生生不息的真空管.docx

1、生生不息的真空管生生不息的真空管生生不息的真空管作者：赖英智回顾百年音响史，真空管可以说是死而复活的奇特产品。从一次大战后急速发展，二次大战后进入黄金时期， 1965年后却被视为落伍的东西，九年代兴起一股直热式三极管风潮，连最古董的真空管都被拿出来献宝，我们只能说它是生生不息。真空管的发明不但为音响回放开启新页，也带动录音从机械时代进入电气时代，它温热而充满生命感的声音，多年来一直掳获人心，谁能想到这么重要的发明，是无心插柳柳成荫的呢！真空管的发明当爱迪生在研究电灯泡时，他做了管壁的防尘防烟实验，1880年无意间发现在灯泡管内插入独立电极的地方与灯丝之间，在某种条件下会产生电流。这个现象被称为

2、爱迪生效应，爱迪生本人没有继续探讨，J.W. Swan(Swan灯泡公司创始人)等人则开始研究此一现象的奥秘。1904年英国佛莱明在横越大西洋无线电通信发报机中，才首次利用爱迪生效应发明了佛莱明管（二极检波管）。佛莱明出生于英格兰的兰卡斯特，在伦敦大学与皇家化学学院毕业后，1892年到1898年间先后担任了爱迪生、Swan、Ferranti电力公司的工程师与顾问。佛莱明在白热灯、电表、发电机等方面有许多改良，并且发明了佛莱明左手定律。1899年起担任马可尼无线电电报公司顾问，1901年马可尼首次进行横越大西洋传送，当时所使用的器材大部份都是佛莱明制作的。1904年他寻找一个可靠的无线电侦测器，

3、想到爱迪生效应，于是制作了一个在灯丝与真空管四周有金属圆筒的制品，这是真空管的原型。当时的佛莱明管只有检波与整流的功用，而且并不稳定。耶鲁大学毕业后即进入西屋公司WE服务的美国年轻工程师Le de Forest，对爱迪生效应同样感兴趣，1899年他的毕业论文是由并行线终端赫兹波的反射，而在1900年就开始着手研究真空管，1906年申请到二极管的专利（使用电池）。同时他提出许多新的构想，例如在灯丝两边加入白金侧翼，灯丝材料指定用白金、钽和碳丝，因为钨丝当时还未上市，他认为佛莱明管可用在整流，而自己的真空管可作为继电器。1906年底，他在二极管中多加入一个栅极，让真空管具有放大与振荡的功能，他同时

4、委托灯泡工厂生产，称为Audion。此专利在1908年2月18日通过，但我们通常认定1906年是真空管元年，而Le de Forest就成了真空管之父。专利权一争十几年获得专利后，他立刻成立无线电电话电报公司，销售使用三极管的通信设备，这是首次将含栅极的三极管作为一般用途，真空管则请McCandless制造。可惜这位真空管之父是音响史上著名的倒霉鬼，他制作了三极管，但不知道三极管究竟可以发挥到什么程度，就被马可尼公司一状告上法庭。1914年McCandless被西屋公司并购，Le de Forest的生产线中断，只好自己在纽约开设High Bridge工厂，从1915年起生产球型三极管与振荡管

5、（发信管），1916年起也生产管状的三极管。正当工厂日渐上轨道之际，马可尼公司控告他侵权，工厂停业，连马可尼自己的球型三极管也禁止生产，于是美国收信真空管的制造完全中止（马可尼的佛莱明管仍继续生产，不过找不到买家），这种情况持续到1917年美国参加一次世界大战才解除。1918年战后Le de Forest独力开发制造了Type 20，这是首次使用软式灯管的检波管，属于氧化膜灯丝低电力消耗真空管，他的创造力令人佩服。但在1920年他面临经济危机，必须把旧金山工厂卖给Moorhead，而后专心从事电影音响研究。1926年Le de Forest重整公司，1928年破产，1933年被RCA合并，自此

6、永远消失。由de Forest发明并实际运用于成品的三极管，独霸市场多年，直到1915年另一名美国人Cunningham在西岸推出名为Audio Tron的新型检波真空管为止。Audio Tron灯管的外部连工厂的名字都没有，大概是避免卷入专利权纠纷中。Le de Forest的助手Moorhead后来也独立当家，以Electron Relay的品牌在1915年推出三极管，它与Audio Tron同时受到许多业余无线电爱好者的青睐。1917年， Moorhead为了避免专利权问题而将三极管做了改型，阳极上标示Moorhead-Patend Pending等字样，这是制造商将工厂名称打在产品上而

7、无法涂销的首例。因为专利权关系，最后马可尼、Moorhead与Le de Forest同意联合销售真空管。但Moorhead提供给马可尼的成品不良率太高，光挑选品质合格的真空管就是一项大工程，所以三家公司的契约虽然到Le de Forest专利权截止的1925年，不过实际上合作一年就彼此分手了。RCA成立后，Moorhead再度卷入诉讼，但他在1923年遭逢意外死亡，事业就此落幕。真空管的改良最早的真空管都是采用直流电，只能在业务与及少数业余玩家间流通，因此真空管的第一次改良就是让它省电。不过电池实在不方面，而且价格也高，所以第一次大战后就有人尝试让真空管以交流电来工作。为了解决哼声问题，包括

8、使用钨氩灯管、灯丝DC点火，用大型管如210发射射线以高周波点火等，都被拿出来实验。GE公司为了提高电话线安定性，从1913年起着手研究交流真空管，终于在1923年获得专利。西屋公司也在1921年获得不同样式的专利，并由McCullough在1925年推出第一号成品。之后两年，有许多改良式收音机推出，但基本上还是电池式，只是加上旁热式变压器与线路，方便直接使用AC插头而已。西屋公司早于1913年开始研究旁热管，并在1915年提出申请，不过一直到1927年，RCA才推出旁热管UY-277（成为美国旁热真空管的标准规格）；英国MOV也在同年推出Cosmos AC/R（建立世界旁热式真空管的标准制造

9、方式），使交流器材得以普及化。最早GE从事电灯泡制造，藉此之便，他们将钨丝混入少量的二氧化钍。有一次，这个配方被误用在真空管中，结果却使放射能力大增。1921年Irvin Langmuir开发出钍钨灯丝，大大的提高了电子发射能力，但是用了这种灯丝，如果管内有残余氧气，效果立即打折，最后又研究出各种收氧剂来改良真空效果。当时西屋推出的UX-245、250与245，都已经不是球型灯泡管了，而是气泡状的玻璃管，之后再改良才变成后来所看到的可乐瓶型形状ST管。多极管陆续出现另一波改良是多极管的出现。德国西门子很早就开始动作，希望推出电压更低、动作更有效率的空间电荷栅极管(Space Charge Gr

10、id)，西门子的萧特基博士发明双栅极管，一次大战后1923年正式推出作为手提收音机的检波管。马可尼公司则为了减低栅极与屏极间容量，提高放大率，开发了廉栅极(Screen Grid)高频放大用四极管。四极管可用于高周波放大，却无法用在低周波上，荷兰Philips在1927年实验将廉栅极和阳极中间插入另一条栅极，成功开发五极管。第一号产品是B443，为电池式收音机的输出管，和该公司的2502型收音机一起销售。得力于B443的成功，Philips在1929年推出AC电源用的C443直热管，巩固了其输出管的领导地位。1926年德国Loewe发表了2HF与3NF的复合管，成为复合管的鼻祖。所谓复合管是把

11、两个或两个以上的真空管装入一个管子内，同时各自有其独立的功能。由于德国使用收音机必须课税，课税标准以真空管数量为标准，为减低管数，所以有了复合管的诞生。此外英国的Ediswan、美国爱默生的Multi value也都生产复合管。一次大战后英国的MOV开始开发金属管，希望改善玻璃管易碎的缺点，第一支发信管CAT的推出是一项重大突破，美国RCA从CAT偷学技术，1935年也推出金属管，之后还有GE与许多小厂加入，但金属管复杂且昂贵，所以很快就消失了。英国真空管发展1838年，英国法拉第对1mm/Hg低压空气放电、发光、电导度等加以研究，可以说开启了真空管技术的序幕。二极管的发明人佛莱明也是英国人，

12、他在马可尼公司从事横越大西洋传讯实验时，收信装置相当原始。他试制作磁石收信机，但无法使用：佛莱明的听觉不佳，所以还开发了把收信机讯号记录，用眼睛解读的装置。当时感度最高的电流指示计为德逊保指示计，为了利用它，必须有能将高频率电流转换成直流的整流机，但他尝试过各种低周用整流器都没有用。1904年他把爱迪生实验用装有电极的电灯泡拿来改装，发明了二极管（他称为振荡管），现在英国以Valve称呼真空管，即引用佛莱明的命名。当时已经知道管内的真空度越高，整流作用越佳，但只能以加热方式排出管内空气。最初佛莱明检波器与矿石检波器一样没有阳极，不久就加入电阳极，可惜提出专利的时间比Le de Forest稍晚

13、，把真空管之父的美誉拱手让人。由于英国不像美国那么迫切需要长途电话，所以真空管的开发脚步并不急。1911年马可尼公司的兰尼首度开发出三极管，多用于军方的无线电收信机，但由于管内真空无法长期保存，工作很不稳定，后来从美国引进球型真空管的排气，才改良了安定性。1916年BTH推出Type R管，与法国的TM管几乎一样。一次大战中，英国海军致力开发发信管，生产大型真空管，1917年Marconi-Osram Valve所生产的Type T1，是最早的大型发信管。1937年，与RCA有关系的马可尼与GEC两家公司，发表了International Octal系列真空管，以KT（Kinkless Tet

14、rode）这个型号加入束射功率管的行列，也为英国真空管开辟了另一片天空。不论与6V6同级的KT61，或者与6L6相近的KT66，都获得许多人的喜爱。稍后所开发的KT88，成为与RCA 6550鼎足而立的产品。法国的真空管1908年，Le de Forest到法国宣传他的新球型管Audion，会见当时法国通信部队负责人菲力上校，争取到在巴黎艾菲尔铁塔上展示发射机的机会。菲力上校对三极管很感兴趣，但示范并不成功，所以没有采用。不过法国本身没有设计真空管的经验，而德国军力扩充迅速，随时有爆发欧战的可能，通信部队的需求迫在眉睫。1914年大战前夕，一位美国人保罗皮森，受德律风根的指派在美国收集最新通信

15、器材情报，当他准备返回德国而在伦敦过境时，德国已经对法宣战。保罗潜入法国被捕，他被引见菲力将军，并从口袋拿出Audion真空管详述其优点，菲力将军立刻安排他在通信部队成立真空管紧急开发项目，这是法国真空管的起源。保罗找到里昂一家灯泡厂Grammont合作，推出原筒型的三极管，成品称为Fotos。虽然法国很晚才加入，但Fotos中的设计精巧，充分发会法国人的创意天分，所以推出后订单如雪。另一家曾试做过佛莱明管的Generale des Lampes公司也紧急加入生产，产品命名为Metal，而产品编号就以负责开发的法军通信队的缩写-TM(Telegraph Military)命名。TM管是一次大战

16、中公认最好的三极管，英国马可尼公司战后买下专利生产。它所采用的管座/插座设计，可轻易的分离开来，也是真空管的一大突破，四脚结构也在欧洲被长期采用。德国真空管的起源1903年，德国人威奈特将放电管上面涂以钡钙等碱性金属氧化物，开发出氧化膜热阴极的原型，这项发明对后来的佛莱明二极管有很大的启示。1906年利班由Braun管得到灵感，以阴极射线Relay的名称申请专利，日后经过多次改良，在1911年8月发表了新的真空管。新真空管在柏林大学举行发表会，结果AEG/德律风根、西门子等公司愿一起合作进行改良，他们的完成品叫LRS Relay。LRS Relay易受温度等外在环境与电源电压的影响，杂音多，灯

17、丝氧化膜也容易剥落，但一次大战前却是长距离电话线的主角。德国在1914年决定为民间电话线路开发新真空管，克服LRS Relay的缺点，最后西门子的Type A获选。Type A师承球型三极真空管，1916年开始发售，一部份用于战场上窃听敌军通信用的手提放大器。之后德国真空管就由西门子与德律风根两家公司为主导，陆续推出许多真空管。美国西屋公司的贡献美国由于幅员广阔，对长距离电话特别需要，国营的AT&T与他的制造商西屋电器WH(Westinghouse)，也因此很早就投入相关研究，甚至将触角延伸到欧洲。西屋公司曾是家电大厂也参与最早的有声电影开发，并积极介入电话相关制造业。Le de Forest

18、尝试把他的三极管用在低周波放大而没有成功，直到1912年终于有些成果，他立刻把中继放大器权利卖给AT&T/WE，并向西屋公司展示其Audion。当时Audion讯号增强会有失真，管内残留气体，阳极电压提高后容易失控，灯丝寿命极短，物理特性不易维持，每个Audion规格都不固定。这个情况对电话中继放大器并不合适，曾经在芝加哥大学研究真空技术，同时在西屋公司从事水银弧光灯中继器研究的阿诺博士，却看出Audion的潜力。阿诺博士首先强化Audion电极的结构，再采用氧化皮膜灯丝，降低工作温度，提高真空度，结果使Audion寿命提高到一千小时。1918年10月，这项成果实际用于费城、纽约、华盛顿间的电

19、话线上，这是世界首度将真空管运用于商用通信电路中，真空管的编号为Type A。之后西屋继续研究，推出广为收音机使用的UV管(Unit Vacuum Tube)，比欧洲的四脚管早一年。第一个附有管座的Type M，用于1915年开放的纽约-旧金山大陆横断电话线路中，寿命约400小时。1915年推出的Type L灯丝为Type M的两倍长，寿命则延长为4500小时。一次大战期间，美国政府责成西屋优先投入军用真空管开发。军用管需承受严酷的温度变化、震动、电压不稳等考验，西屋公司最有名的军用管为VT-1与VT-2。最初西屋的电话真空管称为Telephono Repeater Element，军用管则称

20、Vacuum Tube。1920年匹兹堡成立了世界第一家无线广播局，在KDKA开播，引起很大回响，西屋以Aeriola的品牌投入家用收音机制造。不过以西屋为名所开发的真空管数量并不多，美国主要的直热式三极管都是Radiotron的产品，有人认为是RCA制造，实际上像112、171、250、245等都是出自西屋手中，西屋在低周波功率管方面技术领先。通用电器与真空管通用电器以制造直流发电机、电动机、汽车引擎等而闻名，他们介入无线电通信也是从高周波发电机开始。初期无线电公司为得到高周波连续功率而煞费苦心，最初使用电弧式发信机，但工作不稳定。后来想到利用电力交流发电机，并委托通用电器生产，1906年完

21、成的产品只能达到10KHz频率。不过通用预见此后的发展，于是积极投入，1913年完成200KHz，数KW出力的发电机。另一方面，通用的研究室也很快开发出真空管，Pliotron(希腊语，多的意思)与Kenotron（希腊语，真空之意）为通用早期真空管的名字。Pliotron很快朝大型化发展，1914年使用于67KM长距离小型高周波发电机调变实验成功；而通用也发展出200KW的大规模调变发电机。一次世界大战期间，通用把技术加以活用，以克里夫兰的工厂为中心，生产了多种真空管，大战中约生产了20多万个，而西屋责生产了50多万个，对军方贡献良多。后来居上的美国RCA一次大战期间，美国海军征收了大西洋横

22、断无限电信局（原隶属于美国马可尼无线电信公司），并致力扩充规模，将原来50W高周波发射机改为GE制造的200KW机器。这部机器由GE免费提供，对当时战争起了很大的作用。战争结束后，英国马可尼等待军方归还电信局，并计画在美国、欧洲设立多处据点大展鸿图。美国海军得知马可尼的企图，于是说服GE公司，干脆买下美国马可尼，于1919年10月先成立Radio Corporation America(RCA)，第二年正式并购美国马可尼。由于这层特殊关系，RCA顺利取得GE真空管销售权，同时积极投入无线广播业务，开发家庭用的机器。1921年RCA推出纯钨灯丝的UV-216，成为一般收音机、留声机所用的整流专用

23、真空管鼻祖。1920年RCA/GE联合与AT&T/WE缔结互相使用专利权的契约，次年WE加入这个Radio集团，以Radiotron的品牌销售真空管，并努力扩展真空管的用途，使得美国成为真空管的大本营。GE制造由RCA负责销售的Radiotron，最初型号为UV-200、UV-201，外型和GE军用管类似，内部电极则完全更新，这些GE改良版，成为后来直热式真空管的标准形状。由于上述复杂的协议关系，当西屋以自有品牌销售真空管时，引起RCA强烈不满，经过长期协调，1925年决定AT&T与WE只能局限于民生用无线电收信机的制造和销售，西屋则另外成立一家格雷堡公司经营一般消费用的家电。至于广播用发信设

24、备、录音室用机器、电影音响系统、航空船舶的无线电器材，西屋另外成立Non-Associate公司来销售真空管。1930年美国实施反市场垄断法律，这几家公司组成的Radio Group宣布解体，有先见之明的RCA则早一步成立Radiotron Manufacturing公司，买下GE的哈里逊工厂，开始自己生产收信管。在Group解体时大家有共识，RCA在1935年以前可生产真空管，而GE与西屋在1935年后才能投入生产。RCA为避免独占地位遭非议，1929年起开始授权给中小厂商参与制造真空管，这使得美国制真空管互换性良好，插座种类降到最低，比起欧洲真空管流通性更佳。1936年，RCA发表了最早的

25、束射管6L6，为业界带来一阵鼓舞。束射管新增阴极同电位之束射形成电极，同时控制栅极与廉栅极的结合，虽然是从四极管发展而来，但它比五极管有更低的阳极特性、更高的效率，以及廉栅极电流低等特性，可以算是真空管发展史上的大跃进。最早的6L6是黑色金属管，后来才变成玻璃管，被许多大型电唱机和扩大机所采用，输出规格为6.5瓦。1937年底RCA同时发表输出4.5瓦的小型6L6，型号为6V6与6V6G，用于一般的收音机中。以民生为导向的Philips1891年在荷兰安特奥芬乡下由父子共同创业的Philips，到1903年已经成为欧洲第四大灯泡厂。由于荷兰并未参加一次大战，所以并未投入军用管开发。战后一位无线

26、电工程师Idzerda要求替Philips制造第一号真空管，并以其名字IDZ命名，此人日后成立了无线电台而相当著名。IDZ也是根据Audion改造而来，得到许多业余玩家的青睐，Philips在1919年改良为A、B、C三种型号，正式介入真空管制造与发展。只做专业用真空管的WE由于WE(Western Electric)是世界最大电话公司AT&T的制造部门，所以他们制造的真空管都以专业用途为主，几乎没有民生用管。九代兴起的300B热潮，把WE的300B捧上天空，这大概也是WE始料未及的。WE很早就因应市场需求，推出104、205、211、212等三极管，同时还把205D、211D等运用在当时几乎

27、独占市场的电影院扩大机上（Type 42、43、46等型号）。WE早期的直热式三极管，阳极为金属网（后改为黑色金属板）、氧化膜灯丝，电极顶部有陶瓷的支撑板，制作非常坚固。1937年发表最早的超短波用真空管316A，戏剧性的将300MHz的传统界线一举提升到UHF频带，此真空管用于飞机的敌我识别系统，可见得WE在这方面的实力。1938年，WE的300B问世，比RCA的2A3晚了几年。这时已接近三极管的末期，但因累积了过去的技能，所以产生平衡性极佳的杰作。300B和同厂的252A相比，只用6W的灯丝电力，阳极最大定格（450V/80mA）时可得到将近18瓦的功率（252A输出8瓦）。比300B稍早

28、的300A在1933年推出，300A的接脚是刺刀式的，为了与2A3竞争因此改成四脚的300B，它们构造、尺寸、特性完全相同。由于300A/300B的优良性能与高信赖性，还有长寿命，不仅是用在WE Type 86、91、92等扩大机上，定电压电源等工业用、军用器材也都有使用，直到六年代美国太空总署内的仪器都还用300B做电源稳压，它是美国直热式三极管告别世间珍存的一颗耀眼巨星。1996年WE重开坎萨斯城的生产线，重整旗鼓让300B复出，但350美元一支的定价早已今非昔比。其它经典真空管除了上面提到的一些真空管外，历史上还有许多经典名作。WE 284A，这是1937年WE为了对抗RCA的845所推

29、出大型直热式三极管，当时WE86使用300B推挽输出有15瓦输出功率；WE87则使用284D推挽输出得到53瓦功率，是当时有名的巨无霸。WE的杰作还有军用直热式三极管VT52，输出只有2瓦，但声音与300B很像。1940年WE为6L6束射功率管所做的专业版350B，也是久为人所津津乐道，外型与6L6G相似，声音浓密厚重。在300B推出前的十年间，WE205D担任功率管的重责大任，它的声音是WE管中的佼佼者，但输出只有1.4瓦！比205D更早的212A，在1921年开发完成，1937年改成212E，声音浓密又纤细，非常有特色。211E则是在1921年开发完成，26年改成211A，在WE43扩大机

30、上推挽可得9瓦的功率，声音快速雄壮。美国另一家大厂RCA在1935年开发的6F6五极管，推挽输出有11瓦功率，可以说是后来6系列的开始。1936年划时代的6L6推出，在McIntosh MC-240扩大机上有极佳的表现：第二年推出的6V6输出功率4.5瓦，与三极管声音形成有趣的对比。1928年开发的RCA250可以说是世界第一支音响专用管，声音雄壮豪迈，它的出现刺激了WE开发252A与300A。RCA845也是名管，是在VT4C（211）基础上开发的大型直热三极管，出力15瓦，鲜艳温暖有力的声音仍深受今日音响迷的喜爱。而GE开发的VT4C（211），原本作为发信用发振管，出力19瓦，声音辉煌灿

31、烂，与WE的211同样青史留名。英国部份也很精彩， GEC（The General Electric Co. of England）所推出的KT66与KT88，可以说是六年真空管黄金时代最著名的产品之一，McIntosh MC275就以KT88为输出管，Quad以KT66为输出管，今天一支全新的CEC KT88可抵金价。GEC另有输出功率达30瓦的大型直热式三极管DA100（大小与GE211相仿），但留下的并不多。Mullard的EL84/6BQ5与EL34/6CA7同样是杰出的高灵敏度五极管，EL84输出6瓦，EL34输出11瓦，甜美的音质令人难忘。Osram所生产的PX25具有阴柔透明美感

32、，与稍早的PX4都是英国著名的直热式三极管。德国Telefunken在1930年代开发的三极管RS237、1960年代开发的EL156（推挽输出130瓦），代表了德意志民族理性的特质，他们的小型管6DJ8也成了音响迷追寻的目标。直热式三极管风潮二次大战后唯一使用WE 300B真空管的家庭用扩大机是Brook 10C。这部机器备有2.4V和5V的灯丝组，可以替换使用2A3与300B，由于早期RCA的2A3物美价廉，又跟300B一样都是单一屏结构，除了输出功率较低外，音质相差不多，所以大多时候都用2A3。后来为了降低成本，RCA把2A3改成双屏，音质有了变化，只剩300B独领风骚。六年代中期，虽然扩大机已经是晶体管的天下，一群法国发烧友却发现用单端直热式300B推高效率的号角喇叭，用来回放爵士Big Band演奏简直令人陶醉。这个发现只在极少数音响迷中间流传，七年代一位法日混血儿Jean Hiraga把WE 300B的玩法带到日本，引起了很大的回响，1973年MJ无线与实验杂志把WE称为梦幻管球，它的地位与日遽增。1989年美国Richardern Electronics推出Cetron品牌的300B，更助长直热式单端三极管的热潮，连带的805、211、845、810、811等大型直热式三极管也从仓库中被挖了出来。1992年大陆曙光厂也推出300B，然后九年代重新