電子管的原理

電子管在晶體管出現(xiàn)之前在音頻應(yīng)用與功率放大方面一直處于絕對(duì)統(tǒng)治的地位。隨著技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了性能更為優(yōu)越的晶體管。在進(jìn)入上個(gè)世紀(jì)60年代末，電子管被逐步的淘汰。但電子管并沒(méi)有就此走下歷史的舞臺(tái)。目前在一些高保真的音響器材中，仍然使用低噪聲、穩(wěn)定系數(shù)高的電子管作為音頻功率放大器件。在國(guó)內(nèi)外，電子管放大器有時(shí)甚至是一種身份的象征。

圖 電子管
 
電子管的發(fā)展歷史
電子管的出現(xiàn)必須從1883年開(kāi)始說(shuō)起。1883年發(fā)明家愛(ài)迪生在發(fā)明白熾燈的同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特的現(xiàn)象，金屬片雖然沒(méi)有與燈絲接觸，但如果在它們之間加上電壓，燈絲就會(huì)產(chǎn)生一股電流，趨向附近的金屬片。這股神秘的電流是從哪里來(lái)的？愛(ài)迪生也無(wú)法解釋，但他不失時(shí)機(jī)地將這一發(fā)明注冊(cè)了專利，并稱之為“愛(ài)迪生效應(yīng)”。 1904年世界上第一只電子管在英國(guó)物理學(xué)家弗萊明的手下誕生了。弗萊明為此獲得了這項(xiàng)發(fā)明的專利權(quán)。人類第一只電子管的誕生，標(biāo)志著世界從此進(jìn)入了電子時(shí)代。1906年，貧困潦倒的美國(guó)發(fā)明家德福雷斯特，在二極管的燈絲和板極之間巧妙地加了一個(gè)柵板，從而發(fā)明了第一只真空三極管。這一小小的改動(dòng)，竟帶來(lái)了意想不到的結(jié)果。它不僅反應(yīng)更為靈敏、能夠發(fā)出音樂(lè)或聲音的振動(dòng)，而且，集檢波、放大和振蕩三種功能于一體。
 
 
電子管存在的價(jià)值
由于電子管體積大、功耗大、發(fā)熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結(jié)構(gòu)脆弱而且需要高壓電源的缺點(diǎn)，它的絕大部分用途已經(jīng)被固體器件和晶體管所取代。優(yōu)點(diǎn):1電子管負(fù)載能力強(qiáng)2線性性能優(yōu)于晶體管3工作頻率高4高頻大功率領(lǐng)域的工作特性要比晶體管更好。在高保真音頻領(lǐng)域，電子管仍有其不可替代的作用。
 
電子管的結(jié)構(gòu)
電子管擁有三個(gè)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(shí)，電子就會(huì)游離而出，散布在小小的真空玻璃瓶里。第二個(gè)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(jiàn)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(fù)責(zé)吸引從陰極散發(fā)出來(lái)的電子（利用異性相吸的原理），作為電子游離旅行的終點(diǎn)。第三個(gè)極為「柵極」（Gird,以G代表），從構(gòu)造看來(lái)，它猶如一圈圈的細(xì)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(guò)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(gè)水龍頭一般，具有流通與阻擋的功能。電子管的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
 

圖 電子管的結(jié)構(gòu)
 
電子管的工作原理
當(dāng)點(diǎn)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(dá)到電子游離的溫度時(shí)，電子就會(huì)從金屬板飛奔而出。此時(shí)在電子是帶負(fù)電的，在屏極加上正電壓，電子就會(huì)受到吸引而朝屏極金屬板飛過(guò)去，穿過(guò)柵極而形成一電子流。柵極猶如一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)柵極不帶電時(shí)，電子流會(huì)穩(wěn)定的穿過(guò)柵極到達(dá)屏極，當(dāng)在柵極上加入正電壓，對(duì)于電子是吸引作用，可以增強(qiáng)電子流動(dòng)的速度與動(dòng)力；反之在柵極上加入負(fù)電壓，同性相斥的原理電子必須繞道才能到達(dá)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(hào)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(gè)電阻，藉此即可達(dá)到訊號(hào)放大的目的。電子管也與晶體管一樣，具有多種放大形式
 
電子管的分類
1按用途分類
按其用途的不同可分為電壓放大管、功率放大管、充氣管、閘流管、引燃管、變頻管、整流管、檢波管、調(diào)諧指示管（電眼）、穩(wěn)壓管等。
 
2按電極數(shù)分類
電子管按其電極數(shù)的不同可分為電壓放大管、三極管、四極管、五極管、六極管、七極管、八極管、九極管和復(fù)合管等。三極以上的電管又稱為多極管或多柵管。
 
3按外形分類
電子管按其外形及外殼材料可分為瓶形玻璃管（ST管）、“橡實(shí)”管、筒形玻璃管（GT管）、大型玻璃管（G式管）、金屬瓷管、小型管（也稱花生管或指形管、MT管）、塔形管（燈塔管）、超小型管（鉛筆形管）等多種。
 
4按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類
電子管按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為單二極管、二極管、雙二極三極管、雙二極管極管、單三極管、功率五極管、束射四極管、束射五極管、雙一極管、二極——五極復(fù)合管、又束射四極管、三極-五極復(fù)合管、三極-六極復(fù)合管、三極-七極復(fù)合管、束射功率各處室等多種類型。
 
5按陰極的加熱方式分類
電子管按陰極的加熱方式可分為直熱式陰極電子管（電流直接通過(guò)陰極使其達(dá)到熱電子發(fā)射狀態(tài)）和旁熱式陰極電子管（通過(guò)陰極旁的燈絲加熱陰極）。
 
6按屏蔽方式分類
電子管按屏蔽方式可分為銳截止屏蔽電子管和遙截止屏蔽電子管。
 
7按冷卻方式分類
電子管按冷卻方式可分為水冷式電子管、風(fēng)冷式電子管和自然冷卻式電子管。
 
現(xiàn)今電子管的主要應(yīng)用領(lǐng)域
晶體管以其優(yōu)異的性能，逐漸替代了電子管?，F(xiàn)今已經(jīng)基本很難看見(jiàn)電子管的蹤跡了。但在音頻功放方面，電子管始終占有著一席之地。并且在發(fā)燒級(jí)的音響設(shè)備中，電子管是必不可少的元件。
晶體管功放聽(tīng)起來(lái)高頻、中高頻有偏多感覺(jué)，低頻感覺(jué)偏少，晶體管功放聽(tīng)起來(lái)聲音較硬，特別是低頻聲不夠柔和，而高頻聲又顯得尖刺、發(fā)燥，聽(tīng)起來(lái)有時(shí)感到高頻段存在著交越畸變。電子管放大電路中，信號(hào)的偶次諧波失真大，奇次諧波失真小，晶體管正好相反。人耳對(duì)于偶次諧波是比較喜歡的，基音的偶次諧波越多，表現(xiàn)出的聽(tīng)覺(jué)感受就越“溫暖、柔和”也就是人們說(shuō)的“聽(tīng)感好”。奇次諧波正好相反，聽(tīng)覺(jué)感受上表現(xiàn)出“生硬、刺耳”等感覺(jué)，實(shí)際上就是現(xiàn)在人們常說(shuō)的“金屬聲”。當(dāng)頻率增高而音量又很大時(shí)，這些現(xiàn)象就更加明顯。