電子管,電子管是怎樣工作的

Word電子管,電子管是怎樣工作的

（電子管）,（電子）管是怎樣工作的

電子管是一種在氣密性封閉容器（一般為玻璃管）中產(chǎn)生電流傳導(dǎo)，利用電場對真空中的電子流的作用以獲得信號放大或振蕩的電子器件。早期應(yīng)用于電視機、收音機擴音機等電子產(chǎn)品中，近年來逐漸被（晶體管）和（集成電路）所取代，但目前在一些高保真音響器材中，仍然使用電子管作為（音頻）（功率放大器）件（香港人稱使用電子管功率放大器為“煲膽”）。

電子管在電器中用字母“V”或“VE”表示，舊標(biāo)準用字母“G”表示。

電子管引腳的識別

電子管腳的識別

電子管的基本參數(shù)

1.燈絲電壓：V；

2.燈絲（電流）：mA；

3.陽極電壓：V；

4.陽極電流：mA；

5.柵極電壓：V；

6.柵極電流：mA；

7.陰極接入（電阻）：Ω；

8.輸出功率：W；

9.跨導(dǎo)：mA/v；

10.內(nèi)阻:kΩ。

電子管的發(fā)明與盤尼西林以及輪胎的發(fā)現(xiàn)一樣具有戲劇性：在實驗室中靠近窗戶幾個未清洗的實驗皿，不經(jīng)意從窗外飄來一些霉菌落在實驗皿上，科學(xué)家驚訝的發(fā)現(xiàn)某些落入實驗皿中的霉菌，可以抑制壞菌的擴散與成長，加以實驗分析之後這種霉菌就成為了有效且使用廣泛的抗生素之一；同樣的情景也發(fā)生在研究橡膠的實驗中，偶然打破裝在玻璃杯里的硫黃，倒入融化的橡膠液體中，凝固後橡膠變成了堅硬且頗富韌性的材質(zhì)。電子管當(dāng)然不是無緣無故做幾片金屬板封裝在抽真空的玻璃瓶里進行實驗的，它與發(fā)明大王愛迪生有著一段故事。

電流與電子流動的方向恰巧相反

在此之前試問一個小問題：（電路）分析上「電流」的方向與實際上「電子」流動的方向是否相同？答案是否定的，電流與電子流的方向是恰巧相反的。過去的科學(xué)家無法觀察電子流動的方向，于是統(tǒng)一說法，將（電池）的某一極設(shè)定為正極，其電壓為正電壓，電流由正極流至負極而形成一個封閉的回路。由於大家統(tǒng)一說法與作法，因此多年來并沒有發(fā)生任何沖突之事，直到了近代科學(xué)家有了更精良的設(shè)備，觀察之後遂推翻了之前的說法：「原來電子是由電池的負端流出來的」！（換言之，電子是從擴大機的喇叭負端流出，而從喇叭正端回流的）

身為使用者并不需要在意何者為真，只要按照科學(xué)家的結(jié)論行事就可以了。說這一段就是因為當(dāng)初愛迪生發(fā)明燈泡之後，發(fā)現(xiàn)他生產(chǎn)的燈泡燈絲老是從正極端燒斷，于是進一步實驗在燈泡中加入一塊小金屬板，點燈之後將金屬板連接電表，分別施以正電壓以及負電壓，觀察電流的情形。

對于當(dāng)時的科學(xué)而言，位于真空狀態(tài)下且不連接的金屬板，不論如何連接是不可能產(chǎn)生電流的，但怪事發(fā)生了，愛迪生發(fā)現(xiàn)某種物質(zhì)（其實就是電子）會透過金屬板，會從電池的負極騰空「跳」到正極，此發(fā)現(xiàn)當(dāng)然激起更大的實驗動機，此現(xiàn)象便稱為「愛迪生效應(yīng)」。這也是科學(xué)家首次質(zhì)疑電流流動的方向，以及自由電子在空間中流動的現(xiàn)象。

金屬之所以能導(dǎo)電，就是因為金屬的自由電子較多，便于電子的相互流動，因此電子材料必須由導(dǎo)電性佳的材質(zhì)制成。電子還有個特性，帶負電的電子容易受到正電壓的吸引，所謂同性相斥、異性相吸。又從愛迪生效應(yīng)中得知，當(dāng)加熱金屬物質(zhì)時，活躍于質(zhì)子外圍的自由電子容易產(chǎn)生游離現(xiàn)象，溫度高導(dǎo)致電子活性增強，此時若空間中有一正電壓強力吸引，游離的電子就會在空間中流動。基於這幾個當(dāng)時已被了解的知識，弗來明（J．A.Fleming）于1904年制造出第一支二極電子管，李德科士（DeForestLee）將（二極管）加以改良，于1907年制造出第一支（三極管），既然成功研發(fā)了二極管，電子管的應(yīng)用開始實現(xiàn)，電子管的發(fā)展從此一日千里。(詳見圖1)

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三極管是最基本的電子管

電子管又稱「真空管」（VacuumTube），代表玻璃瓶內(nèi)部抽真空，以利于游離電子的流動，也可有效降低燈絲的（氧化）損耗。二極管、三極管、五極管，從字面意義代表電子管內(nèi)部基本「極」的數(shù)量。電子管擁有三個最基本的極，第一是「陰極」（Cathode,以K代表）：陰極當(dāng)然是陰性的，它是釋放出電子流的地方，它可以是一塊金屬板或是燈絲本身，當(dāng)燈絲加熱金屬板時，電子就會游離而出，散布在小小的真空玻璃瓶里。第二個極是「屏極」（Plate，以P代表），基本上它是電子管最外圍的金屬板，眼睛見到電子管最外層深灰色或黑色的金屬板，通常就是屏極。屏極連接正電壓，它負責(zé)吸引從陰極散發(fā)出來的電子（利用異性相吸的原理），作為電子游離旅行的終點。第三個極為「柵極」（Gird,以G代表），從構(gòu)造看來，它猶如一圈圈的細線圈，就如同柵欄一般，固定在陰極與屏極之間，電子流必須通過柵極而到屏極，在柵極之間通電壓，可以控制電子的流量，它的作用就如同一個水龍頭一般，具有流通與阻擋的功能。

引擎運轉(zhuǎn)必須要有燃料，電子管的工作動力為電能。電子管的電極當(dāng)中，最重要的應(yīng)屬陰極，它負責(zé)將電子釋放出來，作為一切工作的基礎(chǔ)。

最早的電子管由于構(gòu)造原理簡單，直接將燈絲充當(dāng)陰極使用，換句話說，當(dāng)燈絲點亮?xí)r，由于燈絲溫度提高,電子就從燈絲釋放出來,經(jīng)過柵極直奔屏極。這種電子管就叫“直熱式電子管”。300B，就是屬于這種類型的電子管，相較於其他現(xiàn)代化的五極電子管，300B的構(gòu)造簡單，輸出功率也低。

燈絲（Filament）可以使用不同的材質(zhì)制成，由于直熱式三極管直接將燈絲當(dāng)作陰極，因此燈絲的特性直接影響著直熱式電子管的性能?；旧?，電子管的燈絲主要可分成三種材質(zhì)構(gòu)成，第一種當(dāng)然是耐高溫的鎢絲。將純度高的鎢絲抽成細絲，卷繞在電子管的最內(nèi)層，通電之後即可升高溫度。但鎢絲必須加溫到兩千多度時，電子才能發(fā)散，因此以鎢絲制成燈絲的電子管點燃時，會發(fā)出光輝耀眼的亮度，同時溫度高得嚇人。別意外，不是電子管要燒掉了，而是它本來如此！但將鎢絲點亮需要消耗較大的電力，優(yōu)點是鎢絲甚為耐用，普遍運用于較大功率或長壽命的電子管上。在某些情況下這種真空管的壽命可達數(shù)萬小時，拿來當(dāng)作家里的燈泡，既耐用又有裝飾的作用，一舉數(shù)得！另一種燈絲采用釷鎢合金，它只須將燈絲加溫至一千多度即可工作，相較之下較省電力。最常使用的應(yīng)為氧化鹼土燈絲，它的作法是在燈絲外，涂上一層厚厚的氧化鹼土，看起來接近白灰色的物質(zhì)，它只需要加溫至約70度（看起來約為暗紅色），即可獲得足量的電子，因此工作溫度最低、也最節(jié)省電力，一般而言只須供應(yīng)6.3V左右的直流，就可以正常工作。

直熱式電子管當(dāng)然有它天生的優(yōu)點，但卻有一個致命的缺點，那就是陰極容易因燈絲的溫度變化而改變特性。當(dāng)燈絲電壓變動時，或以交流電供應(yīng)燈絲時，陰極呈現(xiàn)在不穩(wěn)定的狀態(tài)下。因此有人主張直熱式電子管應(yīng)采用直流供電，也有人強調(diào)必須以交流供電以免損傷陰極，這種爭論過去在音響界早已成為一個爭論不休的話題。

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旁熱式電子管的穩(wěn)定度較高

為了解決直熱式電子管的燈絲問題，電子管設(shè)計者決定讓燈絲與陰極分家獨立，在燈絲的旁邊套上一圈金屬套筒，讓燈絲直接對金屬板加熱，電子從金屬板散發(fā)出來，這種加熱方式就稱為「旁熱式電子管」。

如此，電子管似乎就穩(wěn)定許多了，由于金屬套筒的體積與儲熱量高高大于傳統(tǒng)的燈絲，因此即使燈絲暫時的溫度變動，甚至?xí)簳r幾秒的停止加熱，金屬板的溫度變化改變有限，這也就是為什么某些電子管機關(guān)機之後，它還能唱個十幾秒的主要原因。既然陰極與燈絲獨立，陰極板必須由燈絲間接加熱，于是燈絲再度改成鎢絲材質(zhì)，以求耐久性，并在鎢絲外層涂上一層白磁，一方面絕緣，另一方面也有定型的效果。由于間接加熱效果較差，陰極金屬板上會涂上釷、鋇或其他有利于電子發(fā)散的物質(zhì)。也因此，電子管的金屬極板看起來總是灰黑色，不像正常的金屬板，也由于制作組裝時必須仰賴手工，因此金屬板上總會留下許多細小的刮痕，用家購買電子管時不必意外擔(dān)心。

直熱式電子管與旁熱式電子管使用上的差異呢？對于一般使用者而言是不必在乎直熱式電子管與旁熱式電子管的不同，但對于設(shè)計者而言，旁熱式電子管由于間接加熱的關(guān)系，燈絲電流通常較大，而且旁熱式的結(jié)構(gòu)必須對陰極金屬板加溫，因此開機后有一段緩慢的加溫期，如果是前級，則必須做好延時設(shè)計，以免開機的脈沖傷了后級。

依據(jù)發(fā)展的過程來看，最早的電子管當(dāng)然是直熱式的設(shè)計，二極管是首先被發(fā)展出來的，二極管的功能猶如現(xiàn)在的二極（晶體）管，具有整流以及收音機內(nèi)部檢波的功能，二極管經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，也可以成為穩(wěn)壓管。由于電子管的工作原理很簡單，因此第一支電子管被成功的制造出來之後，就有許多科學(xué)家加入研發(fā)的工作。第一支三極管在l907年被一位美國科學(xué)家成功制造，從此便開啟了無線電時代的來臨，告別留聲機，進入擴大機時代。

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電子管的工作原理

現(xiàn)在，我們更進一步來看看最簡單的電子管工作原理。

將一支電子管拆開之後，繪於附圖之中，從圖可知，當(dāng)點亮燈絲，燈絲溫度逐漸升高，雖然是真空狀態(tài)，但燈絲溫度以輻射熱的方式傳導(dǎo)至陰極金屬板上，等到陰極金屬板溫度達到電子游離的溫度時，電子就會從金屬板飛奔而出。此時在電子是帶負電的，在屏極加上正電壓，電子就會受到吸引而朝屏極金屬板飛過去，穿過柵極而形成一電子流。柵極猶如一個（開關(guān)），當(dāng)柵極不帶電時，電子流會穩(wěn)定的穿過柵極到達屏極，當(dāng)在柵極上加入正電壓，對于電子是吸引作用，可以增強電子流動的速度與動力；反之在柵極上加入負電壓，同性相斥的原理電子必須繞道才能到達屏極，若柵極的結(jié)構(gòu)龐大，則電子流有可能全數(shù)被阻隔。

利用柵極可以輕易控制電子流的流量，將輸入訊號連接在柵極上，并且加入適當(dāng)?shù)钠珘?，并且在屏極串上一個電阻，藉此即可達到訊號放大的目的。電子管也與晶體管一樣，具有多種放大形式（事實上，晶體管的放大形式是從電子管延伸過來的應(yīng)用），結(jié)合不同的電子材料如電阻、（電感）、（變壓器）以及（電容）等，就可以創(chuàng)造出千變?nèi)f化的電子產(chǎn)品。

觀察電子管的管壁內(nèi)部可以看到一塊類似水銀的薄膜黏附在玻璃壁上，這是延長電子管壽命的設(shè)計。除了極少部份低壓電子管外（并非指工作電壓低，而是指電子管內(nèi)部存在低壓氣體），大部分的電子管必須抽真空才能正常工作。電子管的接腳為金屬腳，雖然以玻璃封裝，但玻璃與金屬接腳之間仍然有漏氣的機會。玻璃管內(nèi)的金屬蒸鍍物（即消氣劑），會與氣體進行作用，它存在的目的就在于吸收氣體，以維持電子管內(nèi)部的真空度。這一層薄薄的金屬物氧化之後，會變