Эта статья входит в число хороших статей

6SN7

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Советский двойной триод 6Н8С — один из множества зарубежных аналогов американской 6SN7. Хорошо видна стеклянная гребешковая ножка, несущая конструктивную арматуру лампы.

6SN7 — семейство[1] электронных ламп — двойных низкочастотных триодов косвенного накала со средним коэффициентом усиления напряжения, — выпускающееся с 1939 года. Многочисленные варианты базовой лампы 6SN7GT (12SN7GT, 5692, 6Н8С, 7N7, CV1988 и другие) и её одиночного аналога 6JGT различаются параметрами предельно допустимых режимов, напряжением накала, формой баллона и типом цоколя, но все имеют одинаковое внутреннее устройство и почти одинаковые электрические параметры[1]. Нелинейные искажения и разброс коэффициента нелинейных искажений 6SN7 существенно меньше, чем у миниатюрных ламп послевоенной разработки[1][2].

Благодаря удачному сочетанию характеристик 6SN7 широко применялась вначале в военной, а затем в гражданской радиоэлектронике. Резервы, заложенные в конструкцию лампы, позволили выпустить на её основе специализированные варианты для работы в низковольтных (26 В) и высоковольтных (до 450 В) цепях, лампы с удвоенной мощностью рассеяния на аноде и лампы особо высокой надёжности для системы противовоздушной обороны США. Хорошие импульсные характеристики, надёжность и малая потребляемая мощность оказались востребованы конструкторами электронно-вычислительных машин, а низкий уровень нелинейных искажений — конструкторами телевизоров и высококачественной звуковой аппаратуры.

Разработка[править | править вики-текст]

В середине 1920-х годов промышленность США начала выпуск первых серийных ламп с оксидными катодами косвенного накала[3]. Новинка позволила отказаться от неудобных накальных батерей и питать подогреватели катодов переменным током промышленной частоты (в лампах прямого накала, используемых в детекторах и каскадах предварительного усиления, такое решение приводило к непримлемо высоким помехам)[3]. Отраслевой стандарт триода косвенного накала (пятиштырьковый цоколь UY, напряжение накала 2,5 В) сложился к 1927 году, а образцом этого поколения ламп стала серия 227 производства RCA — родоначальница всех приёмно-усилительных триодов со средним коэффициентом усиления напряжения [3].

Непосредственным развитием серии 227 и её упрощённого варианта 27 стали выпущенные в 1927—1932 годы триоды массовых серий 37, 56, 67 и 76[4]. В серии 56 (1931) ещё использовалось неудобное на практике напряжение накала 2,5 В, а в сериях 67 (1931 год), 37 и 76 (1932 год) был применён новый стандарт — питание накала напряжением 6,3 В, что позволяло подключать накал к тогдашним автомобильным аккумуляторам)[4]. Вскоре ушёл в прошлое и пятиштырьковый цоколь: с началом массового выпуска пентодов его вытеснил восьмиштырьковый октальный цоколь[4]. Первый октальный, ещё одиночный, триод 6С5 (RCA, 1935 год) фактически представлял собой пентод 6J7 в триодном включении, а годом спустя Tungsram запустила в серию первый настоящий триод в октальном исполнении — 6C5G (суффикс G обозначал стеклянное исполнение, в отличие от цельнометаллических 6C5 и 6J7)[4]. Лампы этих ранних серий широкого применения не нашли; первым действительно массовым октальным триодом стал 6J5 (RCA, 1937 год)[4]. Все эти лампы характеризовались средним коэффициентом усиления (μ=20…35) и были рассчитаны на работу в детекторах, каскадах предварительного усиления низкой частоты и импульсных схемах[4]. Выпуск триодов с высоким коэффициентом усиления (μ≈100) ещё не начался, но параллельно семейству потомков 227 развивался класс двойных триодов для двухтактных выходных каскадов УНЧ[4]. Эта ветвь эволюции триода началась в 1933 году с выпуском серии 19, достигла расцвета в 1936 году c выпуском 6N7[5] (имевшей отличную от 6SN7 конструкцию и совершенно иное назначение[6]) и угасла вскоре после Второй мировой войны[4].

Непосредственные предшественники 6SN7 — двойные октальные триоды 6F8G и 6C8G — был выпущены RCA в конце 1937 года[4]. По оставшимся неизвестными причинам сетка одного из триодов этих ламп была подключена не к цоколю, а к верхнему колпачку баллона[4]. Возможно, конструкторы пытались уменьшить нежелательную паразитную связь входной цепи с цепью накала; на практике это решение оказалось ненужным. Лампы хорошо зарекомендовали себя в импульсной технике (в частности, 6C8G применялась в компьютере Атанасова — Берри), но не стали массовыми[4]. Два года спустя, в конце 1939 года, RCA выпустила упрощённый вариант 6F8G в простом стеклянном баллоне[4]. Новинка получила обозначение 6SN7GT (суффикс GT обозначал стеклянный баллон компактной цилиндрической, в отличие от крупногабаритной G, формы)[7]. В следующем 1940 году компания Sylvania — главный конкурент RCA — выпустила точную копию 6SN7 в локтальном исполнении — 7N7[8]. Первая цифра 7 в обозначении этой лампы — исторический курьёз, маркетинговая уловка производителя; в действительности 7N7 была рассчитана на стандартное напряжение накала 6,3 В[9].

Распространение[править | править вики-текст]

6SN7WGT производства Raytheon, США. Маркировка JAN декларирует соответствие военной спецификации 1943 года[10].

7N7 успеха не имела, зато электрически идентичная ей 6SN7GT удачно подошла под требования военных заказчиков и в годы Второй мировой войны производилась в огромных, беспрецедентых для мирного времени, объёмах[4]. Главной «военной специальностью» 6SN7 было не усиление сигналов, а формирование импульсов тока в радиолокационных станциях[11]. Лампы, поставлявшиеся в Армию США в 1941—1942 годы, маркировались обозначением VT-231, а поставки во флот — 6SN-7GT; с начала 1943 года армейская номенклатура была упразднена, и все поставки базовой 6SN7 в вооружённые силы маркировались 6SN7-GT[10]. Авиационные варианты с питанием накала напряжением 12 и 26 В получили обозначения 12SN7GT и 25SN7GT[8] (кроме того, в семействе были и лампы с редким напряжением накала 8,4 В[12]). За ними последовали низковольтные авиационные лампы, рассчитанные на питание анода бортовым напряжением 26 В. В 1942 году Tung-Sol[en] вывела на рынок низковольтные лампы специальной разработки 6AH7GT и 12AН7GT[8], а компания RCA c 1946 года выпускала лампы 12SX7GT[8] — серийные 12SN7GT, отобранные по критерию наибольшей крутизны анодно-сеточной характеристики при низком анодном напряжении[13].

Параллельно шёл обратный процесс — разгон базовой 6SN7 для работы с бо́льшими напряжениями, токами и мощностями. К 1948 году конструкторы довели допустимое анодное напряжение с 250 до 450 В, ток катода в импульсе до 300 мА, а допустимую анодную мощность с 2,5 до 5 Вт на триод (варианты 6SN7GTA и 6SN7GTB)[4]. В том же 1948 году General Electric выпустила разработанную RCA «красную серию» (англ. Special Red) 5692 — единственный в истории вариант 6SN7 особо высокой надёжности[8]. Само же название 6SN7 (без суффиксов) для обозначения серийных ламп никогда не использовалось: в американской номенклатуре такая комбинация обозначала бы металлическую лампу, а все лампы семейства 6SN7 выпускались только в стеклянных баллонах[7][11].

Вслед за США «военные» 6SN7 были выпущены в Великобритании под маркировкой CV181 и CV1988; кроме того, весьма близки́ к 6SN7 были разработанные самими британцами B65 (Marconi-Osram Valve[en]) и ECC30…ECC35 (Mullard[en])[8]. Вариант 6SN7GT, производившийся в СССР, вначале получил обозначения 6Н8[14] и 6Н8М, а после 1950 года — 6Н8С[15]; под тем же обозначением, 6Н8С, лампу выпускали в КНР[8]. Копии и клоны 6SN7 производились в Австралии, Германии, Индии, Италии, Нидерландах, Франции, Швеции, Японии и в странах Восточной Европы[8]. Исчерпывающий список всех послевоенных производителей и всех конструктивных вариантов составить невозможно: в своё время они не представляли особого интереса для историков и коллекционеров, а затем информация о них была навсегда утрачена[16].

Применение[править | править вики-текст]

Малая ламповая ЭВМ «Урал-1». СССР, 1954—1955

6SN7 широко применялась в ранней вычислительной технике. В первом программируемом компьютере ENIAC (1943—1945) 6SN7GT составляли примерно половину из 17 468 ламп[17][18]. Базовой ячейкой памяти ENIAC служил триггер на одной 6SN7; в каждом десятичном разряде регистра-аккумулятора использовались десять 6SN7 и восемнадцать других ламп[18]. Для повышения надёжности лампы питались пониженным до 5 В напряжением накала[17], однако ошибочное решение обойтись всего лишь шестью накальными трансформаторами на каждый регистр-аккумулятор свело на нет все усилия конструкторов[18]. Обычные лампы «гражданских» серий, работавшие с разными потенциалами катодов, но подключенные к общей накальной шине, испытывали запредельно высокие напряжения подогреватель-катод и преждевременно выходили из строя[18].

Первый британский компьютер SSEM (1947—1948) строился на пентодах EF50, а в строившемся в те же годы APEXC[en] (1947—1948) британские конструкторы вынужденно применили VR102 — функциональный аналог 6SN7[19]. Сетка одного из триодов VR102 была выведена на верхний колпачок, что крайне затрудняло монтаж по сравнению с 6SN7[19]. В австралийском CSIRAC использовались обычные дешёвые 6SN7[20], а в построенном IBM командном центре ПВО США AN/FSQ-7[en] — лампы «красной серии» 5692[21]. В СССР 6Н8М и 6Н8С служили в первых компьютерах МЭСМ[22] (1949—1950) и М-1[23] (1950—1951) и в последовавших за ними машинах семейств «Урал»[24], «Стрела» и БЭСМ[25]. По одним отчётам, срок службы советских ламп в вычислительной технике составлял 8—9 тысяч часов[22], по другим 15 тысяч часов, причём время наработки на отказ зависело не столько от режима работы лампы, сколько от жёсткости установленных критериев годности[25].

В послевоенной гражданской промышленности 6SN7 применялась в устройствах, требовательных к линейности усиления — в генераторах и усилителях кадровой развёртки телевизоров и в предоконечных каскадах высококачественных радиоприёмников и УНЧ[8]. Например, в классическом усилителе Уильямсона 6SN7 или её британские фунциональные аналоги L63 и B65 применялись в трёх каскадах из четырёх (входной, фазоинвертирующий и предоконечный каскады)[26][27]. Лампа широко использовалась и в низкокачественных УНЧ трансляционных репродукторов, а в гитарных усилителях, напротив, встречалась редко[21]. Из производителей гитарных и концертных усилителей систематически использовали 6SN7 лишь Gibson, Hammond и Leslie[en][21].

Примерно в 1956 году применение 6SN7 в серийных устройствах прекратилось: на смену октальным лампам пришло новое поколение миниатюрных ламп[21]. В 1970-е годы производители бытовой аппаратуры перешли на транзисторы; единственной нишей рынка, где лампы никогда не сдавали своих позиций, были гитарные усилители — однако именно в них высокая линейность 6SN7 была не достоинством, а недостатком. В конце XX века мировой спрос на 6SN7 не превышал 10 тысяч ламп в год — слишком мало, чтобы окупить расходы полноценного крупносерийного производства[2] (для сравнения, спрос на «гитарную» лампу 12AX7 в 2000 году превышал один милллион штук[28]). Последнее такое производство — калужский «Восход» — прекратило выпуск ламп в 1990-е годы[2]. В XXI веке 6SN7 и вариант CV181 в крупногабаритном баллоне выпускаются в КНР малой серией компанией Shuguang (бывший 770-й радиозавод)[29].

Электрические характеристики[править | править вики-текст]

В сравнительной таблице приведены справочные данные пяти характерных образцов семейства: базовой 6SN7GT, её советского аналога 6Н8С, британской военной CV1988, низковольтной 12SX7-GT и умощнённой 6SN7GTB.

Несмотря на разнообразие вариантов, все 6SN7, выпущенные в странах Запада в 1940-е, 1950-е и 1960-е годы, чрезвычайно близки друг к другу по электрическим параметрам[2]. Предельно допустимые токи, напряжения и мощности различны, субъективно звучание разных ламп может восприниматься по-разному, но в номинальном режиме усилителя низких частот характеристики всех вариантов идентичны[1][2]. Объективно измеримый (и никогда не публиковавшийся в справочных листках) показатель — коэффициент второй гармоники — укладывается в весьма узкий интервал[2]. 6SN7 производства 1990-х годов отличаются систематически бо́льшими искажениями, а миниатюрные лампы послевоенного поколения — как бо́льшими искажениями, так и бо́льшим разбросом параметров[1][2].

Нелинейные искажения[править | править вики-текст]

Анодно-сеточные характеристики 6SN7GTA[34] (чёрные сплошные кривые) и 12AU7/ECC82[35] (красные пунктирные). Бо́льшая кривизна характеристики 12AU7 — признак бо́льших нелинейных искажений.

В составе нелинейных искажений однотактного усилителя на триоде абсолютно доминирует вторая гармоника. В каскадах на лампах семейства 6SN7 уровень третьей и четвёртой гармоник на на 30…40 дБ, или в 30…100 раз меньше уровня второй гармоники, пятая гармоника пренебрежимо мала, а шестую и высшие гармоники невозможно надёжно измерить[36]. По данным Джонса, при среднеквадратическом напряжении сигнала на аноде +28 (19,5 В) средневзвешенный по стандарту МККР/ARM коэффициент нелинейных искажений (КНИ) каскада на лампах семейства 6SN7 составляет от −50 дБ (0,32 %) для обычных ламп в прозрачных баллонах до −58 дБ (0,13 %) для военных CV1988 в чернёных (карбонизированных) баллонах[37]. Так как КНИ однотактного каскада прямо пропорционален уровню сигнала на аноде, значения КНИ для меньших выходных напряжений можно рассчитать простым делением. При напряжении сигнала на аноде 1 В КНИ примерно в 20 раз, или на 26 дБ, меньше КНИ, измеренного при 20 В, и так далее[38]:

  • КНИвзв = Ua • 0,016 % для обычных ламп, где Ua — среднеквадратическое напряжение сигнала на аноде, В, и
  • КНИвзв = Ua • 0,07 % для CV1988 в чернёных баллонах[37].

Эти значения, измеренные в высоколинейном мю-повторителе с током анода 7,5 мА и эффективной анодной нагрузкой 800 кОм, близки к пределу, теоретически достижимому в однотактном усилителе[39]. Дифференциальный каскад на тщательно подобранных триодах выигрывает у мю-повторителя в уровне второй гармоники, но проигрывает в уровне третьей[40]. В обычном каскаде на сопротивлениях КНИ существенно выше. Например, при оптимальном с точки зрения искажений токе 8 мА и сопротивлении нагрузке 22 кОм уровень второй гармоники такого каскада на 17 дБ, или в семь раз, хуже чем у мю-повторителя[40].

Все измеренные Джонсом миниатюрные лампы имели худшие КНИ, при бо́льшем удельном весе наиболее заметной на слух третьей гармоники[1]. Например, миниатюрная лампа 12AU7 — функциональный аналог 6SN7 с тем же номинальным μ=20 — генерировала в 4,5 раз больше второй гармоники и в 28 раз больше третьей гармоники[37]. Проводивший аналогичные измерения Эрик Барбур в целом подтверждает этот вывод: 6SN7 намного линейнее ламп послевоенной разработки[2]. «Парадокс» объясняется тем, что миниатюрные лампы 1950-х годов, за редким исключением, разрабатывались не для усиления звука, а для решения узких задач радиоприёма, телевидения, вычислительной техники и промышленной автоматики[41]. Конструкторы этих ламп решали проблемы долговечности, надёжности, удешевления производства, но не снижения искажений[41].

Зависимость μ от напряжения и тока анода для 6SN7GTB (General Electric, 1954[34]). Непостоянство μ — главный внутриламповый фактор нелинейных искажений.

Одиночные триоды 6J5GT в стеклянных баллонах, в том числе их советские копии 6С2С ранних лет выпуска, идентичны 6SN7, а триоды 6J5 в металлическом исполнении отличаются в 2—4 раза бо́льшими искажениями[42]. Все металлические лампы проигрывают своим стеклянным аналогам из-за бо́льшей загазованности, в особенности при разогреве баллона до высоких температур[43]. В металлическом баллоне в принципе невозможно создать столь же глубокий вакуум, как в стеклянном[43].

Превосходство британских ламп военных серий над гражданскими 6SN7 также имеет объективную причину. Главный, фундаментальный источник искажений усилителя на триоде — рост внутреннего сопротивления и снижение крутизны анодной характеристики лампы по мере снижения анодного тока[44]. Чем ниже сопротивление нагрузки, тем выше искажения этого рода, и наоборот: при высоком, порядка нескольких сотен кОм, сопротивлении нагрузки «вклад» этого фактора снижается[44]. На первое место выходит непостоянство коэффициента усиления напряжения (μ) из-за неоднородностей намотки сетки[44]. В лампах военных серий, выпускавшихся на новом оборудовании по жёстким техническим условиям, неоднородность намотки была сведена к минимуму, что и обусловило лучшие значения КНИ[45]. Обычные, гражданские лампы британского производства имеют те же величины КНИ, что и лампы производства США, при незначительно — но систематически — бо́льших величинах μ[2]. Вероятно, именно небольшой разницей в громкости звучания и объясняется мнение о превосходстве всех «британцев» над «американцами»[2]. Чернение (карбонизация) стекла графитом уменьшает вторичную эмиссию электронов с внутренней поверхности баллона — это снижает возмущения внутриламповых электростатических полей, что также способствует уменьшению искажений[46]. В 1940-е годы чернёные баллоны были нормой, но в начале 1950-х годов производители отказались от них — вероятно, в попытке снизить себестоимость массовой продукции[11].

Номинальное напряжение накала и коэффициент нелинейных искажений между собой не связаны: различия между 6SN7GT и 12SN7GT и между 7N7 и 14N7 лежат в пределах статистической погрешности[12]. Однако при питании накала переменным током лампы с бо́льшим напряжением и, соответственно, меньшим током накала предпочтительнее из-за меньшего уровня помех (сетевого фона)[1].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Джонс, 2007, с. 310.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Barbour, 1999, p. 8.
  3. 1 2 3 Barbour, 1999, p. 3.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Barbour, 1999, p. 4.
  5. Cоветский аналог — 6Н7С
  6. Джонс, 2007, с. 284, 310.
  7. 1 2 Джонс, 2007, с. 752.
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Barbour, 1999, p. 5.
  9. Джонс, 2007, с. 154.
  10. 1 2 Revised cross-index of vacuum tubes // Bureau of Ships Radio and Sound Bulletin. — 1943. — No. 9. — P. 13-18.
  11. 1 2 3 Atwood, J. The 6SN7GT – the best general-purpose dual triode?. Effectrode.com. Проверено 24 декабря 2016.
  12. 1 2 Джонс, 2007, с. 309.
  13. Джонс, 2007, с. 308.
  14. Гурфинкель, Б. Б. Приёмно-усилительные лампы. — Л. : Госэнергоиздат, 1949. — С. 7, 97—100.
  15. Абрамов, Б. Приёмно-усилительные лампы. — М. : Госэнергоиздат, 1952. — С. 6.
  16. Barbour, E. Baby Blues Bottle: The 6V6 // Vacuum Tube Valley. — 1999. — № 10. — P. 3-8.
  17. 1 2 Jayaswal, B., Patton, P. Design for Trustworthy Software: Tools, Techniques, and Methodology of Developing Robust Software. — Pearson, 2006. — N-Version Programming for Reliability. — ISBN 9780132797351.
  18. 1 2 3 4 Barbour, E. Computing with Tubes: The Savage Art. 2. Inside ENIAC // Vacuum Tube Valley. — 1997. — № 8. — P. 20—21.
  19. 1 2 Booth, A.D. Computers in the University of London 1945-1962 // History of Computing in the Twentieth Century. — Elsevier, 2014. — P. 557—558. — ISBN 9781483296685.
  20. McCann, D. The last of the first. CSIRAC: Australia’s first computer. — The University of Melbourne, 2000. — P. 7, 8, 45. — ISBN 9780734051684.
  21. 1 2 3 4 Barbour, 1999, p. 6.
  22. 1 2 Дашевский Л. Н. Эксплуатация Малой Электронной Счетной Машины АН УССР // Конференция «Пути развития советского математического машиностроения и приборостроения». Москва, 12—17 марта 1956 г. Тезисы докладов. — 1956.
  23. Брук, И. C и др. История создания отечественной ЭВМ первого поколения — М-1. ПАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука». Проверено 29 декабря 2016.
  24. Бураков, В.М. Опыт эксплуатации цифровой вычислительной машины «Урал». — Советское радио, 1962. — С. 34, 136.
  25. 1 2 Зимин В. А. Надежность ламп в электронной вычислительной машине // Конференция «Пути развития советского математического машиностроения и приборостроения». Москва, 12—17 марта 1956 г. Тезисы докладов. — 1956.
  26. Джонс, 2007, с. 545—547.
  27. Williamson, D.T.N. High Quality Amplifier: The New Version // Wireless World. — 1949. — № August. — P. 282—287.
  28. Barbour, E. 12AX7: Twin Triodes Forever // Vacuum Tube Valley. — 2000. — № 14. — P. 4—8.
  29. Shuguang Vacuum Tube Manufacturing Facility. Enjoy the Music.
  30. Tung-Sol Electronic Tubes Technical Data. — Newark, New Jersey, USA, 1948. — P. 1584—1586.
  31. Гурлев, С. А. Справочник по электронным приборам. — Киев : Гостехиздат УССР, 1962. — С. 212-216.
  32. CV1988. Specification MOSA/CV1988. UK Ministry of Supply (1954). Проверено 26 декабря 2016.
  33. 12SX7-GT Twin-triode amplifier for use with 12-cell storage battery supply. Tentative Data. — Harrison, New Jersey, USA : RCA, 1946.
  34. 1 2 3 6SN7-GTB — 6SN7-GTA — 12SN7-GTA // General Electric Tube Data Book. — 1954. — 6SN7GTB-6SN7-GTA 12SN7-GTA. — P. ET-Т889 5.
  35. Brimar receiving tube 12AU7 ECC82. — Footrscray, Kent, England : Standard Telephone and Cables Limited, 1952. — № Application Report VAD/513.4. — P. 8.
  36. Джонс, 2007, с. 307.
  37. 1 2 3 Джонс, 2007, с. 311.
  38. Джонс, 2007, с. 306.
  39. Джонс, 2007, с. 291, 306, 728.
  40. 1 2 Джонс, 2007, с. 291.
  41. 1 2 Джонс, 2007, с. 302—303.
  42. Джонс, 2007, с. 307—308, 728.
  43. 1 2 Муромцев, В. В. Усилительные устройства и электроакустика. — М. : Госкиноиздат, 1951. — С. 143.
  44. 1 2 3 Джонс, 2007, с. 141.
  45. Джонс, 2007, с. 142.
  46. Джонс, 2007, с. 303.

Источники[править | править вики-текст]

  • Джонс, М. Ламповые усилители = Valve Amplifiers, 3rd edition / пер. с англ.; под общ. научной ред. к.т.н. доц. Иванюшкина Р. Ю.. — М. : ДМК-пресс, 2007. — 760 с. — ISBN 5970600202.
  • Barbour, E. 6SN7: The Driver of Choice // Vacuum Tube Valley. — 1999. — № 11. — P. 3-8.