CN104272121B - 热电子管测试仪 - Google Patents
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Abstract
热电子管测试仪（10）具有外壳（11）和三个电子管插座（12），每个电子管插座（12）适应为接收不同型号的热电子管的电极针并具有与该电极针连接的终端。热电子管测试仪（10）还具有包括一系列LED灯的显示器（13）、三个用户操作开关（16）、及向所述热电子管测试仪的所有部件供给电源且适合于与低压直流电源线相连的单电源插座或终端（14）。在内部热电子管测试仪（10）具有多个电压调节器，其中每个电压调节器与电子管插座（12）的至少一个电子管电极终端可切换地连接；及存储用于不同型号的热电子管的测试和性能标准的存储器。控制器控制所述电压调节器和电子管插座（12）的终端的连接以及施加至终端的电压，并且还监测测试中的热电子管的电流。热电子管测试仪是小型的可携带单元，简单且易于使用，使有资质的专业人员和音频技术员以外的人员能够定期监测电子管性能。
Description
技术领域
本发明涉及用于测试热电子管（thermionic valve）的设备。本发明特别但不唯一涉及用于测试在包括乐器的模拟放大器的音频放大系统中使用的热电子管的设备，其中所述乐器例如是但不限于包括电贝司的电吉他。
背景技术
尽管用于音频信号放大的固态技术有所发展，但是对热电子装置的配置而言，专业市场继续存在，在该热电子装置中通过控制真空管（evacuated valves）中的电子流量来实现放大。功率管被优化以相对较小的控制栅极信号在阳极产生大的电流摆动，并且该大的输出电流用于通过耦合变压器驱动扬声器。这样的热电子管装置通常被称为电子管或真空管，而在此将被称为热电子管。为了在高质量音频放大器中获得最佳性能，可以使用具有三个、四个、五个或更多个有源电极的热电子管。
在吉他放大器中，电子管被过度驱动，远超过它们的推荐操作条件已成为标准惯例。这会导致的音频信号的失真，该失真被视为增强整体音效，而放大系统实际上变为乐器的一部分。虽然在暂时超出热电子管的规定操作条件时热电子管是非常耐受的，但是热电子管可能并确实会“损耗（wear out）”，在吉他放大器中将热电子管驱动为达到甚至超出它们的正常操作条件会导致该热电子管迅速劣化而降低其使用寿命。
通常在被称为A-B类（class A-B）的状态下操作电子管放大器。热电子管的A类模式操作包括将偏压信号施加至热电子管的控制栅极（位于阴极和阳极之间的电极）以使该热电子管对输入的音频信号的正半周和负半周两者响应。在B类模式中，使用电子管对，其中一个电子管处理输入的音频信号的正半周，第二协作电子管处理输入的音频信号的负半周。A/B类模式是A类的线性和B类的节能特性的平衡。
在B类模式和A/B类模式中，电子管对以完全相同的量放大撕裂信号的各半是很重要的，因为这对放大后的最终重建信号的质量有很大影响。而且，电子管对中的每个电子管中的电流应该精确相同，因为任何失衡都会导致净直流电流在输出变压器初级绕组中流动，这将由于变压器铁芯饱和而引起输出至扬声器的信号的失真和音频输出功率的降低。虽然一对电子管可以在制造后立即配对，但是它们可能会在使用中以不同的速率劣化而导致它们各自的性能之间的差别。
任何热电子管电路的一个重要特征是它的偏置。施加至电子管的控制栅极的负电压会限制或阻止电流在阳极和阴极之间流动。该施加至电子管的控制栅极的负电压被称为偏压信号，并用于控制在无音频信号状态（另外也被称为静态）下的电流的量。在A/B类模式中，在静态下，允许相对少量的直流电流在每个电子管中流动以将放大信号的失真降至低水平。允许流动的静态电流的量对于维持最佳操作条件是很重要的：太多的电流会导致谐波失真、增加阳极中的散热、减少音频输出功率、以及减少电子管的使用寿命。太少的电流也会导致谐波失真，并且在极端条件下可能会导致称为阴极中毒的状态，该状态也会减少电子管的有效使用寿命。
有两种常用的偏置方法：阴极偏置或自动偏置、以及固定偏置。固定偏置倾向作为在高功率放大器和吉他放大器中的优选方法。通过固定偏置，外部负压电源与放大器的电子管的每个控制栅极相连，并且使用微调电阻器手动调节该负压电源。一般地，外部负电源对放大器中的多个电子管是共用的，以便对每个电子管施加相同的手动调节。通常地，在最初制造放大器时就最初决定了偏置的最佳水平。
英国专利GB 2462368记载了一种定期调节施加至热电子管的控制栅极的偏压信号的水平以维持该热电子管在使用寿命内的最佳性能的方法和设备。该方法包括在静态时测量阴极和阳极之间的输出电流；将测得的电流与优选电流值比较；以及调节栅极偏压以调节测得的输出电流直至其与优选的电流值相匹配。然而，在该文件中记载的方法和设备不提供测试热电子管而仅提供调节施加至该热电子管的控制栅极的偏压信号以维持最佳性能。
英国专利GB 481601记载了适合于热电子管的常规测试和执行这些测试的测试仪。该测试仪具有一排接口和一系列卡片，其中每张卡片具有不同的打孔配置。这些孔与该测试仪中的各个接口相匹配，这样每张卡片提供用于特定测试的不同系列的接口的入口，并且阻挡进入所述特定测试中不需要的任何接口。
在英国专利GB 480752、GB 620757以及美国专利US 2092896、US 2926302、US3202911中记载了用于测试电子管的方法和设备。在每种情况中该设备均需要标准的交流电源，并使用一系列的以多个变压器的次级绕组的形式、具有不同分接点的调节管以传送电子管测试所需的一系列的不同直流电压。在使用过程中存在与功率管故障相关的巨大风险，例如在音乐会的舞台上，当热电子管在放大器中使用时，热电子管的劣化或损伤可能不一定是可听到的明显程度。然而，对热电子管进行劣化和损伤的测试倾向于仅限于有资质的专业人员和音频技术员。因此，有必要提供一种定期测试热电子管性能的简便方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种热电子管测试仪，其包括：具有多个适合于与热电子管的电极相连的电子管电极终端的至少一个电子管插座；适合于与外部电源相连的单电源插座（single power supply）；与所述电子管插座的至少一个电子管电极终端可切换地连接的第一电压调节器，其中所述电压调节器适应为供给至少两种不同的预定的电子管电极电压；用于控制所述第一电压调节器和所述电子管电极终端中的至少一个的连接以及监测安装于所述电子管插座上的热电子管中的电流的控制器；以及与所述控制器通信从而显示热电子管的测试结果的显示器；其中电源终端适合于与外部的低压直流电源相连接。
理想地，所述热电子管测试仪还包括与所述电子管插座的至少一个电子管电极终端可切换地连接的第二电压调节器，其中所述单电源插座为所述第一电压调节器和第二电压调节器两者提供电源。
在一个优选的实施形态中，所述第一电压调节器是包括晶体管的可切换电压调节器，所述控制器适应为控制所述晶体管的脉冲宽度以改变由所述第一电压调节器供给至所述电子管电极终端中的至少一个的电压。此外，所述第一电压调节器可以适应为将脉冲的高压电压（HT电压）供给至电子管阳极终端，且所述控制器可以适应为监测响应于该脉冲的高压电压的在热电子管中的电流，该电流表示电子管阴极的热电子发射。这使得电源以高度可控的方式有效地供应至电子管电极中，而没有与低效、大尺寸、大重量的线性调节器相同的缺点，从而该热电子管测试仪可以易于携带。
优选地，所述第二电压调节器与所述电子管插座中的电子管加热器终端可切换地连接，所述第二电压调节器具有晶体管，且所述控制器适应为控制所述晶体管的脉冲宽度并监测从所述第二电压调节器至所述电子管加热器终端的电流，其中当所述控制器检测到表示电子管加热器短路的流至所述电子管加热器终端的高电流时，所述控制器还适应为切断从所述第二可切换的电压调节器至所述电子管加热器终端的电流供给。这使得电源有效地且以高度可控的方式供应至电子管加热器中，而没有与低效、大尺寸、大重量的线性调节器相同的缺点。
在一个特别优选的实施形态中，所述控制器还包括计时器，且所述控制器适应为在检测到表示短路的高电流后将对所述电子管加热器终端的电流供给的切断延迟预定的时间段。以这样的方式，当加热器被最初启用时高的励磁涌流（inrush currents）能够被电子管测试器所适应，从而避免在加热器中短路的假阳性测试结果。
所述热电子管测试仪还包括存储器，其中存储有：多个不同的电子管测试，其中每个存储的电子管测试包括对电子管电极的电压设定；以及所述控制器可以适应为从所述存储器中读取所述电子管测试中的至少一个，并使所述第一电压调节器根据所述电子管测试中的电压设定为电极终端供给电压。而且，所述存储器可以在其中存储有热电子管的响应于一个或多个电子管测试的一个或多个预期的性能特性，所述控制器可以还适应为：监测正在被测试的热电子管的性能；将监测到的性能与存储的预期性能特性相比较；以及输出比较结果。根据该实施形态，提供一种安全、即使对于缺乏传统的电子管测试仪所需的技术知识的人也易于使用的电子管测试仪。
所述控制器可以还适应为计算状态值并使所述状态值由显示器显示，所述状态值基于监测到的电子管的响应于一个或多个电子管测试的性能和所存储的预期性能特性之间的差异。理想地，当两个相同型号的电子管中的每个电子管具有相同的状态值时，该状态值表示该两个相同型号的电子管是相配对的。从而所述热电子管测试仪使得相同型号的电子管能够相配对，而不需要该热电子管测试仪的使用者具有任何专业技术知识。
所述控制器理想地以处理器的形式适应为执行存储于程序存储器中的程序指令。不同的电子管测试可以因此存储为对于各个电子管型号的一个或多个优化算法，并减少能量损耗。
在本发明的另一方面，提供一种使用所述热电子管测试仪测试热电子管的方法，该方法包括以下步骤：将热电子管测试仪的单电源终端与低压直流电源相连；将热电子管的针与热电子管测试仪的电子管插座中的电极终端相连；将不同于低压直流电源的第一电压从第一电压调节器供给至电极终端中的至少一个，并且其后将不同于所述第一电压和低压直流电源两者的第二电压从所述第一电压调节器供给至电极终端中的至少一个；监测热电子管中的电流；以及显示测试结果。
优选地，将电源从电源终端供给至所述第一电压调节器和第二电压调节器，并且该方法还包括将不同于低压直流电源和所述第一电压、第二电压的第三电压从所述第二电压调节器供给至电极终端中的至少一个。
在一个特别优选的实施形态中，将第一电压供给至电极终端中的至少一个和其后将第二电压供给至电极终端中的至少一个的步骤包括通过控制可切换电压调节器的晶体管的脉冲宽度来调节该可切换电压调节器。
该特别优选的方法可以还包括将脉冲的高压电压供给至电子管阳极终端并监测热电子管的响应于该脉冲的高压电压的电流，其中该电流表示电子管阴极的热电子发射。
优选地，该方法还包括：使用第二切换电压调节器将电压供给至电子管插座中的电子管加热器终端；监测从所述第二切换电压调节器至所述电子管加热器终端的电流；以及当检测到表示该电子管加热器短路的流至所述电子管加热器终端的高电流时，通过调节所述第二切换电压调节器的晶体管的脉冲宽度切断从所述第二切换电压调节器至所述电子管加热器终端的电流供给。理想地，在检测到表示短路的高电流后，对所述电子管加热终端的电流供给的切断延迟预定的时间段。
该方法还优选地包括从数据存储中读取一个或多个电子管测试，其中每个存储的电子管测试包括对电子管电极的电压设定；以及根据该电子管测试的电压设定向电极终端供给电压。而且，可以监测正在被测试的热电子管的性能，并将监测到的性能与存储于数据存储中的预期性能特性相比较从而输出比较结果。对于一批电子管测试，比较的结果可以是故障、损耗、或良好中的一个。
此外，该方法可以还包括决定一个状态值并使该状态值在热电子管测试仪的显示器上显示出来，该状态值是基于监测到的电子管的响应于一个或多个电子管测试的性能和所存储的预期性能特性之间的差异，并且理想地，当两个相同型号的电子管中的每个电子管具有相同的状态值时，该状态值表示它们是相配对的。
在本文件中，提到“低压”应理解为是指优选为10～48V范围内的电源电压。理想地，电源连接器适合于连接在适应于通用交流输入电压的传统的低压电源线上，其中低压电源线代表性地为但不限于那些目前用于笔记本电脑和上网本的电源的低压电源线，例如19v直流电源线。或者该低压电源可以是以便携式电池电源的形式。例如，所述热电子管测试仪可以仅使用6 x 3.7V的可充电电池测试电子管约一小时。
因此，提供一种用于测试热电子管的、简单且易于使用，并使除了有资质的专业人员和音频技术员以外的人也能定期地监测电子管的性能的方法和设备。所述热电子管测试仪避免了大体积电源变压器的使用，因此如上所述，是一种仅需要低压电源的小型的、可携带或手持的单元。由于低压电源线通常具有通用电压输入，因而所述热电子管测试仪可以易于通用。而且，当使用电池组驱动所述热电子管测试仪时，可以在没有可用的电力网供电的情况下例如在户外音乐会场所中使用。
附图说明
以下参照附图仅示例性说明本发明的实施形态。其中，
图1示出根据本发明的用于测试热电子管的装置；
图2是图1的装置的电路的一部分的图解；
图3是图1的装置的控制器的数据端口的图解；以及
图4是图2的电压调节器的图解。
具体实施方式
用于测试热电子管的装置10示于图1。测试装置10包括外壳11和多个电子管插座（图1示出三个），外壳11优选为由例如但不限于铝的轻质材料制成，其中每个电子管插座适应为接收热电子管的电极针（electrode pin）并具有与热电子管电极针连接的终端。电子管插座12中的每个具有不同的针孔配置以容纳不同型号的热电子管。例如第一电子管插座12a是八针式插座，并适应为与功率管相连，而第二电子管插座12b是九针式插座并适应为与中功率EL84电子管相连，并且第三电子管插座12c是九针式插座但适合于与前置放大器电子管（pre-amp valve）相连。这样图1所示的三个电子管插座能够与目前在音乐放大设备中使用的热电子管中的大部分连接。而且，可以使用插座适配器（未图示）进一步拓展可以用装置10测试的电子管的范围。虽然在图1中示出三个电子管插座，但应理解，装置10可以根据需要具有更少（例如一个或两个）、或更多的电子管插座。而且，虽然图1的测试装置以三个不同的电子管插座示出，但是也可以想到测试装置10可以具有多个相同的电子管插座而使得能够同时测试多个相同型号的电子管。
测试装置10还包括显示器13；适合于与低压直流电源线15连接的单电源插座或终端14，其中电源插座14向热电子管测试仪的所有部件供给电源；以及为按钮开关的多个用户控制单元16（图3中示出三个）。当然，也可以选择使用摇杆开关和其它常规类型的用户控制单元。图1所示的用户控制单元16包括中央“选择/开始”按钮，在该中央按钮的两侧具有左手方向和右手方向按钮。对于测试装置10，也可以想到用户控制按钮和其它的用户控制功能的可替代性的配置。
在图1中可以看出外壳11形成两个直立的壁或腿部17、18，测试装置的面板（筋膜，fascia）桥接在两个外壳壁17、18之间。电子壳体19安装在面板的下方，并在放置测试装置10的任何物体的表面的上方且外壳壁17、18之间的空间内由外壳壁17、18支持。这允许电子壳体19四周的自由的空气流通。这种配置有助于防止壳体19中的电子过热，并为电子壳体19提供冲击保护。电子壳体19优选为由金属材料制成，例如由钢制成，以使EMC（ ElectroMagnetic Compatibility，电磁兼容性）效应最小化。测试装置10形成为易于用一只或两只手拿着的尺寸，因而可以手动便捷携带。
根据图1所示的测试装置10，显示器13包括多个LED灯。十五个独立的LED灯13a成单线配置，单独一组的三个LED灯13b示于图1。然而，应理解LED灯的精确数量以及它们的配置并不重要，可以在显示器13中采用更少或更多的LED灯以及不同的LED灯配置。当测试装置10的电子管插座12能够容纳多个不同的电子管时，可以在面板上印刷各个电子管的名字或编号（未图示）并与一排LED灯13a中的各自的LED灯相匹配。
如图所示，一串数字13c伴随着一排LED灯，不同的数字分配给各个LED灯13a。这些LED灯用于指示被测试的电子管的状态值（以下将进行更详细的说明）。该状态值可被用于将该电子管与另一个具有相同状态值的电子管配对。LED显示器13也能够指示双三极管的两半，例如是否匹配。单独一组的三个状态LED灯13b用于指示被测试的电子管是否：i)故障；ii)损耗；或者iii)视为处于良好状态。而且，用于指示电子管状态的LED灯13b可以具有不同的颜色，例如红色代表故障，橙色代表损耗状态，绿色代表良好状态。或者可以省略三个状态LED灯，并且一排LED灯13a可以额外用于指示电子管状态。例如，分配给较小数字（例如1或2）中的一个的LED灯可以用于指示故障的电子管；分配给较大数字（例如7～15）的一个或更多个LED灯可以用于指示处于良好状态的电子管；以及分配给在所述排中间的数字（例如3～6）的一个或更多个LED灯以用于指示损耗的电子管。虽然图1所示的测试装置10使用LED灯传达电子管测试的结果，但是可以想到替代的显示方法用于指示测试结果。这些替代的显示方法包括但不限于一个或多个模拟式仪表显示器或LCD（Liquid CrystalDisplay，液晶显示）屏幕等。
在测试装置10的电子壳体19中，两个电路板安装为一个位于另外一个的上方。最上端的电路板具有或与用户控制单元、LED灯和电子管插座连接，而最下端的电路板具有电路100的全部（以下将参照图2至图4进行详细说明）。
如图2所示，电路100具有与电源插座14相连用于对电源进行滤波的滤波器101。滤波器101的输出与三个电压调节器102、103、104相连，开关105、106设置于三个电压调节器中的两个102、104的输入侧以使这些电压调节器相互隔离。电压调节器102、103、104中的每个也包括限流器（未在图2中示出）。这些电压调节器不是线性电压调节器而是切换型调节器。
第一电压调节器102（将参照图4详细说明）与电子管插座12a的加热器终端107相连。电压调节器102将输入的直流电压供给转换为热电子管的加热器/热灯丝所需要的电压。典型地，电压调节器102根据电子管型号及其加热器电压需求将输入的直流电压转换至4～12.6V之间。
第二电压调节器103用于在测试过程中产生某些测试所需的负偏压（典型地为-85V）。第二电压调节器103的输出在不同情况下通过开关S1、S2、S3与电子管插座12a的阳极终端108、屏栅极终端109和阴极终端110相连。第二电压调节器103的输出也通过栅极偏压调节单元112与电子管插座12a的控制栅极终端111相连。
第三电压调节器104是可调节的直流高压发生器（HT发生器），其通过开关S1、S2分别与电子管插座12a的阳极终端108和屏栅极终端109相连。第三电压调节器104将输入的电源转换为典型地在+100V至 +400V范围内的输出电源，并参照图4详细说明。
典型地为1Ω的低值电阻器113连接在电子管插座12a的阴极终端110和接地之间，线114分接电阻器处的电压，该电压取决于流经安装在电子管插座12a中的电子管的电流。控制器115（参见图3）与线114相连并在电子管测试中监测线114处的电压。
图3所示的控制器115为用于处理响应于程序控制的数字信号的可编程的微处理器。在一个优选的实施形态中，控制器115作为PIC（Peripheral Interface Controller，外围接口控制器）处理器实现，具有多个输入端口、多个输出端口以及内部非易失性数据存储器115a。控制器115所使用的非易失性存储器的一个例子是电可擦可编程只读存储器（E2PROM）。其它形式的非易失性数据存储器可以在适当时候替代使用，它们可以包括外部非易失性数据和程序存储器。在图3中，控制器115具有三个输入端口116，其中每个用于测试装置10中的每个电子管插座12。控制器115的另外的输入端口包括用于接收关于哪个电子管插座正在被使用并有连接至所述插座的电子管的数据的端口；和用于从用户控制单元16接收数据的端口。控制器115的输出端口中的一个与显示器13通信以选择将点亮哪个LED灯。
控制器115的输入端口116中的一个与线114相连以使输入端口116处的电压输入（K1）表示电子管插座12a中的电子管的阴极电流。其它的输入端口116中的每个类似地连有与不同的电子管插座相关的电压线。每个输入端口116还包括各自的放大阻尼电路（未图示）以使输入模拟信号的模数转换在程序控制下执行。
控制器115的输出端口117、118、119分别向开关S1、S2和S3提供数字控制信号，输出端口120、121、122分别向三个电压调节器102、103、104提供数字控制信号。再一个输出端口123与栅极偏压调节单元112通信。来自电压调节器102、103、104中的每个的电压信号也输入至控制器115，并且与输入端口116相同地，分别使用放大阻尼电路（未图示）将输入模拟信号转换为数字信号。
与传统的电子管测试设备不同，测试装置10不使用用于设置不同电子管测试所需的不同电压的线性调节器。而是，如图4所示，将降压转换器和升压转换器分别用于电压调节器102和104。降压转换器102包括与低压电源15相连的电容器C1，并接着与电子管加热器107相连。由微处理器115控制的晶体管FET1用作限压器以控制供给至电子管加热器107的电源。控制器115在电阻R1处监测电子管加热器107中可能的短路情况。降压转换器102逐步将低压电源降低至4v～12.6v之间，该范围是通常的电子管加热器所需的标准电压。
就热电子管加热器的来说，已知当加热器107最初是冷的而对于监测R1处的高电流的控制器115 来说看起来像是加热器短路时，会出现励磁涌流（inrush current）。控制器115因此被程序化以调节晶体管FET1的脉冲宽度从而限制原始电流，并且如果所述调节导致检测到的高电流消失，则高的原始电流被假定为励磁涌流。因此，控制器115包括计时器（未图示），且尽管检测到短路，控制器115仍被程序化为允许电流在预定的时间段内继续供给至加热器107。如果检测到的短路在预定的时间段内消失，则忽略该暂时的短路。这可以避免加热器中的短路的假阳性测试结果的风险。然而，如果在预定时间段的结束时短路仍然存在，则认为电子管的加热器测试不合格，处理器115被程序化以调节晶体管FET1的脉冲宽度从而撤回供给至加热器107的电流。
如上所述，电压调节器104是升压转换器，包括与低压电源15相连且与晶体管FET2并联的电容器C2；以及电阻式分压器R2、R3。晶体管FET2的脉冲宽度由微处理器115控制以使晶体管FET2充当二极管泵从而增强存储于电容器C2中的能量。控制器115使用电阻式分压器R2、R3监测电容器C2的输出以便通过晶体管FET2的脉冲宽度的调节来适应电阻式分压器两端的电压的任何下降。该升压转换器104适应为逐步升高19V的低压电源至所选择的到达并包括400V的高压电源。
可选择地，电压调节器103也是与升压转换器104类似的升压转换器，但具有连接在相反方向的二极管。电压调节器103优选为提供-85V的固定负偏压，但也可以在微处理器115的控制下选择性地提供可变的负偏压。
在此提到控制测试装置电路的所有元件的微处理器115。但是也可以想到可选择地电压调节器可以由与主控制器115通信的独立的专用处理器控制。
测试装置10适应为对热电子管执行一系列的测试以评价该电子管是否在正常参数内操作。测试装置10将电子管性能标准和所有所需的测试设置存储于微处理器115的存储器115a中。这保证测试装置10完全自动化而使缺乏传统电子管测试设备所需的技术知识的人员能够使用。测试装置10被程序化以执行大范围的测试从而测试热电子管的状态并测试电子管性能。测试被设计为模仿放大器中实际的操作条件，例如但包括比传统的电子管测试设备低很多的功率消耗。这使得测试装置10能够使用低的（例如10-48v之间）的直流电压电源或者电池电源，例如，每个提供3.7v的六个可充电电池足够执行电子管测试约一小时。在使用时，测试装置在大概两分钟内可以执行一整套约二十个测试。然而，控制器115被程序化从而测试一旦完成就使用其计时器将测试结果显示延迟预定的短时间段，例如三十秒或一分钟。使用该延迟以允许测试中的电子管温和冷却的时间。当测试装置10的用户由正显示的测试结果促使将电子管从电子管插座12a取下时，这保证可以安全地手持该电子管。
在使用过程中，将电子管插入至其相应的电子管插座12a。如果所述插座适应为接收多于一种型号的电子管，则显示器13上的LED灯中的一个点亮，然后用户使用左手和右手方向按钮16改变点亮哪个LED灯（通过左移或右移该灯）直至与指定的电子管的电子管名称相匹配的LED灯被点亮。然后用户按压中央按钮16启动测试。
由测试装置10执行的测试包括与英国专利GB481601中记载的测试相似的测试，其内容在此通过引用并入本文。测试装置10执行的初始状态测试包括但不限于下述中的一个或多个：
高压击穿。其测试由机械短路引起的电子管中的电极之间的电弧作用（“飞弧”）。当电气泄漏作为穿过绝缘保持器的低阻抗路径的结果时，或当在高压时被电离的空气或其它气体分子存在于真空管时，可以产生电弧作用。电弧作用是会引起放大器的主要损伤的严重故障模式；
灯丝连续。其测试热灯丝的电路中的断路，该断路会导致电子管阴极很少或没有热电子发射；
灯丝过流。其检查加热灯丝的几部分是否相接触，该接触会有效地缩短电阻路径并导致较少的热量输出；
加热器至阴极绝缘击穿。其测试加热灯丝和阴极电极之间的短路或低阻抗路径；
阴极至控制栅极（g1）击穿。其测试阴极电极和控制栅极电极之间的短路或低阻抗路径；
相邻电极击穿。其测试电子管中的任意两个电极之间的短路、低阻抗路径、或泄漏；
气体电离测试。
由于电弧测试是与电子管加热器冷却一起执行的，因此电弧测试是装置10所执行的第一测试中的一个。控制器115使由电压调节器104向电子管电极供给的电压倾斜升至约375V，同时偏压电子管控制栅极至最大负电压，例如-85V。然后控制器115在这些电压下短期保持这些电极，例如保持二十秒。飞弧的电子管将迅速吸引所有的可用电流，这样控制器115监测电子管中的电流。由于电压调节器104是在控制器115的控制下借助晶体管FET2的升压转换器，因此如果检测到电流，则控制器115能够通过调节晶体管FET2的脉冲宽度切断供给至高电压电容器C2的电源。因此升压转换器104通过控制器115进行稳流，并且使用晶体管FET2，控制器115能够以约一秒的响应时间切断供给至电子管的电源从而使电子管的爆炸故障的风险最小化。
如果用初始测试中的任意一个检测到任何故障状态，则控制器115标记该故障，终止测试并通过激活与“故障”相关的LED灯13b指导显示器13显示故障警告。关于故障的数据也可以通过数据端口/发射机（未图示）从测试装置10下载。
如果没有检测到故障状态，则测试装置10然后继续在模拟工作条件下执行一个或多个额外的电子管状态测试。一旦完成用于特定电子管型号的一个或多个状态测试，就结合电子管状态测试结果以产生表示电子管的状态的状态值。由于不同的可测量的电子管特性或多或少与不同型号的电子管的状态相关，因此对于不同型号的电子管执行不同组的测试。这样，结合的电子管状态值是相对于电子管的进行其所被期望的工作的能力的电子管的状态的精确测量。根据图1所示的测试装置10，电子管状态值是在1～15（对应于显示器13中的电子管状态LED灯13a的数字）范围内的值。一旦决定了电子管状态值，控制器115通过点亮对应于该状态值的LED13a（受制于前文所提到的预定延迟）使显示器13显示电子管状态测试结果。应该理解，电子管状态值的范围不限于1～15，且视情况使用不同范围的值代替。
对于某些型号的电子管，电子管的互导或跨导（gm）值是关键特性。使用在英国专利GB2462368中更详细说明的栅极偏压调节单元112测量gm值，英国专利GB2462368的内容通过引用并入本文。为了测量电子管的互导，一旦将电子管灯丝加热至正常工作温度，就使用数模（digital to analogue，D to A ）转换器，由栅极偏压调节单元112向电子管控制栅极g1供给的电压自动地以小幅度上调或下调直至获得预定程序的阴极电流。一旦达到预定程序的阴极电流，控制器115为预定程序的阴极电流存储电压数模值。然后该过程以第二个不同的预定程序的阴极电流重复（根据测试中的电子管的型号，在两个预定程序的阴极电流值之间典型地为1～10mA的差异）。一旦达到第二预定程序的阴极电流，就记录新的电压数模值。然后使用上述两个电压数模值以及上述两个预定程序的阴极电流的差异计算作为电子管的擅长放大音频信号的程度的测量的互导值。然后将计算出的gm值与制造商公布的该电子管的gm值比较。然后使用测量出的gm值和制造商公布的gm值的差异大小测定如上所述的电子管状态值。
为避免疑义，对于不同型号的电子管可以省去gm值测试，并且可以执行更能表示该型号的电子管的操作需求的不同的测试，但是在所有情况下，结合一个或多个测试的结果以测定电子管状态值，然后通过点亮相应的LED灯13a显示该值。这些测试包括但不限于电压增益、功率增益和屏栅极。如前所述，该数据也可以下载或相反输出至外部装置。可以使用该信息通过将一个电子管与具有相同电子管状态值的电子管相配对以“配对”电子管。
一些较小的电子管在一个玻璃封装中具有两个相同的电子管。在该情况下，电子管的两个各“一半”分别测试，并在显示器13上显示各半的状态值。如果电子管的两半仍相配对，则由于电子管的两半都具有相同的电子管状态值而仅点亮一个LED灯。然而，如果电子管的两半不再相配对，则点亮两个独立的LED灯，其中每个表示电子管的一半的状态值，两个LED灯的间隔（即状态值的差异）表示不配对的程度。
另外的正常状态测试包括：在依次对每个电极施加高的负电压以确保电子管关闭时对电极连续性的测试；以及使用高压电源以确保电子管可以以模拟的最大信号驱动供给最大额定电流的发射测试。使用现有的电子管测试仪时，通过尽可能地打开电子管并测量电子管中的电流来执行发射测试。然而，该测试具有在测试下损坏或摧毁电子管的风险。相反地，使用此处所述的测试装置10时，在执行发射测试时使用脉冲的高压电源。使用升压转换器104将375V的电压传递至电子管阳极，其中栅极偏压设为20mA至60mA。然而，微处理器115控制晶体管FET2以使供给至阳极的高压电压优选为在5至100ms的范围内，例如每20ms脉冲。这使测试装置10能够避免在测试中使电子管过热的风险。如常监测电子管中的电流，但理想地是在确定电子管状态值时仅使用合成脉冲电流数据的上升沿（leading edge）。
可选择地，测试装置10的电子管插座12中的每一个都包括压电换能器底座或支架，在该底座或支架上可以施加高频机械振动。这个模拟对放置为靠近放大器的扬声器的电子管的影响，并使该电子管能够用于颤噪特性测试。对压电换能器施加直流脉冲或交流刺激使电子管中的电极与刺激信号同步振动。可以将被检测到电子管产生颤噪音的任何倾向作为电子管阳极处的高频电信号，该高频电信号可以进一步放大，并且并入电子管状态值或输出为独立的测试结果。
不同的电子管测试优选地存储为多个用于各个电子管型号的优化算法，并优化为使功率消耗最小化。如前所述，制造商的对于每种型号的电子管的参数存储于测试装置10的微处理器115的存储器中。数据端口（未图示）使额外的电子管数据或对制造商的参数的改变能够加入至微处理器存储器115a中。该数据端口也可以作为分析工具用于输出更详细的电子管性能数据，例如电子管性能曲线描迹。
在执行任何正常的电子管状态测试之前，触发预定的时间延迟以使电子管阴极的加热能够达到其正常操作温度。将加热器电压和阴极电流与存储的制造商的数据对比，如果相匹配或在允许的数据偏差内，则执行测试。
可用的电子管有望通过所有的状态测试，并且分配给该型号的电子管的所有的电子管状态测试也在存储于测试装置10中的正常性能参数的范围内。正常参数的范围允许产品公差，例如相对于公布的制造商的标准，gm的特性范围是+/- 40%，阳极电流的特性范围是+/- 20%，加热器电流的特性范围是+/- 10%。
测试装置从低压直流电源获得在测试中使用的所有电压。该低压直流电源可以以将用于与交流电网电源相连的通用适配器合并的低压电源线的形式，例如19V笔记本电脑电源或其对等物。可选择地，如前所述，测试装置可以由本地电池电源驱动。本示例性实施形态利用单电源插座用于连接向测试装置的所有部件供给电源的外部电源，然而也可以想到可以额外包括本地（即内置）电池电源以向测试装置的一个或多个低功率部件供给电源。这提供额外的优点，即可以在世界上的任何地方使用该测试装置而不需要手动调节以适应本地电网供电的变化。该测试装置是小型的而使其易于携带，并且由于所有的技术数据嵌入在该测试装置中，因此适合缺乏操作传统的电子管测试设备的技术知识和技能的人员使用。该测试装置适合于测试在包括用于吉他放大器、收音机和其它音频放大设备特别是高保真音频设备的电子管的音频放大系统中使用的热电子管；以及一般的信号电子管和低等至中等功率电子管的。
虽然仅在以上详细说明了本发明的一个示例性实施形态以及该实施形态可作的改变示例，但是本领域技术人员容易想到在不脱离本发明的新颖教导和优点的前提下，本示例性实施例的许多其它变更是可能的。因此，所有的这些变更都应包含在随附的如权利要求所限定的本发明的范围内。
Claims (29)
1.一种热电子管测试仪，用于测试具有多个电极针的热电子管，包括：
具有接收待测试的热电极管的至少一个电子管插座，至少一个所述电子管插座具有适合于与热电子管的电极针相连的多个电子管电极终端；
适合于与外部电源相连的单电源插座；
与所述电子管插座的至少一个电子管电极终端可切换地连接的第一电压调节器，其中所述第一电压调节器适应为供给至少两种不同的预定的电子管电极电压；
用于控制所述第一电压调节器和所述电子管电极终端中的至少一个的连接以及监测安装于所述电子管插座上的热电子管中的电流的控制器；以及
与所述控制器通信且用于显示热电子管的测试结果的显示器；
其中所述单电源插座适合于与外部的低压直流电源相连接；
所述控制器适应为从三个以上能选择的状态值中选择一个状态值并使被选择的所述状态值由显示器显示，被选择的所述状态值基于电子管的响应于一个或多个测试的性能，当相同型号的电子管具有相同的被选择的状态值时，所述状态值表示该电子管是相配对的。
2.根据权利要求1所述的热电子管测试仪，其特征在于，还包括与所述电子管插座的至少一个电子管电极终端可切换地连接的第二电压调节器，其中所述单电源插座为所述第一电压调节器和所述第二电压调节器两者提供电源。
3.根据权利要求1或2所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述单电源插座适合于与10～48V的直流电源相连。
4.根据权利要求3所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述单电源插座适合于与通用低压直流电源相连。
5.根据权利要求1或2所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述单电源插座适合于与电池电源相连。
6.根据权利要求1或2所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述第一电压调节器是可切换电压调节器。
7.根据权利要求6所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述第一电压调节器包括晶体管，所述控制器适应为控制所述晶体管的脉冲宽度以改变由所述第一电压调节器供给至所述电子管电极终端中的至少一个的电压。
8.根据权利要求7所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述第一电压调节器适应为将脉冲的高压电压供给至电子管阳极终端，且所述控制器适应为监测响应于所述脉冲的高压电压的在所述热电子管中的电流，所述电流表示电子管阴极的热电子发射。
9.根据权利要求2所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述第二电压调节器与所述电子管插座中的电子管加热器终端可切换地连接，第二电压调节器具有晶体管，且所述控制器适应为控制所述晶体管的脉冲宽度并监测从所述第二电压调节器至所述电子管加热器终端的电流，其中当所述控制器检测到表示电子管加热器短路的流至所述电子管加热器终端的高电流时，所述控制器还适应为切断从所述第二电压调节器至所述电子管加热器终端的电流供给。
10.根据权利要求9所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述控制器还包括计时器，并所述控制器适应为在检测到表示短路的高电流后将对所述电子管加热器终端的电流供给的切断延迟预定的时间段。
11.根据权利要求2或9所述的热电子管测试仪，其特征在于，还包括存储器，所述存储器存储有：多个不同的电子管测试，其中每个存储的电子管测试包括对电子管电极终端的电压设定；所述控制器适应为从所述存储器中读取所述电子管测试中的至少一个，并使所述第一电压调节器根据所述电子管测试中的电压设定为电极终端供给电压。
12.根据权利要求11所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述存储器还在其中存储有热电子管的响应于一个或多个电子管测试的一个或多个预期的性能特性，所述控制器还适应为：监测正在被测试的热电子管的性能；将监测到的性能与存储的预期性能特性相比较；以及输出比较结果。
13.根据权利要求12所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述控制器的输出选自：故障、损耗、或良好。
14.根据权利要求11所述的热电子管测试仪，其特征在于，被选择的所述状态值基于监测到的电子管的响应于一个或多个电子管测试的性能和所存储的预期性能特性之间的差异。
15.根据权利要求1所述的热电子管测试仪，其特征在于，所述热电子管测试仪是便携式的。
16.一种使用热电子管测试仪测试热电子管的方法，所述方法包括以下步骤：
将热电子管测试仪的单电源插座与低压直流电源相连；
将热电子管的电极针与热电子管测试仪的电子管插座中的电极终端相连；
将不同于低压直流电源的第一电压从第一电压调节器供给至电极终端中的至少一个，其后将不同于所述第一电压和低压直流电源两者的第二电压从所述第一电压调节器供给至电极终端中的至少一个；
通过控制器监测热电子管中的电流；
从三个以上状态值中由所述控制器自动选择一个状态值，被选择的所述状态值基于电子管的响应于一个或多个测试的性能，以及
显示被选择的所述状态值，当相同型号的电子管具有相同的被选择的状态值时，被选择的所述状态值表示该电子管是相配对的。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：将电源从单电源插座供给至所述第一电压调节器和第二电压调节器；以及将不同于低压直流电源和所述第一电压、第二电压的第三电压从所述第二电压调节器供给至电极终端中的至少一个。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述热电子管测试仪的单电源插座连接至低压直流电源的步骤包括将所述单电源插座连接至10～48V的直流电源。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，将所述热电子管测试仪的单电源插座连接至低压直流电源的步骤包括将所述单电源插座连接至通用低压直流电源。
20.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，将所述热电子管测试仪的单电源插座连接至低压直流电源的步骤包括将所述单电源插座连接至电池电源。
21.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，将第一电压供给至电极终端中的至少一个，其后将第二电压供给至电极终端中的至少一个的步骤包括调节第一电压调节器。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，调节第一电压调节器包括控制所述第一电压调节器的晶体管的脉冲宽度。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括将脉冲的高压电压供给至电子管阳极终端；以及监测响应于所述脉冲的高压电压的在热电子管中的电流，所述电流表示电子管阴极的热电子发射。
24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二电压调节器是可切换电压调节器，并用于向电子管插座中的电子管加热器终端供给电压，所述方法还包括：监测从所述第二电压调节器至所述电子管加热器终端的电流；以及当检测到表示该电子管加热器短路的流至所述电子管加热器终端的高电流时，通过调节所述第二电压调节器的晶体管的脉冲宽度切断从所述第二电压调节器至所述电子管加热器终端的电流供给。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括在检测到表示短路的高电流后将对所述电子管加热器终端的电流供给的切断延迟预定的时间段。
26.根据权利要求17或24所述的方法，其特征在于，从数据存储中读取一个或多个电子管测试，每个存储的电子管测试包括对电子管电极终端的电压设定；以及根据所述电子管测试中的电压设定为电极终端供给电压。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括：监测正在被测试的热电子管的性能；将监测到的性能与存储于数据存储中的预期性能特性相比较；以及输出比较结果。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述比较结果输出为：故障、损耗、或良好中的一个。
29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，被选择的所述状态值是基于监测到的电子管的响应于一个或多个电子管测试的性能和所存储的预期性能特性之间的差异。
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