站内公告：
电子管（三）
2025-02-11
效晶体管
摩尔定律
由于硅晶体管适合高温工作，可以抵抗大气影响，在电子工业领域是最受欢迎的产品之一。从1967年以来，电子测量装置或者电视摄像机如果不是"晶体管化"的，那么就别想卖出去一件．轻便收发机，甚至车载的大型发射机也都晶体管化了。
另外，晶体管还特别适合用作开关，它也是第二代计算机的基本元件。人们还常常用硅晶体管制造红外探测器，就连可将太阳能转变为电能的电池——太阳能电池也都能用晶体管制造，这种电池是遨游于太空的人造卫星的必不可少的电源。晶体管这种小型简便的半导体元件还为缝纫机、电钻和荧光灯开拓了电子控制的途径．从1950年至1960年的十年间，世界主要工业国家投入了巨额资金，用于研究、开发与生产晶体管和半导体器件。例如，纯净的锗或硅半导体，导电性能很差，但加入少量其它元素（称为杂质）熔点材料的提纯、熔炼和扩散的技术。特别是晶体管在军事计划和宇宙航行中的威力日益显露出来以后，为争夺电子领域的优势地位，世界各国展开了激烈的竞争．为实现电子设备的小型化，人们不惜成本，纷纷给电子工业以巨大的财政资助。
自从1904年弗莱明发明真空二极管，1906年德福雷斯特发明真空三极管以来，电子学作为一门新兴学科迅速发展起来。但是电子学真正突飞猛进的进步，还应该是从晶体管发明以后开始的。尤其是PN结型晶体管的出现，开辟了电子器件的新纪元，引起了一场电子技术的革命．在短短十余年的时间里，新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和年轻人那样无所顾忌的气势，迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位，一跃成为电子技术领域的排头兵。现代电子技术的基础诚然，电子管的发明使电子设备发生了革命性变化，但是电子管体大易碎，费电又不可靠。因此，晶体管的问世被誉为本世纪最伟大的发明之一，它解决了电子管存在的大部分问题。可是单个晶体管的出现，仍然不能满足电子技术飞速发展的需要。随着电子技术应用的不断推广和电子产品发展的日趋复杂，电子设备中应用的电子器件越来越多．比如二次世界大战末出现的B29轰炸机上装有1千个电子管和1万多个无线电元件．电子计算机就更不用说了。1960年上市的通用型号计算机有10万个二极管和2.5万个晶体管。一个晶体管只能取代一个电子管，极为复杂的电子设备中就可能要用上百万个晶体管。一个晶体管有3条腿，复杂一些的设备就可能有数百万个焊接点，稍一不慎，就极有可能出现故障．为确保设备的可靠性，缩小其重量和体积，人们迫切需要在电子技术领域来一次新的突破。1957年苏联成功地发射了第一颗人造卫星，这一震惊世界的消息引起了美国朝野的极大震动，它严重挫伤了美国人的自尊心和优越感，发达的空间技术是建立在先进的电子技术基础上的。为夺得空间科技的领先地位，美国政府于1958年成立了国家航空和宇航局，负责军事和宇航研究，为实现电子设备的小型化和轻量化，投入了天文数字的经费。就是在这种激烈的军备竞赛的刺激下，在已有的晶体管技术的基础上，一种新兴技术诞生了，那就是今天大放异彩的集成电路。有了集成电路，计算机、电视机等与人类社会生活密切相关的设备不仅体积小了，功能也越来越齐全了，给现代人的工作、学习和娱乐带来了极大便利。那么，什么是集成电路呢？集成电路是在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容、包括连接线做在一起，真正是立锥之地布千军，它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合。
集成电路的问世是离不开晶体管技术的，没有晶体管就不会有集成电路．本质上，集成电路是最先进的晶体管——外延平面晶体制造工艺的延续．集成电路设想的提出，同晶体管密切相关．1952年，英国皇家雷达研究所的一位著名科学家达默，在一次会议上曾指出："随着晶体管的出现和对半导体的全面研究，现在似乎可以想象，未来电子设备是一种没有连接线的固体组件．"虽然达默的设想并未付诸实施，但是他为人们的深入研究指明了方向．
后来，一个叫基尔比的美国人步达默的后尘，走上了研究固体组件这条崎岖的小路．基尔比毕业于伊利诺斯大学电机工程系．1952年一个偶然机会，基尔比参加了贝尔实验室的晶体管讲座．富于创造性的基尔比一下子就被晶体管这个小东西迷住了．
当时，他在一家公司负责一项助听器研究计划．心系晶体管的基尔比不由自主地想把晶体管用在助听器上，他果然获得了成功．他研究出一种简便的方法，将晶体管直接安装在塑料片上，并用陶瓷密封．初步的成功使他对晶体管的兴趣与日俱增．为寻求更大的发展，基尔比于1958年5月进入得克萨斯仪器公司．当时，公司正参与美国通信部队的一项微型组件计划．基尔比非常希望能在这一计划中一显身手．强烈的自尊促使他决心凭自己的智慧和努力进入这一计划．于是，他常常一个人埋头在工厂，思考采用半导体制造整个电路的途径．记不清多少次苦苦思索，多少回实验，多少次挫折，经过长时间的孤军奋战，到1959年，一块集成电路板终于在基尔比的手中诞生了．
同年3月，这一产品被拿到无线电工程师协会上展出．得克萨斯公司当时的副总裁谢泼德自豪地宣布，这是"硅晶体管后得克萨斯仪器公司最重要的开发成果"．在晶体管技术基础上迅速发展起来的集成电路，带来了微电子技术的突飞猛进．
微电子技术的不断进步，极大降低了晶体管的成本，在1960年，生产1只晶体管要花10美元，而今天，1只嵌入集成电路里的晶体管的成本还不到1美分．这使晶体管的应用更为广泛了．
不仅如此，微电子技术通过微型化、自动化、计算机化和机器人化，将从根本上改变人类的生活．它正在冲击着人类生活的许多方面：劳动生产、家庭、政治、科学、战争与和平．
晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
工作条件
1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关短状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。
4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。
从晶闸管的内部分析工作过程：
晶闸管是四层三端器件，它有J1.J2.J3三个PN结图1，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2
当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,
晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：
Ia=Ic1 Ic2 Ic0 或Ia=a1Ia a2Ik Ic0
若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia Ig
从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0 Iga2)/（1-（a1 a2））（1—1）式
硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。
当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1 a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图3，当a1和a2随发射极电流增加而（a1 a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1 a2）≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。
式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（a1 a2）≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。
构造原理
下面的讨仅限于真空式电子管
二极管：
考虑一块被加热的金属板，当它的温度达到摄氏800度以上时，会形成电子的加速运动，以至能够摆脱金属板本身对它们的吸引而逃逸到金属表面以外的空间。若在这一空间加上一个十几至几万伏的正向电压（在上面说到的显像管，阳极上就加有7000--27000伏的高压），这些电子就会被吸引飞向正向电压极，流经电源而形成回路电流。
二极管
把金属板（阴极），加热源（灯丝），正向电压极板（阳极）封装在一个适当的壳里，即上面说的玻璃（或金属，陶瓷）封装壳，再抽成几近真空，就是电子二极管。
需要说明的是由于制造工艺，杂质附着以及材料本身等原因，管内会残留微量余气，成品管都在管内涂敷了一层吸气剂。吸气剂一般使用掺氮的蒸散型锆铝或锆钒材料。除特殊用途外（如超高频和高压整流等），为便于使用和增加一至性，均为两只二极管，或二极三极，或三极三极以及二极五极等合装在一个管壳内，这就是复合管。
三极管
二极管的结构决定了它的单向导电的性质，当在阴极与阳极之间再加上一个带适当电压的极点，这个电压就会改变阴极的表面电位，从而影响了阴极热电子飞向阳极的数量，这就是调制极，一般是用金属丝做成螺旋状的栅网，所以又把它称为栅极。这就是阀门功能了。由此可以知道，当作为被放大的信号电压加在栅极----阴极之间时，由于它的变化必然会使阳极电流发生相应的变化，又由于阳极电压远高于阴极，因此栅阴极间微小的电压变化同样能使阳极产生相应的几十至上百倍的电压变化，这就是三极管放大电压三极管信号的原理。
四极管
纯粹意义的四极管只是在电子管的发展史上作为验证管出现过而没有进入实用，在商品功放里超过半数以上的机种用的是束射四极管。束射四极管全部是功率管，对功率管的要求是产生尽可能大的阳极电流。束射四极管在电极的结构上做了一些特殊的安排，使其在保持和其它功率管体积差别不大的前提下，能够形成比其它功率管更大的阳极电流。
束射四极管的几个结构特点：
1. 阴极为椭圆型，这就增加了阴极的有效发射面积，从而增加了热电子的发射量。
2. 和三极管一样，在抑制栅极和阳极之间加有帘栅极，作用前面说过了。
3. 在帘栅极和和阳极之间加了一对弓型金属板（说到重点了，注意下面的表述），这就是集束屏。集束屏在管内和阴极相连即与阴极等电位，它迫使已经越过帘栅极的电子流只能沿弓型金属板的开口方向成束状射向阳极。
检测
外观检查
1．观察电子管顶部的颜色 正常的电子管，其顶部的颜色是银色或黑色。若顶部已变成乳白色或浅黑色，则说明该电子管已漏气或老化。
2．观察管内是否有杂物 轻轻摇动或用手指轻弹电子管玻壳，再上下颠倒几下仔细观察内是否有碎片、白色氧化物、碎云母片等杂物。若电子管内有杂物，则说明该管经过居中烈振动，其内部极间短路的可能性较大。
用万用表检测
1．测量灯丝电压 用万用表R×1档，测量电子管的两个灯丝引脚的电阻值，正常值只有几欧姆。若测得阻值为无穷大，则说明该电子管的灯丝已断。
2．检测电子管是否衰老 通过用万用表测量电子管阴极的发射能力，即可判断出电子管是否衰老。检测时，可单独为电子管的灯丝提供工作电压（其余各极电压均不加），预热2min左右，用万用表R×100档，红表笔接电子管极阴，黑表笔接栅极（表内1.5V电池相当于给电子管加上正偏栅压），测量栅、阴极之间的电阻值。正常的电子管，栅、阴极之间的电阻值应小于3kΩ。若测得电子管栅、阴极之间的阻值大于3 kΩ，则说明该电子管已衰老。该电阻值越大，电子管的衰老程度越严重。
