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电子管
2025-02-08
电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器（一般为玻璃管）中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极（屏极）引线被焊在管基上。利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中，后来逐渐被半导体材料制作的放大器和集成电路取代，但在一些高保真的音响器材中，仍然使用低噪声、稳定系数高的电子管作为音频功率放大器件（香港人称使用电子管功率放大器为"胆机"）。
内部结构
1.电子管的阴极
阴极是用来放射电子的部件, 分为氧化物阴极和碳化钍钨阴极。一般来说氧化物阴极是旁热式的, 它是利用专门的灯丝对涂有氧化钡等阴极体加热, 进行热电子放射。寿命一般在1000 ～ 3000 小时。碳化钍钨阴极一般都是直热式的,通过加热即可产生热电子放射, 所以它既是灯丝又是阴极。理论上碳化钍钨阴极比氧化物阴极寿命长得多, 一般在2000 ～ 10000 小时以上。大功率发射管应用最为广泛的是碳化钍钨阴极, 氧化物阴极一般在输出功率为1kW 以下的发射管中应用。
近年来采用网状阴极的大功率发射管较多。网状阴极是用较细的钍钨丝做成圆筒状, 其优点是:
1)由于它用很多根钍钨丝编成, 所以导流系数较大。
2)易于实现较小的阴栅间距, 有利于提高跨导。
3)由于灯丝是网状结构, 单根灯丝的电流较小, 局部磁场较弱, 从而阴极电流所产生的交流声也较小。
2.电子管的栅极
电子管的栅极根据它们在管中所起的作用不同分为一栅、二栅, 有时也称为控制栅、帘栅。第一栅的主要作用是控制阴极电流, 二栅的作用是屏蔽板极对第一栅的影响。栅极结构关系到本身的机械强度和散热效果, 关系到管子可否稳定工作。为了减小电子的渡越时间, 栅阴间距作的很短甚至不到1mm , 因此厂商多采用机械强度高、导热系数高、辐射系数好以及熔点高的材料来做栅极, 以闭免在很小的间距下发生热碰极。一栅和二栅应严格对栅, 这样帘栅对电子截获小, 可减小帘栅耗, 改善电流分配提高性线。
3.电子管的阳极
阳极是收集阴极发射出来的大部分电子的电极。电子管工作时, 由于电子管轰击板极表面, 以及其它电极的热辐射, 在板极产生大量热能, 因其板极的耗散功率密度是每平方厘米几十瓦到几百瓦, 这样大的功率密度采用自然辐射或传导的冷却已不能胜任。故须采用强制冷却方式。常用的有风冷、水冷和蒸发冷却等
基本单位缩写
1.灯丝电压：V；
2.灯丝电流：mA；
3.阳极电压：V；
4.阳极电流：mA；
5.栅极电压：V；
6.栅极电流：mA；
7.阴极接入电阻：Ω；
8.输出功率：W；
9.跨导：mA/v；
10.内阻： kΩ。
发展历史
1883年，发明大王托马斯·爱迪生正在为寻找电灯泡最佳灯丝材料，曾做过一个小小的实验。他在真空电灯泡内部碳丝附近安装了一小截铜丝，希望铜丝能阻止碳丝蒸发。但是他失败了，他无意中发现，没有连接在电路里的铜丝，却因接收到碳丝发射的热电子产生了微弱的电流。当时爱迪生正潜心研究城市电力系统，没重视这个现象。但他为这一发现申请了专利，并命名为"爱迪生效应"。
1904年，世界上第一只电子二极管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了，这使爱迪生效应具有了实用价值。弗莱明也为此获得了这项发明的专利权。
1906年，美国发明家德福雷斯特（De Forest Lee），在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管．
1947年，美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三人合作发明了晶体管——一种三个支点的半导体固体元件．
1904年，世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了。弗莱明为此获得了这项发明的专利权。人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。世界上第一台计算机用1.8万只电子管，占地170㎡，重30t，耗电150kW。
说起电子管的发明，我们首先得从"爱迪生效应"谈起。爱迪生这位举世闻名的大发明家，在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，他发现了一个奇怪的现象：金属片虽然没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的？爱迪生也无法解释，但他不失时机地将这一发明注册了专利，并称之为"爱迪生效应"。后来，有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。但最先预见到这一效应具有实用价值的，则是英国物理学家和电气工程师弗莱明。
弗莱明的二极管是一项崭新的发明．它在实验室中工作得非常好．可是，不知为什么，它在实际用于检波器上却很不成功，还不如同时发明的矿石检波器可靠．因此，对当时无线电的发展没有产生什么冲击．
此后不久，贫困潦倒的美国发明家德福雷斯特，在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管．这一小小的改动，竟带来了意想不到的结果．它不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动，而且，集检波、放大和振荡三种功能于一体．因此，许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点．德福雷斯特自己也非常惊喜，认为"我发现了一个看不见的空中帝国"。电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展。到1960年前后，西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管。电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外，也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户。就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力。
三条腿的魔术师电子管在电子学研究中曾是得心应手的工具。电子管器件历时40余年一直在电子技术领域里占据统治地位。但是，不可否认，电子管十分笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂。因此，电子管问世不久，人们就在努力寻找新的电子器件。第二次世界大战中，电子管的缺点更加暴露无遗。在雷达工作频段上使用的普通的电子管，效果极不稳定。移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙，易出故障。因此，电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要，都促使许多科研单位和广大科学家，集中精力，迅速研制成功能取代电子管的固体元器件。
电子管的替代产品叫晶体管。
随着科技的发展，人们对生产的机械在体积上向体积越来越小的方向发展，由于电子管的体积大，而且在移动过程中容易损坏，越来越多的表现出其的弊端，于是人们开始寻找和开发电子管的可替代产品。随着后来的晶体管的出现，已越来越多的机械不再使用电子管。晶体管的出现是人类在电子方面一个大的飞跃。
早在20世纪30年代，人们已经尝试着制造固体电子元件。但是，当时人们多数是直接用模仿制造真空三极管的方法来制造固体三极管。因此这些尝试毫无例外都失败了。
优缺点
由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，它的绝大部分用途已经被固体器件晶体管所取代。优点：1、电子管负载能力强2、线性性能优于晶体管3、工作频率高4、高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好
所以仍然在一些地方（如大功率无线电发射设备，高频介质加热设备）继续发挥着不可替代的作用。
种类
（一）按用途分类
电子管按其用途的不同可分为电压放大管、功率放大管、充气管、闸流管、引燃管、变频管、整流管、检波管、调谐指示管（电眼）、稳压管等。
（二）按电极数分类
电子管按其电极数的不同可分为电压放大管、三极管、四极管、五极管、六极管、七极管、八极管、九极管和复合管等。三极以上的电管又称为多极管或多栅管。
（三）按外形分类
电子管按其外形及外壳材料可分为瓶形玻璃管（ST管）、"橡实"管、筒形玻璃管（GT管）、大型玻璃管（G式管）、金属瓷管、小型管（也称花生管或指形管、MT管）、塔形管（灯塔管）、超小型管（铅笔形管）等多种。
（四）按内部结构分类
电子管按其内部结构可分为单二极管、二极管、双二极三极管、双二极管极管、单三极管、功率五极管、束射四极管、束射五极管、双一极管、二极——五极复合管、又束射四极管、三极-五极复合管、三极-六极复合管、三极-七极复合管、束射功率各处室等多种类型。
（五）按阴极的加热方式分类
电子管按阴极的加热方式可分为直热式阴极电子管（电流直接通过阴极使其达到热电子发射状态）和旁热式阴极电子管（通过阴极旁的灯丝加热阴极）。
（六）按屏蔽方式分类
电子管按屏蔽方式可分为锐截止屏蔽电子管和遥截止屏蔽电子管。
（七）按冷却方式分类
电子管按冷却方式可分为水冷式电子管、风冷式电子管和自然冷却式电子管。
