真空管特性規格
超級電壓放大管5842/WE417A
5U4系列整流管的比較
真空管特性規格名辭解釋
設計一台擴大機時，我們必需要先瞭解有關真空管的各種特性規格，因為真空管特性規格可以讓我們知道所有的有關該真空管的參數與資料，然後根據這些資料來設計電路，真空管特性規格中除了詳列該真空管的規格資料之外，並還有動作的實例資料，我們可以選擇其中一項動作實例，完全照著做就行了。
如果您不想依照真空管手冊上的實例來設計，那就要仔細研究手冊上的各項有關參數來設計一台擴大機。
不論如何，想要對真空管有較深入的瞭解，必需對真空管的特性規格有所瞭解，以下即以WE300B的特性規格來說明：
燈絲電壓與電流
提供真空管燈絲點燈的電壓，可用直流或交流，每一支真空管的燈絲電流是都不相同，我們在實際使用時，要盡量接近這個值，太高、太低都會有負作用的，一般而言，稍稍低於廠方規格的燈絲電壓是被允許的，但最好不要超過廠方，否則會減短真空管的壽命。
例如300B的的燈絲電壓是5V(直流或交流)，電流是1.2A，我們在實際使用時，要盡量接近這個值，太高、太低都會有負作用的。
最高屏極電壓
真空管最高屏極電壓，在實際使用時，不得超過這個屏壓值。
例如300B的最高屏極電壓不得超過450V，最大屏極損耗是40W，一般的慣例，在實際使用時，不要超過最大值的70~~80%，也就是說，300B的屏壓不要超過350V，屏極損耗不要超過30W。
最高屏極損耗
電子撞擊屏極時，會使屏極發熱，這熱表示一種功率損失，每一種不同的真空管各有各自不同的屏極損耗，我們使用真空管時，除了電壓與電流之外，也要注意不要超過該管的最大損耗值，實際使用時，屏耗最好不要超過最大屏耗的70% ~ 80%，否則真空管很快就會損壞的。
如何計算屏極損耗呢？
很簡單，即真空管供給屏極的電壓與屏極電流的乘積：
P=EI
其中：
P=屏極損耗
E=屏極電壓
I=屏極電流
例如300B最大屏極損耗40W，假設我們設計300B的屏極電壓是350V，電流是80mA，則相乘積是28W，約為300B最大屏極損耗40W的70%左右，所以是很安全的。
最大屏極電流
另一個項目是最大屏極電流，如果流經真空管的電流，一旦超過最大值，真空管就可能在兩種情形之下損壞，一是屏極因過多的電子撞擊而超熱，二是陰極因過量發射而受損。玩真空管的人都有見到真空管的屏極發紅的經驗，那就是超過屏耗而使得屏極發紅的現象。
在300B的資料中，300B最大屏極電流有兩種不同的規定，亦即使用固定偏壓時，最大屏極電流為70mA，使用自給偏壓時，為100mA。因此我們在設計工作點時，不能超過這個數值。
極間電容
在表一中還有一個很重要的參數，就是「極間電容」，也就是真空管極與極之間的電容。
真空管的各極都是導体，其間也經常有電位差，因此它們有電容的作用，三極管中有「柵─屏」、「柵─陰(絲)」與「屏─陰」三種極間電容，例如WE300B的三個極間電容量，柵與屏之間是15pF，柵與燈絲之間是9pF，屏與燈絲之間是4.3pF，雖然這些極間電容都很小，但是這些小電容卻會影響到高頻響應，極間電容愈大，高頻響應就愈差。這些參數只要代PSPICE就可以了大致讓我們估算一下頻率響應。
外型與管座
接下來我們就要看看300B的外型、內部構造、尺寸，與管座了，300B的外型只要看照片就行了，這種玻離管中間突出，形狀有點像梨形的管子叫做"ST"管(一般直筒管狀的玻離管如EL-34或6550等叫做"GT"管)，300B可說是較大型的ST管。至於各廠牌的300B的內部構造卻都不太一樣，這將會在各300B的比較試聽時會再詳細介紹的。
原廠資料中的FIG 1是WE300B的外部尺寸圖，FIG 2是300B的管底接腳尺寸圖，由FIG 1中我們可以看到管子的基座部份有一個突出的針狀金屬栓，這是用於直立式管座時的卡栓，只要將真空管的卡栓對準這種卡栓式的管座插入，然後再向右旋轉就可以把真空管卡得牢牢的，像211與845真空管都是使用這種管座插入真空管的，只不過300B的管座比較小一點而已。但是一般300B大多都使用一般四腳的管座。
我們可以見到300B常用的四腳管座，有兩個較大的插孔與兩個較小的插孔，其中兩個較大的插孔"1"與"4"是燈絲，兩個較小的插孔"2"與 "3"分別是柵極與屏極。又使用這種管座的真空管叫做"UX-Type"，有很多真空管都用這種UX-Type的管座，像是2A3、26、45、50、71等直熱式三極管，或80、83等直熱式的整流管都是使用這種UX-Type的管座的。
原廠推薦操作實例
所有真空管手冊都有原廠提供的推薦操作實例表，不同的工作點，不同的負載，會得到不同的輸出功率以及不同的失真率。如果您不想自己依照真空管的特性曲線設計時，可徑參考原廠推薦操作實例照著裝就行了。
Gm-μ-rp (真空管的動態特性)
我們知道使用擴大機的目的是放大聲音的訊號，而真空管在實際工作時，輸入的音樂訊號並不是一個恒定的值，而是隨著訊號而變化的電壓，所以我們必需要知道真空管對這細微的變化所引起的反應，這就是真空管的動態特性(Dynamic Characteristic)，決定真空管動態特性的參數有三，即「跨導」、「放大因素」與「屏極電阻」。
例如300B的燈絲電壓Ef=5.0V，屏極電壓Eb=300V，負壓Ec=-61V時，此時的屏極電流為60mA，放大因素為3.85，屏極電阻為700W，柵到屏的跨導為5500姆歐。其中放大因素、屏極電阻與跨導是真空管的最重要的三個參數，因此我們必需要先瞭解這三個參數的意義與相互的關係。
跨導(Gm)
Gm=DIp/DEsig
跨導(Gm)等於屏極電流變化量除以柵極電壓變化量(屏極電壓固定)。
其中：
DIp=屏極電流變化
DEsig=柵極訊號電壓變化
即真空管在柵極引起的電壓變化，相對於屏極電流所產生的變化，這柵極的電壓變化量，與屏極電流變化量之比，謂之「跨導」(Transconductance)，又稱為「互導」(Mutual Conductance)，符號為"Gm"，跨導的單位是姆歐"mhos"。
要注意這"mhos"與電阻的"ohms"不一樣，我們知道電導是電阻的倒數，等於電流除以電壓，單位也是姆歐。
但在實用上，由於mhos做單位太大，因此通常都用百萬分之一姆歐，也就是μmhos。
放大因素
(μ)μ=DEp/DEsig
放大因素(μ)等於屏極電壓變化除以柵極電壓變化(屏極電流固定)。
其中：
DEp=屏極電壓變化
我們知道一個小變化的訊號電壓由真空管的柵極輸入，由屏極輸出就成為大變化的訊號電壓，而這小變化的柵極輸入電壓導至大變化的屏極輸出電壓之比，就叫做放大因素，以希臘字"μ"來表示，或又稱為"mu"。
三極管的放大因素決定於真空管的機械結構，柵極離陰極愈近時，對射向屏極的電流的影響愈大，因此放大因素μ也愈大；反之，如果柵極的網孔較疏，柵極上電位的影響小，放大因素就愈小。
例如300B是專為功率放大而設計的管子，功率管的屏極工作電壓較高，空間電流大，陰極(或絲極)與屏極都做的比電壓放大管粗大，而柵極的網孔也需要大，才能通過大電流，因此放大因素就不會高。
屏極電阻(rp)
(此處所謂的屏極電阻係指真空管的內部電阻，而不是指屏極負荷電阻)
rp=DEp/DIp
屏極電阻(rp)等於屏極電壓變化除以屏極電流變化(柵極電壓固定)。
真空管的電流，由陰極(直熱三極管的燈絲即陰極)發射，經由空間電荷、柵極，到屏極的途中，能量會有損失，轉換成熱，換句話說，真空管內部由陰極到屏極的通路中對電流的阻力叫做屏極電阻，rp的單位與電阻一樣，為歐姆"W"或"ohms"。
三個參數之關係
以上的三極管三個參數是非常重要的，其間的關係為：
μ=rp´ Gm
這三個參數並不是一成不變的，我們可以由原廠資料中的FIG 4、FIG 5、FIG 6圖中看出其間的相互關係。
WE300B的典故
我們裝300B的擴大機，就必需要先來徹底瞭解300B的元祖─WE300B的典故。
是誰發明了300B呢﹖
是美國的西電公司(Western-Electric簡稱WE)，要知在第一次世界大戰之前，有許許多多專門製造真空管的廠家，其中有大部份的廠家我們還沒聽說過的，這將會在以後的文章裡會逐步提到的，而西電公司，就是其中一家，而且也是世界上最早製造真空管的廠家之一。
美國西電公司在很早之前就生產了許多不同類型的真空管，而300B還是較後期的產品呢，其實大多數的真空管都是為了軍事或通訊的用途而設計的，很少是專門為了音響用途而設計，西電公司自然也不例外。
但是300B卻是專門為了音響用途而設計，為什麼呢？因為在一次世界大戰之後，軍事需求的真空管大幅降低，許多真空管製造廠甚至於把廠都收掉了，但是WE卻在此時為了「音響用途」而開發真空管。
為什麼呢？因為WE公司早有計劃專門為了電影音響用擴大機而開發真空管，於1930年開發出300A的真空管，但是當時並沒有馬上使用，一直到1934年才把300A使用於他們的擴大機「WE -1068」有聲電影放音系統中，系統中的擴大機編號「WE-86」，雖然這台WE-86擴大機的輸出功率只有8W，但卻是採用推挽放大方式的設計，主要的原因是300A的輸出功率太小，必需要用推挽電路才能輸出8W的功率。但是到了後來，西電又推出一款「WE-91」的擴大機，就已經改用單管的設計，這台WE-91的擴大機雖然只用了一支300A做單端的輸出，但卻把屏極電壓提高，使得輸出能與「WE-86」雙管推挽式的8W相同。
為什麼西電公司會提高電壓來設計他們的WE-91，而以前的WE-86卻不用較高的電壓呢﹖
原因就是剛才提到的，因為西電公司原來是專門設計軍事用途的真空管製造公司，所生產的真空管必須要能耐長時間使用而性能不變，穩定性的要求特高。為了達到這個目的，除了製造時要求特別嚴格之外，使用的屏極電壓也比額定電壓值要低很多，這樣才能經久耐用，直到300A使用好幾年之後，他們發現這300A的真空管果然經久耐用，許多年之後的性能都能保持不變，1936年將300A的屏耗由30W加大到40W，這樣才在他們的「WE- 91」擴大機中，把300A的屏極電壓升高，使其輸出功率增大，發現仍然還是很耐用，可見當時的規格是非常保守的。
到了1937年變更40W屏耗的300A改名為300B，300A最早期設計的原型管，屏極電壓值為300V，後經過長期的使用之後發現穩定性沒有問題，第二次變更為400V，而第三次再加高到450V。
除了電影用途之外，300B也曾被NASA大量做為軍用機的電源穩壓之用。
要知WE公司所開發的300B是WE專為有聲電影放音系統而設計的，在當時，WE是美國最大的電影器材製造商，他們的擴大機只租給電影院，因此市面上也是買不到300B的擴大機，更不要說是300B真空管了，也因此可想現在的人多麼的幸福，最早是日本人尋找報廢的300B來裝擴大機，當然這些報廢的300B中不乏一些庫存新品，因此300B是可遇不可求的，也因此除了日本的少部份音響玩家之外，世界上很少有人用300B來裝擴大機，更不要說是音響廠家用300B來生產他們的擴大機了。
直到1989年大陸開始生產300B，這是英國PM公司的Peter跑到大陸向大陸訂做的，後來大陸也自己生產300B的真空管販賣，自此之後，世界各真空管廠家紛紛採用300B來設計擴大機，到現在為止，生產300B的廠牌至少超過十家以上。
超級電壓放大管5842/WE417A
幾十年的音響生涯，我自己裝過不計其數的擴大機，而聽過與看過的擴大機，不論是進口的或是原裝的(國產品才能稱為「原裝」不是嗎﹖)更是不計其數，可能比世上任何一位擴大機設計者都還要多，當然經驗比他們都豐富多了。
從經驗中，我覺得一台擴大機不管電路設計有多好，或是使用的真空管特性有多好，但最重要的卻是真空管的廠牌，雖然在理論上，同樣編號的真空管特性都一樣，但是實際上的聲音卻是不一樣，而且差別是極大的。所以我除了要挑選真空管之外，還要挑選真空管的廠牌，這是我設計擴大機與其他設計者最大不同之處。
當然，要設計一台無負回授的擴大機，還是先要挑選頻率響應夠寬的真空管，因為無負回授擴大機的頻率響應不是靠負回授來獲得的，而是要挑選本身頻率響應就夠寬的真空管。
因此我設計擴大機的驅動級與輸入級，第一要件就是要挑選屏內阻低的真空管，因為屏內阻愈低，頻率響應就愈寬。
要挑那一型真空管呢﹖
且讓我們先來分析一下音響界最常用的電壓放大管，以及它們的屏內阻：
真空管最常用的電壓放大三極管是ECC83/12AX7，這支管子的屏內阻高達62,500Ω(裸特性的頻率響應非常窄)，如果不用大量負回授的話，簡直無法用於無負回授式的擴大機上。
與ECC83/12AX7類似的中型電壓放大管是6SL7，屏內阻44,000Ω，裸特性的頻寬也不高。
ECC81/12AT7的屏內阻比較低，約10,000Ω左右，裸特性的頻寬尚可。
ECC82/12AU7也常拿來當做驅動管用，屏內阻較低，為6,700Ω，裸特性的頻寬還不錯。
與ECC82/12AU7類似的真空管有6FQ7、6CG7、12BH7等，前兩者屏內阻為7,700Ω，後者的屏內阻較低一點，約5,300Ω。另一支與ECC82/12AU7相當的中型電壓放大管是6SN7，屏內阻是7,700Ω，裸特性的頻寬都還不錯。
還有更低的嗎﹖有，最近期較為流行的ECC88/6DJ8，屏內阻就低多了，約2,640Ω左右(這也是為什麼近期真空管擴大機將ECC83/12AX7都改用ECC88/6DJ8的原因)。
還有一支真空管就是日本最近在業餘界常用的6463，屏內阻3,850Ω。
另外一支真空管不可不提，就是5687這支雙三極管，最近也有一些廠牌的擴大機使用，屏內阻只有2,000Ω左右。
還有更低的嗎﹖有，我就翻遍RCA與GE的真空管手冊，把所有可用的電壓放大管的規格都看了一遍，並列表記錄下來，結果找到一支的真空管內阻更低，只有1,800Ω，就是5842。
另外二支真空管的屏內阻也非常低，一支是E188CC/7119/7004的 1,750Ω與E288CC/8223的1,400Ω。
把所有真空管都查遍後，就要來決定我要用那一型真空管了，屏內阻最低的是E288CC/8223，與E188CC/7119/7004。
看了上面各真空管的特性之後，我選中了5842的真空管，原因有二：一是5842是單三極管，而其他的都是雙三極管，要知兩支三極管裝在同一個玻璃管內的雙三極管，一定會有相互干擾作用的，今天既然找到單三極管，就當然用單三極管了。二是5842還有WE的管子，就是WE417A，WE真空管的聲音當然好聽。
那用5842/WE417A來做驅動管好呢﹖還是做輸入電壓放大管好﹖
看了看5842/WE417A的特性，我決定驅動級與輸入級都用5842/WE417A，而且我還決定只用一級放大，也就是驅動級與輸入級都在一級內。
5842的特性規格
5842/417A 是美國 WESTERN ELECTRIC 西方電氣公司在60年代為美國軍方雷達所開發的真空管，具有低內阻、高電流、高互導的特性。由於內阻極低，所以其有效增益高。
5842的特性規格與WE417A很類似，其中資料最齊全的是Raytheon的5842WA，因此我們即以Raytheon的5842WA說明之。
5842是一支較小型的"MT"管，所謂的MT管就是"Miniature Tube"的意思，像ECC81、ECC82、ECC83、12BH7、6FQ7.....等都屬之，但5842的管子更小，不是体形的小，而是這支5842/WE417A的管子特別短，短就代表了裡面的材料小，振動當然也就小，站在「音響衛生學」的立場而言，是很「衛生」的，5842/WE417A玻璃管的高度只有3.8公分左右，真是小巧可愛。
其接腳圖如圖一，由圖種我們可以見到5842是一支9腳的管子，燈絲是3, 9腳，陰極6腳，柵極4,5,7,8都相連，屏極是1腳。
這支真空管的柵極非常接近陰極，因此Gm值高達25,000 mhos，是三極管中最高者，而μ值更高達45，屏內阻也只有1.8KΩ。屏內阻低，Gm值高，就表示這支真空管的輸出阻抗極低，因此頻率響應特別寬。
由表一中我們知道5842的燈絲電壓是6.35V，電流是0.3A，最高屏極電壓不得超過200V，最大屏極損耗高達4.5W。
再看5842的極間電容，屏極到陰極與燈絲的電容是0.55pf，陰極到柵極與燈絲是9.0pf，屏極到柵極與燈絲是1.75pf。
我們可以不管這支管子的極間電容問題，因為它是擺在第一級放大，前面的訊號源不是前級擴大機就是CD唱盤，要不就是電子分音器，這些訊源的輸出阻抗都非常低，根本就起不了作用，更何況Cascode電路的極間電容只有一般放大的一半左右，就更不要管它什麼極間電容了。
表中的典型的操作實例為屏壓150V，陰極電阻60Ω，屏流23mA，此時的屏阻是1,800Ω，Gm值25,000 mhos ，μ值是45。
我們可以計算一下此時的屏耗：
P=EI
150×0.023
=3.45W
圖二是5842特性曲線圖，我們可以見到柵壓由0V開始，一直到+6V的曲線間隔都很平均，因此我們取由-0.5V∼-3V的偏壓都可以，如果要偷懶，例如我們直接用表中典型的原廠操作實例，即屏壓150V，陰極電阻60Ω，屏流23mA來工作，此時的偏壓為：
Ec=R ×I
=60×0.023
=1.38V
也就是偏壓為-1.38V。
5U4系列整流管的比較
整流管我也準備了不少，雖然不同的整流管整流出來的電壓都不相同，但也不會相差太大，像是5AR4、CV378之類的傍熱式整流管，整出的電壓會比較高些，像5U4、5R4、5Z3等直熱式的整流管，電壓會比較低些，不同廠牌與不同新舊的管子也會有差別，各種整流管整出來的電壓約在420V∼450V之間。
但據我所知，比較特殊的整流管如83等汞蒸氣管，整出來的電壓會特別高；另一類整流管如81、281、381之類的古典整流管，整出來的電壓會特別低，而且這兩類整流管的燈絲、管座也都不相同，更換比較麻煩，因此我們這次不比較這兩類的整流管，而只比較可以直接插換的整流管，雖然如此，也花了不少的時間，因為每換一支整流管就要花些時間等到電壓升到穩定，這些整流管的聲音差別如下：
美國RCA 5U4G：
聲音雄壯、開闊、透明、有勁，頻率響應夠寬。
英國Mullard 5AR4/CV1377：
聲音清楚，細節較多，頻率響應夠寬，但是聲音較薄，韻味較少。
英國Mullard CV378：
聲音清楚、有韻，頻率響應夠寬，但是沒有RCA 5U4G的聲音雄厚。
英國GEC CV378：
比Mullard CV378聲音清楚、頻率響應更寬、更有韻、而且聲音也較厚。
英國EMI Trade 5U4G/U52：
比Mullard的5AR4有韻，但解析度沒有Mullard高，低音較鬆。
英國Brimar U52：
比Mullard CV378還要有韻，清晰度也不錯，高、低兩端的延伸略輸給GEC的CV378。
美國Ken Rad 5U4G：
頻率響應寬，清楚、透明，音色較淡。
美國Tunsol 274：
頻率響應寬、透明，開闊、有勁，比上述整流管的音響性與音樂性都好。
美國WE 274B：
是本次試過比較整流管中最好的一支，而且比Tunsol 274的聲音還好上一大節，聲音最開擴，音場規模最大，最透明，最有勁，並且還有韻，聲音又厚，頻率響應也最寬，可說是全面性都好，只可惜我只有兩支，而且再也找不到第三支了。
聲音真是好得沒有話說，我們倆興奮了好一陣子，聽了許多唱片，發現細節多很多，頻率響應也寬很多，最，最重要的是把低頻的共振問題解決了。
300B的內阻只有700~900Ω，如果用來當整流管用的話，電壓降應當較低，順便也可以聽聽300B當整流的聲音會怎麼樣，300B是三極管，當整流管原用也很簡單，只要把屏極與柵極連接起來成為二極管就行了，但是300B是單屏的三極管，因此必需用兩支來做全波整流，這到不難，反正我現成的300B多的很。
翻了翻真空管的300B紙盒，同一廠牌的都只有兩支，只有大陸石墨屏300C有四支之多，就用這四支300C來當整流管來用吧。
但是問題又來了，300B的管座是四支腳的，要換300B的話就要換管座，而且整台機器的零件位置都要大搬動，但這到是難不倒我們，我倆一起動手，一人一台，沒多久就改裝好了，馬上插上四支石墨屏的300C試試看整流出來的電壓值。果然用300C整流出來的電壓再經過抗流圈濾波之後的電壓升高到440V左右，電壓剛剛好，再聽聲音，嘿！實在是太好了，聲音更厚，密度更高，更有肉，更溫暖，而且又更透明，更清楚，玩音響最難求的就是清晰與溫暖很難兼得，可是用300C當整流管，魚與熊掌都能兼得，我倆都很樂。
再插上其他的300B管只試一台，看看電壓一不一樣，結果是換了好幾種300B，，整流出來的電壓都差不多。
用300C當整流管用，聲音直逼WE274的整流管，已經有WE274B的味道了，要知大陸的石墨屏300C一支才不過三千多元而已，比我的WE274B要便宜太多了，而且WE274B不止是價格奇昂，而且還一管難求呢，更何況整流出來的電壓比WE274B高，符合平衡式抗流圈濾波電路的要求，將來有機會，還可以換換WE300B當整流管的聲音又如何。
