[Audio Wiki] Bóng đèn chân không

Các khái niệm cơ bản

Vào năm 1904, khoa học gia người Anh John Ambrose Fleming công bố một thiết bị có khả năng chuyển đổi dòng tín hiệu xen kẽ thành dòng tín hiệu trực tiếp. Bóng lưỡng cực ‘Fleming diode’ được dựa trên một kết quả nghiên cứu của Thomas Edison năm 1880. Bóng lưỡng cực (diode) này bao gồm một bóng chiếu sáng cùng một điện cực phụ bên trong. Khi tim bóng nóng sáng lên, các electron bị đốt nóng và đẩy ra khỏi bề mặt tim bóng vào vùng chân không bên trong bóng. Nếu điện cực phụ (thường được gọi là “plate” hay “anode” – cực dương) có chất liệu với điện tích lớn hơn so với tim bóng, ta sẽ có một dòng electron trực tiếp xuyên qua vùng chân không. Do điện cực phụ có nhiệt độ lạnh còn tim bóng thì nóng, dòng electron này chỉ có thể đi với chiều từ tim bóng đến điện cực phụ mà không đi ngược lại được. Vì thế, các tín hiệu AC có thể được chuyển đổi thành DC. Bóng lưỡng cực Fleming diode trước đây được dùng để nhận biết các tín hiệu nhỏ và yếu của các máy điện báo không dây, sau này nó được sử dụng trong việc chuyển đổi AC sang DC trong bộ nguồn của các thiết bị điện.

Năm 1907, Lee De Forest, một nhà phát minh ở New York đã cải thiện thành công Fleming diode bằng cách sử dụng một bóng có thành phần giống như Fleming diode nhưng bỏ đi điện cực phụ. Cấu tạo mạng lưới này gồm một dây nối cong giữa điện cực và và tim bóng. De Forest nhận thấy khi tín hiệu từ các an-ten của máy điện báo không dây được phát vào mạng lưới này thay vì trực tiếp vào tim bóng, khả năng nhận biết tín hiệu được tăng lên rất đáng kể. Dòng electron đi qua mạng lưới này có tính điều hướng hài hòa hơn từ tim bóng vào điện cực. Thiết bị này mang tên Audion, chiếc âm li (amplifier) điện đầu tiên và cũng là thủy tổ của ngành công nghiệp điện khổng lồ hiện nay.

Sơ đồ hoạt động của bóng chân không

Trong giữa những năm 1907 và 1960, các dòng sản phẩm bóng được phát triển khá đa dạng và hầu hết đều dựa trên sáng chế của De Forest. Đa số các loại bóng chúng ta sử dụng ngày nay đều được phát triển vào các năm 1950 hay 1960. Tuy nhiên kiểu bóng 300B triode (tam cực) được sáng chế bởi Western Electric vào năm 1935. Sản phẩm SV300B của Svetlana hay các nhà sản xuất khác cũng rất nổi tiếng và được ưa chuộng bởi giới sành nhạc trên khắp thế giới. Nhiều loại bóng được sản xuất riêng cho radio, tivi, RF, rađa, máy tính hay các ứng dụng chuyên nghiệp khác. Tuy nhiên vì các lí do khác nhau, phần lớn các bóng này đã được thay thế bằng các thiết bị bán dẫn, chỉ còn một số ít trung thành với cấu tạo nguyên bản.

Tất cả các kiểu bóng đều trung thành với khái niệm hoạt động cơ bản của Audion, đó là cực âm đốt nóng các electron lan tỏa vào chân không, đi qua lưới dẫn điều khiển dòng electron đi đến cực dương và được hấp thụ. Khi được tính toán và thiết kế chính xác, bóng sẽ chuyển đổi tín hiệu AC với điện áp nhỏ thành một tín hiệu AC với điện áp lớn hơn rất nhiều, nghĩa là khuếch đại tín hiệu. Ngày nay các thiết bị điện trở cũng sử dụng các điện trường trong một khối pha lê được điều chế đặc biệt – đây là một loại âm li không được thông dụng cho lắm.

Hình 3 cho thấy cấu tạo của một bóng tân thời. Đây là một bóng thủy tinh với dây dẫn được nối bên dưới, kết nối các điện cực bên trong. Trước khi bóng được hàn kín phần khí bên trong sẽ được hút ra một cách tuyệt đối. Để tạo ra một bóng với chất lượng tốt, máy hút khí phải đạt được một phần triệu áp suất nước biển (khoảng 1 microTorr). Mức chân không càng lớn thì chất lượng và độ bền của bóng càng cao. Hầu hết các bóng được chế tạo hiện nay đều có một chuẩn vừa đủ cho công việc mà nó được sử dụng đến.

Các thành phần của bóng
A.Cực âm
Hầu hết các bóng được chế tạo hiện nay đều có cấu tạo một trong hai kiểu cực âm sau:

1. Tim bóng Thorium: Tim bóng có cấu tạo tungsten (hay vonfram) giống như trong bóng thông thường kết hợp với một lượng cực nhỏ kim loại hiếm Thorium. Ở khoảng 2400 độ C, tim bóng bị đốt sáng và các electron thorium được phân tán ra chân không. Lượng electron thorium từ các tim bóng thorium được phân tán ra lớn hơn rất nhiều so với các tim bóng tungsten bình thường, do đó nó có chất lượng tốt hơn rất nhiều. Các tim bóng thorium cũng có độ bền cao và chịu được điện áp rất lớn.

2. Loại cực âm còn lại được tráng một lớp oxít bên ngoài. Loại này có thể là một tim bóng với phần tráng oxít Barium và Strontium cùng các hợp chất khác, hay đơn giản chỉ là một cực âm được đốt nóng gián tiếp, là một bóng nickel với lớp tráng oxít như trên cùng một tim bóng bên trong. Loại cực âm này có mức đốt nóng 1000 độ C và lớp tráng oxít tạo ra lượng electron rất lớn, lớn hơn nhiều so với các tim bóng Thorium. Tuy nhiên nó có độ bền không cao, dễ bị hư hại khi tiếp xúc với điện áp cao hay các ion Oxy còn sót bên trong thân bóng. Loại này ít khi được sử dụng trong các bóng công suất lớn.

3. Tuổi thọ của cực âm: Tuổi thọ của cực âm phụ thuộc vào nhiệt độ nó phải chịu, mức chân không bên trong bóng và độ tinh khiết của nguyên liệu cấu tạo nó.

– Tuổi thọ bóng phụ thuộc vào khá lớn nhiệt độ. Vận hành quá nóng sẽ làm giảm tuổi thọ bóng đáng kể, tuy nhiên vận hành nó quá mát cũng làm tuổi thọ của nó bị ảnh hưởng (nhất là đối với các tim bóng Thorium cần phải phục hồi lượng Thorium bằng các phản ứng kim loại trong dây tim bóng). Một vài nghiên cứu cho thấy đối với các bóng sử dụng cực âm oxít, khi vận hành chúng ở mức 20% dưới điệp áp chỉ định sẽ có thể kéo dài tuổi thọ của bóng. Tuy nhiên mức điện áp đầu vào không nên quá thấp vì sẽ có thể làm cho bóng không cung cấp đủ mức điện áp đầu ra chỉ định. Vận hành ở mức nhiệt quá thấp cũng có thể làm bóng bị chập chờn.

– Các cực âm oxít thường có tuổi thọ ngắn hơn các cực âm thorium. Mức tinh khiết của nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề này, nguyên liệu không tinh khiết sẽ ảnh hưởng đến khả năng phân tán electron và làm cho điện cực “chết” sớm hơn. Các bóng rẻ tiền thường sử dụng điện cực với nguyên liệu không tinh khiết, khiến chất lượng kém đi và tuổi thọ cũng ngắn hơn nhiều so với các bóng tiêu chuẩn có chất lượng tốt với tuổi thọ lên đến 100.000 giờ hoặc hơn.

– Một bóng công suất oxít thông thường như EL43 sẽ có tuổi thọ từ 1500-2000 giờ. Một bóng có tim bóng tráng oxít như SV300B sẽ có tuổi thọ từ 4000-10.000 giờ. Dĩ nhiên điều này còn phụ thuộc một phần vào điều kiện và thực tế làm việc của bóng ở mỗi người dùng khác nhau.

B. Cực dương
Cực dương là điện cực phát các tín hiệu đầu ra. Khi tiếp nhận dòng electron từ cực âm, cực dương gia tăng nhiệt độ và rất nóng do đó nó được thiết kế để có thể tự giải nhiệt (qua thành thủy tinh của bóng đối với bóng thủy tinh hay khí lưu hoặc dung dịch giải nhiệt đối với các bóng thép lớn). Cực dương thường được cấu tạo bằng Graphite do Graphite có khả năng chịu nhiệt tốt và ít giải phóng các electron phụ, tránh làm nóng lưới dẫn gây tổn hại cho bóng.

C. Lưới dẫn điều khiển

Lưới dẫn thường được cấu tạo là một dây bọc kim loại quấn quanh hai cột kim loại mềm. Trong các bóng nhỏ dây dẫn thường được bọc vàng còn hai cột kim loại bằng đồng. Ở các bóng lớn do phải chịu nhiệt lớn hơn, dây thường được làm bằng tungsten hay molybdenum hàn lại như hình rổ. Nhiều bóng công suất có kích thước lớn sử dụng lưới dẫn hình rổ với chất liệu Graphite.

Một trong những điều cấm kỵ khi thiết kế bóng là việc giải phóng các electron phụ. Các electron khi tiếp xúc với bề mặt kim loại nhẵn sẽ giải phóng các electron phụ ra khỏi lưới dẫn, gây rối loạn dòng electron đang di chuyển, làm hỏng bóng. Vì thế lưới dẫn thường được bọc bằng các loại kim loại ít bị ảnh hưởng bởi sự giải phóng electron phụ, ví dụ như vàng. Các biện pháp xử lý bề mặt đặc biệt cũng làm giảm thiểu khả năng giải phóng electron phụ. Loại bóng chỉ sử dụng một lưới dẫn gọi là TRIODE (tam cực). Bóng 12AX7 là một trong những bóng triode thông dụng nhất dành cho các guiter amp. Các kiểu bóng như 6N1P, 6DJ8/6922, 12AT7, 12AU7, 6CG7, 12BH7, 6SN7 hay 6SL7 cũng rất được ưa chuộng trong các thiết bị âm thanh.

Thường thì các bóng công suất triode đều nhắm đến thị trường radio nghiệp dư hay âm nhạc high-end. Ví dụ như Svetlana SV300B, SV811/572 series, và 572B. Chúng được phân ra hai loại: “low-mu” (low gain) và “high-mu” (high gain). Các bóng triode Low-mu thường có độ méo tiếng thấp và được ưa chuộng trong các âm li high-end, trong khi các bóng triode High-mu lại thường được sử dụng trong phát sóng radio hay các âm li có công suất cao.

Các bóng triode công suất kim loại còn thường được dùng trong phát sóng radio hay tạo ra năng lượng radio sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp. Nhiều loại triode còn được sử dụng trong các ứng dụng lạ như pulse radar và các phản ứng vật lý đòi hỏi mức năng lượng cao.

D. Màng lưới (screen grid) – tứ cực (tetrode)

Nếu một lưới nữa được thêm vào trong bóng tam cực giữa lưới dẫn và cực dương, ta sẽ tạo ra một bóng tứ cực (tetrode). Màn lưới này có tác dụng che chắn và ngăn cách giữa lưới dẫn với cực dương. Điều này làm giảm đi hiệu ứng Miller và giúp gia tăng mức điện dung giữa lưới dẫn và cực dương một cách đáng kể. Màng lưới này còn làm tăng khả năng thúc đẩy electron khiến cho bóng được hoạt động hiệu quả hơn. Do có các dòng electron chạy qua, màng lưới này cũng có khả năng bị làm nóng nên thường thì nó được bọc một lớp Graphite để giải nhiệt và giảm thiểu giải phóng electron phụ.

Các bóng công suất tứ cực kim loại thường được sử dụng trong các trạm phát sóng TV hay radio nhờ vào khả năng làm việc ổn định trong vai trò các âm li RF. Chúng cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp hay radio nghiệp dư tuy nhiên rất hiếm (do các bóng tứ cực này thường xuất hiện hiệu ứng “tetrode kink” tạo ra từ việc giải phóng electron phụ). Điều này tạo ra mức méo rất cao cùng sự kém ổn định khi hoạt động.

Các bóng tứ cực ceramic còn được gọi là các bóng “tứ cực tròn” (radial beam tetrodes) hay “tứ cực tia” (beam tetrodes) vì electron khi giải phóng tạo thành hình dạng đĩa tròn. Dây nối trên lưới dẫn và lưới ngăn cách cũng được thiết kế hợp lý mang lại mức hoạt động tối ưu nhất.

E. Các loại lưới khác – ngũ cực (pentode)

Thêm một lưới nữa và bóng tứ cực, ta có bóng ngũ cực (pentode). Lưới này được gọi là lưới ép có vị trí ở giữa lưới ngăn cách và cực dương. Lưới ép có cấu tạo rất ít dây cuốn do công dụng chủ yếu của nó chỉ là ngăn cản và thu thập các electron phụ bị giải phóng bởi hiện tượng “tetrode kink”. Lưới này hoạt động với điện áp bằng với cực âm.

Các bóng ngũ cực tiêu biểu gồm: EL34 dùng kèm với guitar và các âm li cao cấp, EL84 mang lại hiệu năng tuyệt với cho các guitar amp giá rẻ, SV83 được sử dụng với các guitar amp cao cấp và EF86 chuyên trị các guiter amp khó tính hay các thiết bị âm thanh đòi hỏi sự chính xác cao.

Ngoài ra còn có các loại bóng với cấu tạo nhiều hơn ba lưới. Ví dụ như bóng pentagrid với 5 dải lưới thường được sử dụng trong các hệ thống chuyển đổi tần số của các đầu thu radio. Tuy nhiên loại bóng này đã ngừng sản xuất và được thay thế bằng các bóng bán dẫn.

F. Bóng tứ cực tia sử dụng trong ngành âm thanh

Đây là một loại bóng tứ cực tia đặc biệt với cấu tạo gồm một cặp “beam plates” có tác dụng ngăn trở và thu gọn các tia electron vào trong phạm vi vành đai hai bên của cực âm. Lưới dẫn và lưới ngăn cách cũng có dây nối được thiết kế thẳng hàng như trong các bóng tứ cực ceramic. Tuy nhiên khác với các bóng tứ cực ceramic, các lưới này được thiết kế với vị trí giới hạn nằm xa cực âm, tạo nên hiệu ứng cực âm ảo. Thiết kế này phần nào giảm thiểu độ méo và tăng mức hiệu quả làm việc cho bóng tứ cực hay ngũ cực. Bóng tứ cực tiêu biểu chính là RCA 6L6 được công bố năm 1936. Hiện nay cũng có các mẫu sản phẩm như SV6L6GC chuyên dùng trong guitar amp hay SV6550C thường có mặt trong các sản phẩm âm li cao cấp gia dụng. Ngày nay, thiết kế này chỉ còn được ứng dụng trong các bóng thủy tinh mà thôi.

G. Bộ làm nóng bên trong cực âm

Một cực âm tráng oxít không thể nào tự làm nóng để phân giải electron được do đó một tim làm nóng sẽ được đặt bên trong cực âm để đảm nhận công việc này. Tim làm nóng này được tráng bằng bột oxít aluminum tuy nhiên đôi khi lớp tráng này bị bong ra làm cho tim này tiếp xúc với cực âm, khiến bóng không hoạt động được. Nếu tim nóng này sử dụng năng lượng AC thì một phần tín hiệu AC có thể bị rò rỉ vào đầu ra của âm li, ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị. Các bóng chất lượng cao thường có lớp tráng rất bền và chắc chắn, hạn chế các rủi ro không đáng có.

H. Phần tinh giải (getter)

Bóng chân không chỉ có thể hoạt động tốt nếu môi trường chân không bên trong nó không bị rò rỉ hay sót lại các loại tạp khí nào đó. Vì thế, phần tinh giải được tạo ra với mục đích mang lại mội trường chân không tốt nhất bên trong bóng.

Hầu hết các phần tinh giải trong các bóng thủy tinh có hình dáng như chiếc tách nhỏ, chứa một lượng kim loại nhỏ (thường là Barium) có khả năng phản ứng và hấp thụ oxy. Sau khi máy hút chân không hút sách khí ra khỏi ruột bóng và hàn kín, phần tinh giải sẽ được đốt cháy một lần cuối cùng để lọc sách không khí còn sót lại, tạo ra lớp bụi màu bạc bên trong thân bóng. Nếu phần chân không bị rò rỉ lớp bụi này sẽ có màu trắng (do phản ứng tạo ra barium oxít).

Các bóng công suất thủy tinh thường không dùng phần tinh giải thông thường mà sử dụng một thiết bị tinh giải được tráng một lớp zirconium hay titanium tinh khiết có thể oxi hóa. Phần tinh giải này sẽ có công dụng tốt nhất khi bóng có nhiệt độ cao, cũng là điều kiện làm việc tiêu chuẩn của bóng.

Bóng thủy tinh thường có cực dương với chất liệu Graphite cho khả năng chịu nhiệt và ít phân giải electron phụ. Cực dương Graphite khi nóng còn phản ứng và hấp thụ oxy nếu có trong thân bóng. Dòng bóng Svetlana SV572 và 572B là các ví dụ tiêu biểu. Tuy nhiên cực dương Graphite có giá thành cao hơn nhiều so với cực dương kim loại bình thường nên nó chỉ được sử dụng trong các trường hợp đòi hỏi hiệu năng làm việc lớn nhất.Các bóng ceramic lớn sử dụng phần tinh giải bằng zirconium.

I. Lắp ráp bóng

Bóng được lắp ráp thủ công một cách chi tiết từ cực dương, cực âm, các lưới và các thành phần khác vào một khuôn mica hay ceramic sau đó dập vào một thân bóng rỗng thích hợp. Các cây dẫn sau đó được lắp đặt và hàn cẩn thận trong môi trường sạch thoáng và chống bụi.

Sau khi đã được dập khuôn, các bóng sẽ được di chuyển đến dây chuyền đốt hàn kín. Bóng sẽ được hàn kín (tuy nhiên vẫn còn một ống nhỏ thoát khí đi kèm) sau đó được chuyển đến máy hút chân không và bắt đầu được hút chân không, đồng thời làm nóng các thiết bị kim loại và tráng lớp ngoài cực âm trong khoảng 30 phút. Khi quá trình này hoàn thành ống thoát khí sẽ được tách rời và hàn kín lại sau đó chuyển tiếp đền dây chuyền kiểm tra chất lượng.

Cuối cùng bóng được đưa đến hệ thống đốt tinh giải để đốt barium, loại trừ các tạp khí còn lại bên trong thân bóng kín. Sau đó chân bóng sẽ được tráng một lớp ximăng chịu nhiệt mỏng, tiếp tục được đưa đến công đoạn burn-in. Nếu nó vượt qua được công đoạn này, bóng đã được chế tạo thành công và sẵn sàng được đóng gói.

J. Các loại lưới metal-ceramic khác nhau

Để phục vụ cho các nhu cầu sử dụng cao độ, ngày nay các bóng lớn thường được chế tạo với lớp cách điện hoàn toàn bằng ceramic với các điện cực kim loại. Tuy khác về thành phần nguyên liệu cấu tao nhưng nhìn chung chúng vẫn theo thiết kế chính gồm: cực âm nóng, các lưới, cực dương trong môi trường chân không.

Trong các bóng lớn này cực dương thường là một phần của vỏ bóng. Do phải dẫn rất nhiều dòng electron và sinh ra rất nhiều nhiệt, các cực dương này thường được thiết kết với thoáng khí hay dung dịch làm mát một cách hiệu quả. Các bóng này được gọi là các “RF induction heaters”, và cũng là nền tảng cho các ứng dụng và sản phẩm khác, ngay cả cho các loại bóng khác nữa.

Các bóng ceramic được sản xuất bằng các thiết bị khác với các bóng thủy tinh, tuy nhiên chu trình sản xuất là như nhau. Các thiết bị sản xuất bóng ceramic thường lớn hơn, có áp lực và chịu lực cao hơn do cấu tạo của bóng ceramic là những nguyên liệu cứng và có độ bền cao hơn bóng thủy tinh.

Vì sao bóng vẫn được ưa chuộng?

A. Các ứng dụng RF lớn

Các bóng công suất lớn vẫn được dùng rất rộng rãi trong các trạm phát sóng radio với mức năng lượng khoảng 10.000w với tần số trên 50 MHz. Các trạm phát sóng TV công suất cao UHF và trạm phát sóng FM đa số cũng sử dụng các bóng. Lý do rất đơn giản: phụ thuộc vào hiệu suất và giá thành, vì các điện trở chỉ đạt được mức làm việc hiệu quả ở các tần số thấp.

Để tạo ra một thiết bị phát dạng rắn đòi hỏi phải kết nối dây dẫn chính xác từ hàng trăm hay hàng nghìn điện trở công suất cao thông suốt từ các tổ hợp 4 hay 5 mỗi cụm, sau đó ta còn cần phải tổng hợp nguồn năng lượng đầu ra của chúng qua một thiết bị chuyển đổi tách lớp hoàn chỉnh. Chưa hết, giải nhiệt cũng là một vấn đề đau đầu. Còn với một bóng phát ta chỉ cần sử dụng một mình nó mà không cần kết hợp gì cả, làm mát thì chỉ cần thông khí hay dung dịch giải nhiệt là đủ, do đó nó có kích thước nhỏ gọn hơn một thiết bị phát dạng rắn thông thường.

Với các trạm phát sóng và thu sóng từ vệ tinh, bóng thực sự tỏa sáng bằng công dụng và sức mạnh của mình. Các trạm phát từ mặt đất sử dụng chuẩn TWTs còn các vệ tinh sử dụng các bóng phát sóng công suất cường lực. Còn các điện trở đặc biệt chỉ thể hiện được tính tiện dụng và mức giá tốt khi sử dụng trong việc khuếch đại các tần số nhỏ hơn mà thôi.

B. Guitar amps
Nói chung, chỉ các guitar amp giá rẻ hoặc có thiết kế đặc biệt mới thuộc dạng rắn. Khoảng 80% còn lại là dạng bóng hay kết hợp. Ở đây ta có thể đề cập đến các tên tuổi nổi tiếng như Fender, Marshall hay Vox trong các năm 1950 hay 1960.

Âm li bóng được thông dụng vì nó mang lại cảm giác âm thanh chân thật mà gần gũi. Với tiếng méo hay âm trầm không lẫn vào đâu được của một âm li bóng tứ cực hay ngũ cực, cùng một thiết bị chuyển đổi tín hiệu đầu ra phù hợp với bộ loa, ta có được âm thanh rất riêng mà các thiết bị khác khó có thể làm được nếu không qua các thiết lập và tinh chỉnh phức tạp.

C. Âm thanh chuyên nghiệp
Các phòng thu cũng phần nào bị ảnh hưởng từ các tùy chọn thu âm của nghệ sỹ. Các thiết bị như micro thu, pre-amp, limiters, equalizers hay các thiết bị tinh chỉnh khác cũng được thu thập và so sánh, đánh giá để tạo ra một chất lượng âm thanh tiêu chuẩn. Điều này càng giúp gia tăng lợi nhuận của các nhà sản xuất thiết bị âm thanh, gây thêm vốn cho các thiết kế về sau ngày càng phát triển.

D. Âm thanh High-end
Vào nửa đầu những năm 1970 doanh thu của các bóng hi-fi chưa đạt được một con số đáng lưu ý. Tuy nhiên, ngay cả khi hàng loạt các nhà máy sản xuất bóng ở Mỹ và châu Âu đóng cửa, từ năm 1985 doanh thu từ các thiết bị âm thanh high-end đã tăng vọt đáng kể. Nối tiếp đó là doanh thu của bóng chân không dùng trong thiết bị âm thanh gia dụng cũng tăng cao nhiều lần. Và dĩ nhiên, các thiết bị âm thanh sử dụng bóng chân không cũng bán rất chạy.

Sử dụng bóng

A. Phân cực
Phân cực là điện áp âm được đi qua lưới dẫn của bóng công suất để định lượng dòng tĩnh mà bóng thu nạp. Chỉnh dòng tĩnh cho bóng là một công việc quan trọng và đòi hỏi tính chính xác cao. Tuy nhiên mức phân tán này không gây một ảnh hưởng nào quá nghiêm trọng tới các thiết bị sử dụng nó nếu mức sai số quá thấp không đáng kể. Thường thì các guitar amp luôn sử dụng bóng với độ tĩnh khá lớn để tiết kiệm năng lượng nên không quá quan trọng, chỉ đối với các thiết bị âm thanh cao cấp sử dụng bóng trong tình trạng làm việc cật lực mới cần điều chỉnh dòng tĩnh cho phù hợp. Nhiều amp còn không đi kèm với chế độ chỉnh dòng tĩnh để người dùng không cần phải chú ý nhiều về việc này làm gì. Đa số các amp này thuộc loại Mesa-Boogie mà nổi bật nhất chính là EL84s.

B. Khi nào thì cần thay bóng?
Thật ra mà nói, chúng ta chỉ cần chú ý và cân nhắc thay bóng khi chất lượng âm thanh bị thay đổi. Lúc đó, tiếng thường bị mờ đục và không còn sắc bén nữa. Tín hiệu đầu ra suy giảm cũng là một tín hiệu báo động của bóng yếu. Tuy nhiên đối với những người dùng đòi hỏi sự chính xác chúng ta cũng có thể sử dụng các thiết bị đo đạc và kiểm tra bóng trên thị trường như thiết bị Maxi-Matcher chẳng hạn. Thiết bị này có khả năng kiểm tra các dòng bóng chất lượng như 6L6, EL34, 6550 hay EL84.

Các bóng ceramic lớn thường được sử dụng trong các thiết bị đi kèm với đồng hồ đo dòng electron hay mức công suất đầu ra. Do đó khi đồng hồ báo mức đo không tương thích hoặc thấp hơn mức cần thiết, ta sẽ biết được có cần phải thay bóng hay không. Tham khảo hướng dẫn sử dụng cũng là một cách kiểm tra dòng đời của bóng.

C. Ánh xanh – điều gì tạo ra nó?
Các bóng thủy tinh thường có ánh màu bên trong. Hầu hết các loại bóng âm thanh thông thường sử dụng cực âm tráng oxít nên sẽ phát màu ánh cam. Đối với các tim bóng thorium như SV811 hay SV572, ta sẽ thấy cả ánh trắng phát ra từ tim bóng và ánh cam từ cực dương. Hiệu ứng ánh màu này hoàn toàn bình thường và vô hại. Có 2 trường hợp để bóng phát ra ánh màu, trong đó một trường hợp là bình thường, trường hợp còn lại thì tệ hơn nhiều.

1. Hầu hết bóng dòng Svetlana phát ra ánh huỳnh quang, một dạng màu xanh đậm. Hiện tượng này xuất hiện khi các electron va chạm vào bề mặt cứng với kim loại không tinh khiết như cobalt. Lúc đó các electron sẽ va chạm vào các phân tử không tinh khiết làm chúng di động tạo ra các photon với màu riêng biệt. Ánh màu này thường được nhìn thấy bên trong thân bóng và hoàn toàn vô hại. Nó không những không gây hại cho bóng mà còn làm bóng đẹp hơn khi hoạt động.

2. Ở trường hợp thứ 2, nếu như bóng có một mối hở, không khí sẽ đi vào trong phần chân không, và khi điện áp đi qua, các phân tử khí sẽ bị i-on hóa. Ánh sáng phát ra từ các phân tử khí i-on hóa thường không có màu huỳnh quang mà là màu tím thẫm, gần như màu hồng.Ánh màu này khi phát ra thường không nằm trên bề mặt bên trong thân bóng mà nằm ở giữa các nguyên tố đang hoạt động khác. Bóng có màu này khi hoạt động cần được thay ngay vì tạp khí bên trong có thể làm dòng electron bị rối loạn làm hư hỏng thiết bị âm li sử dụng nó.

Lưu ý:

Một vài guitar amp và hi-fi amp đời cũ và một vài amp đời mới phụ thuộc vào phần khí i-on hóa để có thể hoạt động bình thường. Ngay cả một số bóng với thiết kế đặc biệt cũng vậy.

Một vài amp sử dụng thiết bị chỉnh lưu hơi thủy ngân ví dụ như 83, 816, 866 hay 872. Các bóng này phát ra ánh xanh-tím khi sử dụng ở trạng thái bình thường. Chúng chuyển dòng AC thành DC cung cấp cho các bóng khác.

Nhiều amp còn dùng bóng dạng điều phối xả khí như các dòng 0A2, 0B2, 0C2, 0A3, 0B3, 0C3 or 0D3.

Các bóng này dựa vào phần khí bị i-on hóa để định lượng dòng điện áp một cách chính xác nhất và thường phát ra ánh xanh-tím khi hoạt động bình thường. Do đó chúng ta nên cân nhắc kỹ trước khi quyết định thay mới.

Các ánh sáng này không thể nhìn thấy dược đối với các bóng ceramic vì bề mặt thân bóng rắn đục không thể nhìn xuyên qua được. Thường thì trong một máy phát sóng radio, bóng ceramic bị rò rỉ sẽ làm phát sóng rối loạn (tuy nhiên không làm tổn hại đến thiết bị phát sóng).

D. Class A, B, AB, ultralinear, vv… là gì?
1. Class A có nghĩa là bóng sẽ tạo ra một dòng áp với định lượng giống nhau cho dù đang ở trạng thái nghỉ hay sử dụng tối đa. Class A thường rất tốn điện nhưng nó xuất ra độ méo thấp nhất.

Các âm li class A chuẩn SE (single-ended) sử dụng một hoặc nhiều bóng nối song song và cùng pha với nhau. Thiết kế này thường được sử dụng trong các guitar amp nhỏ hay các âm li cao cấp hàng độc. Âm li SE có mức méo cân bằng khá cao và thường thì không có mức phản hồi (feedback) nào cả. Đơn cử dòng âm li cao cấp 300B đa số đều là SE.

Âm li class A chuẩn PP (push-pull) sử dụng từ hai, bốn bóng hoặc nhiều hơn gắn vào nhau với pha đảo ngược. Thiết kế này làm mất đi mức méo cân bằng, cho ra một âm thanh sạch và rõ ràng. Guitar amp Vox AC-30 là một trong các amp dạng này. Các amp chuẩn PP thường hoạt động với điện áp cực dương thấp với dòng áp mạnh tuy nhiên điều này có thể làm cực âm của bóng “chết” nhanh hơn.

Có 2 hình thái hoạt động của class A, áp dụng được cho cả SE hay PP:

– Class A1 hoạt động với mức điện áp đi qua lưới dẫn luôn luôn thấp hơn nhiều so với điện áp đi qua cực âm. Điều này tạo ra độ tuyến tính tốt nhất và thường được dùng kèm với các bóng tam cực chẳng hạn như SV300B, hay trong một số ít bóng tứ cực và ngũ cực.

– Class A2 hoạt động với mức điện áp đi qua lưới dẫn luôn luôn cao hơn nhiều so với điện áp đi qua cực âm trong một phần hay toàn bộ dạng sóng. Lúc này lưới dẫn sẽ lấy dòng áp từ cực âm và nóng lên. Các âm li class A2 thường sử dụng các bóng với lưới dẫn ghồ ghề, tiêu biểu là các dòng bóng tam cực SV811 hay SV572. Class A2 cũng đòi hỏi một mạch đặc biệt có thể cung cấp điện cho lưới dẫn.

2. Class AB được sử dụng chuyên cho các âm li chuẩn PP. Khi lưới dẫn của một bóng truyền hết dòng áp, bóng tiếp theo sẽ ngay lập tức sử dụng dòng áp đầu ra đó để tiếp tục công việc của mình. Điều này tuy mang lại mức hiệu quả cao hơn so với class A nhưng cũng gây ra độ méo cao hơn nhiều, trừ phi âm li được thiết kế sử dụng phản hồi tiêu cực. Các class AB1 và AB2 cũng tồn tại với các mô tả kỹ thuật tương đương với A1 hay A2 ở trên.

3. Class B cũng dược dùng riêng cho các âm li chuẩn PP, tuy nhiên đôi khi nó cũng được ứng dụng trong các âm li công suất RF với một bóng chuyên biệt. Class B có thiết kế tương tự class AB tuy nhiên khi ở trạng thái nghỉ nó có mức dòng áp gần bằng hoặc bằng 0. Điều này cung cấp mức hiệu quả cao hơn nữa so với class A hay class AB. Tuy nhiên vì thế nó cũng có mức méo rất cao trừ phi âm li được thiết kế với khả năng phản hồi tiêu cực. Hầu hết các âm li âm thanh dạng rắn đều sử dụng class B vì các điện trở sẽ chịu ít nhiệt hơn ở trạng thái nghỉ.

4. Thiết kế Ultralinear được sáng chế bởi David Hafler và Herbert Keroes năm 1951 chỉ sử dụng bóng tứ cực hay ngũ cực với các điểm nối đặc biệt trên bộ chuyển đổi đầu ra. Các điểm này được kết nối với lưới ngăn cách của bóng khiến lưới này lưu chuyển một phần tín hiệu đầu ra. Điều này làm giảm độ méo rất đáng kể. Thiết kế trên thường có mặt trong các âm li hi-fi sử dụng các bóng công suất như SV6L6GC, SV6550C, EL84 hay EL34.

E. Vì sao mỗi loại âm li bóng sử dụng các nguồn cấp năng lượng khác nhau? Vì sao ta sử dụng âm li bóng? Trường hợp nào ta sử dụng các chỉnh lưu bóng, các thiết bị chỉnh lưu dạng rắn hay các máy chỉnh lưu điện?

Các chỉnh lưu bóng thường dùng làm thiết bị cung cấp năng lượng cho các guitar amp vì nó có khả năng tạo ra dòng áp tương thích phần nào với mức tải cần thiết. Điều này khác nhiều so với các chỉnh lưu dạng rắn. Các chỉnh lưu dạng rắn giá thành thấp thường khiến nguồn cấp năng lượng hoạt động ở cường độ cao do khả năng nạp xả các tụ lọc khá chậm trong khoảng 50/60 lần mỗi giây. Các thiết bị chỉnh lưu silicon tốc độ cao thường thì cũng có giá thành không hề thấp do đó chúng chỉ thường xuất hiện trong các âm li cao cấp đắt tiền. Chỉnh lưu bóng thường có cường độ hoạt động cao hơn các chỉnh lưu dạng rắn do đó chúng được ưa chuộng hơn trong các thiết kế cao cấp.

Năng lượng DC chỉnh lưu rất hữu dụng đối với các thiết kế âm li class AB với chuẩn PP (push-pull). Do amp sử dụng dòng áp khác nhau khi ở trạng thái tĩnh và tổng tải nên nguồn chỉnh lưu bị “kéo” ít hơn khi hoạt động ở công suất lớn nhất, cung cấp mức phản hồi tạm thời tốt hơn cho thiết bị amp. Do giá thành khá cao nên thiết kế này chỉ thường được sử dụng trong các sản phẩm cao cấp mà thôi. Các âm li class A ít phụ thuộc vào chỉnh lưu hơn vì nguồn năng lượng chúng lấy từ DC trong thời gian hoạt động hầu như không thay đổi. Tuy nhiên điều này còn phụ thuộc vào các thiết kế bo mạch riêng biệt đòi hỏi phải kiểm tra và đo đạc cẩn thận trước khi đưa ra đánh giá cuối cùng. Chỉnh lưu không được sử dụng trong guitar amp vì dòng DC có thể “kéo” làm rối loạn tín hiệu đầu ra, một trong những yếu tố quyết định chất lượng của guitar amp.

F. Lợi thế của âm li OTL đối với một âm li thông thường với bộ chuyển đổi đầu ra? Độ tin cậy của âm li OTL ra sao?

Âm li OTL (output-transformerless) là một sản phẩm cao cấp và đắt tiền. Do khó có thể đạt được mức hiệu quả tối ưu khi xuất tín hiệu qua một bộ chuyển đổi đầu ra cho một âm li bóng, các kỹ sư thường chọn phương pháp loại bỏ luôn thiết bị chuyển đổi. Tuy nhiên do bóng có mức trở kháng cao hơn nhiều so với điện trở, những bóng với cực âm lớn và mức phân giải cao thường được dùng nhiều trong các cặp thiết kế push-pull. Một âm li OTL với thiết kế tốt sẽ có khả năng mang lại chất lượng âm thanh có một không hai. Tuy nhiên, các âm li OTL rẻ tiền thường có độ ổn định không cao và đòi hỏi sự bảo quản và bảo trì khá lôi thôi. Do đó chúng ta cần cân nhắc kỹ lưỡng về chất lượng và giá thành trước khi chọn một thiết bị ưng ý, tránh các phiền toái không đáng có.

G. Cấp điện song song (parallel feed), cấp điện tạm thời (shunt feed), SRPP, mu-follower là gì? Sự khác nhau và tương thích của mỗi loại như thế nào?

Cấp điện song song và cấp điện tạm thời thật ra là chung một kỹ thuật. Một điểm thắt được sử dụng để tải bóng công suất (thường là một bóng trong chế độ SE) trong khi bộ chuyển đổi đầu ra được nối với cực dương của bóng thông qua một tụ điện. Nhờ đó dòng áp từ cực dương của bóng không đi qua bộ chuyển đổi đầu ra. Đây là một kỹ thuật hết sức đắt tiền tuy nhiên nó có khả năng cải thiện chất lượng âm thanh khá đáng kể. Kỹ thuật này thường được sử dụng trong các amp cao cấp đắt tiền, tuy nhiên không được dùng trong guitar amp do chi phí quá cao.

Các mạch SRPP và mu-follower được thiết kế đặc biệt sử dụng một bóng đặt dưới thấp (để gia tăng gain) và một bóng bên trên đóng vai trò làm bóng tải cho bóng dưới. Bóng bên trên cũng được sử dụng như một cực âm truyền tải và một dòng lưu thông áp không đổi cung cấp cho bóng bên dưới. Các mạnh này có khả năng cải thiện chất lượng làm việc thiết bị rất ấn tượng. Loại mạch này thường được sử dụng trong giai đoạn preamp và driver của các amp công suất lớn (thường là chuẩn SE) dùng trong ngành âm thanh cao cấp.

Nguồn: Monospace.vn // http://monospace.vn/threads/bong-den-chan-khong.89/