a ECC83 trpěly vysokým efektem mikrofonu . Konstruktérům Telefunkenu se tento problém podařilo vyřešit změnou návrhu řídicí mřížky [5] . U běžných lamp byla mřížka navinuta na dvou svislých příčných řezech; v lampě ECC803S vydané v roce 1958 byla mřížka navinuta na pevný lisovaný rám (nosný rám) vyrobený z molybdenu [5] . Tato technicky vyspělá a drahá lampa, vyráběná pouze v továrnách Telefunken, se stala raritou již v 90. letech [5] .
| 12AX7/ECC83 vyrobený v 21. století | ||
|---|---|---|
| Slovensko, 2000s |
Rusko, 2000s |
Rusko, 2011 |
V 60. letech začal pomalý úpadek elektrovakuového průmyslu. Americký Tung-Sol a CBS byli první, kdo hru opustil v 60. letech [1] . Kvalita lamp Telefunken klesala; firma začala pod svým jménem prodávat výrobky jiných továren, které se od originálu lišily vysokým šumem a vysokým mikrofonním efektem [1] . Jiné evropské společnosti také přešly na přeprodej průměrných japonských lamp; pouze Amperex a Mullard udržovaly kvalitu ECC83, jak nejlépe mohly, až do 80. let [1] . GE, RCA a Philips vlastněná Sylvania [1] byla poslední, která ukončila výrobu na konci 80. let . Sofistikovaná automatizovaná zařízení – celé továrny navržené k výrobě milionů lamp ročně – byla navždy ztracena. S jistotou se ví pouze to, že výrobní linka Mullard, na které se vyráběl vojenský CV4004, skončila v Číně [12] a zařízení Amperex - v Srbsku [13] .
V poslední čtvrtině 20. století byla poptávka po 12AX7 a ECC83 podporována miliony kytaristů, kteří stále používali lampové zesilovače. Přesná velikost trhu není známa; v roce 2000 se odhadoval na ne méně než jeden milion lamp ročně [13] . Až do poloviny 90. let byla poptávka uspokojována ze starých zásob; americký trh zachvátila vlna záměrně nevyhovujících lamp a vyloženě padělků [1] [2] . Bezohlední dealeři manipulovali s Amperexem, Mullardem a Telefunkenem na každém 12AX7, který se jim dostal do rukou; s vyčerpáním amerických a západoevropských zásob se do akce dostaly nekvalitní japonské, východoevropské a dokonce i indické lampy [1] [2] .
V roce 1995 byly na světě čtyři aktivní výroby 12AX7 / ECC83: EI (Srbsko), Sino (Čína), Tesla (Česká republika) a ruský závod " Reflector " ( Saratov ), který začal výroba tří konstrukčně odlišných variant 12AX7 na zakázku amerických velkoobchodníků [1] [13] . Všechny tyto elektronky byly horší než západoevropské ECC83: čínské se vyznačovaly krátkou životností, srbské měly zvýšený mikrofonní efekt, ruské měly zvýšené zkreslení jako stará americká 12AX7 [1] . V roce 2000 čínský závod zastavil výrobu a závod v Srbsku i přes mezinárodní embargo přežil a podařilo se mu zlepšit kvalitu lamp [13] . Slovenské společnosti JJ Electronic , která v USA obchodovala pod značkami Tesla a Teslovak, se podařilo v závodě Čadets nastavit výrobu nejen základního 12AX7, ale i přesné kopie vylepšeného ECC803S [13] . Do roku 2000 vyráběl závod Kaluga Voskhod sedm různých variant 12AX7 pro americké objednávky , v témže roce začaly dodávky „kytary“ 12AX7 vyrobené Světlanou [ 3 ] . V roce 2010 se ve Spojených státech prodávají lampy ruské výroby jak pod značkami místních prodejců, tak pod klasickými značkami Genalex Gold Lion [14] , Mullard [15] , Tung-Sol [16] .
12AX7 je nízkovýkonová trioda určená výhradně pro nízkofrekvenční napěťové zesílení. Referenční dokumentace podrobně popisuje dva případy použití: napěťový zesilovací stupeň s automatickým předpětím a fázový invertor s dvojitou triodou s katodou [18] . V obou verzích jsou anody 12AX7 zatíženy odpory v rozmezí 47 až 220 kOhm a jsou připojeny k zátěži přes vazební kondenzátory. Pro obvod katodového sledovače se 12AX7 špatně hodí kvůli nízkým anodovým proudům [19] .
Elektrické charakteristiky 12AX7, ECC83, 7025 a jejich úplných analogů uváděné výrobci pro dva jmenovité režimy jsou zcela totožné [4] .
Hodnoty maximálních povolených napětí, proudů a výkonů se mohou lišit v závislosti na systému zvoleném výrobcem pro jejich deklaraci (absolutní maximální hodnoty [k. 4] nebo průměrné vypočtené mezní hodnoty [k. 5 ] ):
| Elektrické charakteristiky ECC83 (Philips, 1970) [18] | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Index | Označení | jednotky _ |
Režim 1 | Režim 2 | Mezní hodnoty
_ |
| Anoda-katodové napětí | Ua | V | 100 | 200 | 350 [k. 6] |
| Napětí mřížka-katoda | Ug | V | -1,0 | -2,0 | -padesáti |
| Anodový proud | IA | mA | 0,5 | 1.2 | |
| Ztrátový výkon na anodě | Pa | út | 0,05 | 0,24 | 1,0 |
| Sklon přenosové charakteristiky | S | mA/V | 1.25 | 1.6 | |
| Zesílení statického napětí | μ | 100 | 100 | ||
| Vnitřní odpor | Ri | kOhm | 80 | 62,5 | |
Přípustný rozptyl parametrů triody (S, μ a Ri) nebyl v dokumentaci u výbojek hromadné řady uveden [21] . V praxi se předpokládalo, že u nových výbojek je přípustná odchylka zesílení μ ±10 % (90 ... 110) , přípustné odchylky strmosti S a vnitřního odporu Ri jsou ±20 % [21] .
Dostat novou lampu do pětiprocentního intervalu pro všechny tři parametry je vzácná šťastná náhoda [21] . Jak lampa stárne, její sklon nevratně klesá a vnitřní odpor se zvyšuje; relativně stabilní je pouze faktor zesílení μ [22] .
Oblast bezpečného provozu 12AX7 je omezena maximálním povoleným napětím na anodě (ne více než 350 V) a maximálním povoleným ztrátovým výkonem na anodě (ne více než 1 W) [17] . Provoz při anodovém proudu menším než 0,5 mA je nežádoucí z důvodu zúžení šířky pásma a nepředvídatelného růstu nelineárních zkreslení [23] . Provoz v oblasti malých záporných předpětí (0…-1 V) je nežádoucí kvůli toku síťových proudů, což také zhoršuje zkreslení [23] . V této oblasti se 12AX7 nevýhodně liší od ostatních dvojitých triod relativně velkými mřížkovými proudy a extrémně nízkým (několik kOhm) vstupním odporem [24] . Činnost 12AX7 při kladných odchylkách nebyla v zásadě standardizována [25] .
Díky těmto omezením je rozsah možných pracovních režimů 12AX7 mnohem užší než u podobných oblastí triod s průměrným napěťovým zesílením a poměrně širokým otevřením proudově-napěťové charakteristiky [23] . Ne všechny režimy této oblasti jsou v praxi proveditelné: kombinace vysokého proudu, vysokého napětí na anodě a vysokoodporové zátěže, která je nejvýhodnější z hlediska šumu a nelineárního zkreslení, vyžaduje neúměrně vysoké napájení napětí [23] . Uvědomit si potenciál obsažený v 12AX7 není snadné: lampa vyžaduje pečlivý výběr režimu, který minimalizuje šum, nelineární a frekvenční zkreslení [23] . Názory na její disonanci jsou možná vysvětlovány právě špatnou volbou režimu [23] . Ve skutečnosti je západoevropský ECC83 jeden z nejlepších z hlediska nelineárního zkreslení [23] , i když je kvalitou zvuku horší než předválečný 6SN7 [26] .
Většina nízkofrekvenčních napěťových zesilovacích stupňů na elektronkách jako 12AX7 používá automatické (katodové) předpětí [27] . Zisky uvedené v příručkách doporučují posouvat katodový odpor kondenzátorem . Bez kondenzátoru se zisk kaskády sníží asi na polovinu, zatímco díky Millerovu jevu se o stejnou hodnotu sníží její vstupní kapacita a lokální zpětná vazba snižuje nelineární zkreslení [28] . V sériových zesilovačích XXI století se místo katodových rezistorů používají jednotlivé červené, žluté nebo zelené LED [29] [c. 7] . Na nelineární zkreslení kaskády nemá LED prakticky žádný vliv a vzhledem k nízkému vnitřnímu odporu (desítky ohmů) nepotřebuje bočníkový kondenzátor [30] .
12AX7 je také schopen být ovlivněn mřížkovým odporem ( gridlick ) [31] . Pokud je katoda výbojky uzemněna, pak se část jí emitovaných elektronů usadí na mřížce a přes mřížkový rezistor stéká dolů k zemi [32] . Síťový potenciál klesne pod nulu a dosáhne rovnovážné úrovně, která pro různé případy 12AX7 a mřížkového rezistoru 10 MΩ je −0,8 ... −1,2 V [33] [k. 8] . Toto řešení bylo široce používáno v raných zesilovačích, ale bylo odmítnuto kvůli nestabilitě charakteristik elektronek a zvýšenému zkreslení [31] [23] . V 21. století se používá velmi zřídka a pouze v kytarových zesilovačích, např. firmou THD Electronics [31] .
V nelineárním zkreslení jakékoli triody dominuje druhá harmonická. Pro pevný odpor zátěže je koeficient druhé harmonické přímo úměrný amplitudě signálu na anodě; s klesajícím zatěžovacím odporem roste druhý harmonický koeficient nelineárně [35] . Nejlepší zátěží z hlediska zkreslení je kvalitní aktivní generátor stabilního proudu (GST) na bázi tranzistorů s efektem pole nebo na pentodě s vnitřním odporem v řádu desítek a stovek MΩ [36] . Podle Merlina Blenkou, s takovou zátěží, THD různých 12AX7 při napětí anodového signálu 10 V rms. nepřesahuje 0,1 % [36] [c. 9] . V tomto případě je zisk kaskády maximální a rovný μ [23] .
Nahrazení aktivní zátěže rezistorem vede ke zvýšení zkreslení a snížení zesílení kaskády. Podle časopisu Vacuum Tube Valley se zatěžovacím odporem 240 kΩ, napájecím napětím 250 V a napětím anodového signálu 10 V rms. koeficient druhé harmonické u různých 12AX7 a ECC83 je 0,015 ... 0,2 %, koeficient třetí harmonické je 0 ... 0,02 % a zesílení stupně je sníženo na 48 ... 80 [38] . Další pokles zátěže je doprovázen nárůstem zkreslení, které lze pouze částečně kompenzovat zvýšením napájecího napětí kaskády [36] , a poklesem koeficientu kaskády (až 50 ... 63 při zatížení 100 kOhm a 34 ... 44 při zatížení 47 kOhm).
Běžné doporučení v historické literatuře používat 100 kΩ anodovou zátěž se vrací ke „zlatému pravidlu“ přizpůsobení triody zátěži: výstupní výkon ideální triody dosáhne svého maxima, když je odpor zátěže dvojnásobkem vnitřního odporu lampy (pro 12AX7 - asi 60 kΩ), při V tomto případě je napěťový zisk kaskády přesně roven 2/3 μ [35] . Při zvýšení napětí taková zátěž ztrácí na aktivní HTS ve všech ohledech, kromě vstupní Millerovy kapacity [35] .
Neexistuje žádná přímá souvislost mezi názvem výrobce, rokem výroby a úrovní zkreslení konkrétní lampy: lampy vyrobené v USA vykazují trvale průměrný výkon a levné lampy moderní ruské výroby mohou překonat klasické Mullardy [38] [39] . Rozptyl v charakteristikách sériových lamp byl a zůstává příliš velký [39] .
Šířka pásma napěťového zesilovacího stupně u 12AX7 je shora omezena na jedné straně vysokou vstupní Millerovou kapacitou v kombinaci s výstupní impedancí zdroje signálu, na druhé straně vysokou výstupní impedancí v kombinaci s zatěžovací kapacita:
Vzájemně závislé [k. 10] mezní frekvence obou filtrů , vstupního i výstupního, leží obvykle v oblasti ultrazvuku , ale při neúspěšném výpočtu a instalaci obvodu se mohou posunout až do oblasti zvukových frekvencí [28] .
Vedlejším efektem vysoké výstupní impedance je průměrná elektrická izolace triodových sekcí lampy. Útlum rušení s frekvencí 1 kHz, pronikající z anody jedné sekce na anodu druhé sekce, je přibližně -73 dB; při 20 kHz se útlum sníží na cca -47 dB [9] .
Šumový proud anody libovolné triody se skládá ze dvou složek: bílého širokopásmového výstřelového šumu - kolísání proudu v důsledku konečné hodnoty elektronového náboje a nízkofrekvenčního růžového blikání způsobeného místním kolísáním pracovní funkce na hranice oxid-vakuum [41] [k. 11] . Spektrální hustota hluku výstřelu je konstantní v celém rozsahu provozních frekvencí; spektrální hustota šumu blikání je nepřímo úměrná frekvenci [43] . Se zvýšením anodového proudu se zvyšuje hustota šumu blikání a hustota šumu výstřelu klesá [c. 12] , přičemž frekvence úseku mezi oblastmi, ve kterých převládá ten či onen typ hluku, se posouvá nahoru [44] . V typických provozních režimech 12AX7 je tato frekvence řádově 1 kHz [44] .
Pokud vezmeme v úvahu pouze výstřelový šum, který je relevantní při návrhu RF zařízení, pak 12AX7 s nízkými anodovými proudy a nízkým sklonem charakteristiky anoda-mřížka beznadějně překonávají vysokospádové triody [40] . Ve jmenovitém režimu provozu (strmost charakteristiky S \u003d 1,2 ... 1,6 mA / V, teplota katody je 1 000 K), vypočtená odolnost proti hluku 12AX7 R Ш \u003d 1,3 ... 1,8 kOhm , a šumové napětí sníženo na kaskádový vstup v pásmu frekvencích 20 ... 20000 Hz U W \u003d 0,66 ... 0,8 μV [45] - 2,5krát více než u triody ECC88 ( S \u003d 12,5 mA / V, sovětský analog - 6N23P [46] ).
V oblasti zvuku není skutečný rozdíl v šumu mezi 12AX7/ECC83 a ECC88 tak velký kvůli nižší úrovni blikání 12AX7 [40] . Při anodovém proudu 2 mA, který je optimální z hlediska šumu, je napětí vnitrotrubkového šumu 12AX7 redukované na vstup minimální a rovné 0,7 μV; při nižších a vyšších anodových proudech vzroste šumové napětí asi na 1 µV [40] . Pro stejnou lampu jako součást RIAA phono stupně , která zesiluje nízkofrekvenční a tlumí vysokofrekvenční složky signálu, není optimální anodový proud větší než 1 mA, s váženou hladinou šumu asi 1,0 μV; teoreticky méně hlučný ECC88 [40] poskytuje přesně stejnou hladinu hluku .