高生带您了解真空管的工作原理和分类

上海高生集成电路设备有限公司主要从事半导体尾气处理设备、制冷设备的生产制造,及半导体真空管道规划设计及其安装施工工程，以安全、品质、效率为保障的半导体配套设备公司。现在高生带您了解真空管的工作原理和分类。

真空管的历史

1904年，英国的弗莱明（John Fleming）发明了真空二极管，开启应用电子的大门。 1907年，德佛瑞斯特（Lee de Forest）发明真空三极管，可以控制电子的活动，从此电子技术一日千里，电子产品五花八门，带来生活便利，真空管的贡献功不可没。 1939年，美国阿坦那索夫（John. V. Atanasoff）博士和他的学生贝瑞（Clifford Berry），利用真空管完成了一台16位的加法器，这是第一台真空管计算机。 1946年，美国宾州大学教授艾克特(J. Presper Echert) 和马其里(Dr. John W. Mauchly)，完成了第一部以真空管为零件的电脑ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)，称为电子数值计算机，是世界上第一部重要的数位电脑。它共享了18000个真空管，重约30吨、长30公尺，大约要两间教室才摆得下，却从未发挥全部的潜能，因为真空管老是在运算过程中烧坏。真空管因为体积庞大、耗电量大、散热不易、可靠性低，在使用上相当不方便，而且价格昂贵普及性低，至1970年以后逐渐被电晶体取代。现今真空管仅剩运用在音响器材及大功率高频通讯系统上。

真空管工作原理

真空管的原理是阴极金属板放射出电子，由另一端的阳极金属板接收。一般来说，两者之间会有一个栅极，用作控制真空管内的电流流动。以阴极电压为0 V作参考，阳极的电压一般是数百个伏特正电压 (+V)，而栅极（铁丝网）的电极正常来说是带负电压 (-V)。真空管可以分为直接加热和间接加热两种。在加热后，真空管的阴极会放射出电子。因为真空管需要时间加热，才能运作，所以使用真空管的音响需要一段较长时间才能启动。

真空多极管

常见真空管可分为二极管、三极管、四极管、五极管，从字面意义代表真空管内部基本「极」的数量。真空管拥有三个基本的极，第一是「阴极」（Cathode，以K代表）：是释放出电子流的地方，是一块金属板或是灯丝本身，当灯丝加热金属板时，电子就会游离而出，散布在真空玻璃瓶里。第二个极是「屏极」（Plate，以P代表），基本上是真空管外围的金属板，眼睛见到真空管外层深灰色或黑色的金属板，通常就是屏极。屏极连接正电压，它负责吸引从阴极散发出来的电子，利用异性相吸的原理，作为电子游离旅行的终点。第三个极为「栅极」（Gird，以G代表），从构造看来，它犹如一圈圈的细线圈，就如同栅栏一般，固定在阴极与屏极之间，电子流必须通过栅极而到屏极，在栅极之间通电压，可以控制电子的流量，它的作用就如同一个水龙头一般，具有流通与阻挡的功能，然而三极管、四极管与五极管都具有相同的基本放大作用的功能。

真空管的功能与比较

真空管和电晶体都是电子开关，都可用来控制电的流通，或用以增强或放大电讯号。

真空管优缺点

优点:

1. 增益频宽(GBW)乘积大

2. 输出功率大

缺点:

1. 体积大

2. 寿命短于晶体管

3. 易产生高热

4. 消耗大量功率

5. 价格昂贵

放大特性理想

假设屏压一定，逐渐改变栅极的电压，（因为真空管的输入阻抗非常的高），可以很明显的发现，当偏压由0Ｖ升高到5Ｖ的时候，每增加1Ｖ偏压，流过屏极的电流不会呈现线性增加，但是由0Ｖ降低到－5Ｖ的时候，每降低1Ｖ的偏压，电流会降低2ma，直到没有电流为止，这就说明了为何真空管大部分操作在负偏压的状态下。

虽然有许多原件已经渐渐取代了真空管，但是唯有少部分产品没有被取代。然而，目前市面上常见的真空管产品就是属于真空管音响为较多。真空管音响的音质比其它组件所组成的音响来的优美。虽然真空管与电晶体各有优缺点。但是，如果将真空管的优点与电晶体的优点相结合的话，那么对于设计音响产品就有莫大的裨益。

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