真空管简介
三极管是最基本的真空管
二极管、三极管、五极管,从字面意义代表真空管内部基本“极”的数量。真空管拥有三个最基本的极,第一是“阴极”(Cathode,以K代表):阴极当然是阴性的,它是释放出电子流的地方,它可以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,散布在小小的真空玻璃瓶里。第二个极是“屏极”(Plate,以P代表),基本上它是真空管最外围的金属板,眼睛见到真空管最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(还记得吗?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”(Grid,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。
基本理论
一切由电子开始谈起。电子元件本来就是一项专精的电子物理学,利用材质以及结构上的特性,对电形成不同的反应。例如,利用两片紧贴但不接触的金属 薄板,就可以形成电容;利用以矽为主的材质,经过适当的制程,就可以变成半导体如二极体、电晶体以及IC等;将铜线以绝缘漆封装形成漆包线,将漆包线卷起来就形成电感、加入铁芯则成为变压器、并接在一起就是李玆线。还有其他诸多电子元件,其实都是架构在基础物理现象上的精巧设计。
真空管的工作原理
现在,我们更进一步来看看最简单的真空管工作原理。 整理一下刚刚所述,真空管具有几个极,由最内层到最外层分别为:灯丝,阴极,栅极,屏极。将一支真空管拆开之后,绘于附图之中,从图可知,当点亮灯丝,灯丝温度逐渐升高,虽然是真空状态,但灯丝温度以辐射热的方式传导至阴极金属板上,等到阴极金属板温度达到电子游离的温度时,电子就会从金属板飞奔而出。此时在电子是带负电的,在屏极加上正电压,电子就会受到吸引而朝屏极金属板飞过去,穿过栅极而形成一电子流。刚刚说到栅极犹如一个开关,当栅极不带电时,电子流会稳定的穿过栅极到达屏极,当在栅极上加入正电压,对于电子是吸引作用,可以增强电子流动的速度与动力;反之在栅极上加入负电压,同性相斥的原理电子必须绕道才能到达屏极,若栅极的结构庞大,则电子流有可能全数被阻隔。
利用栅极可以轻易控制电子流的流量,将输入讯号连接在栅极上,并且加入适当的偏压,并且在屏极串上一个电阻,藉此即可达到讯号放大的目的。真空管也与电晶体一样,具有多种放大组态(事实上,电晶体的放大组态是从真空管延伸过来的应用),结合不同的电子材料如电阻、电感、变压器以及电容等,就可以创造出千变万化的电子产品。别忘了,第一部电脑可是使用真空管制成的,当然,它只能做简单的加减运算。 至此,真空管的基本工作原理已经报告完毕,还缺少了什么?请观察一下真空管的管壁内部,有一块类似水银的薄膜黏附在玻璃壁上,这是延长真空管寿命的设计。除了极少部份低压真空管外(并非指工作电压低,而是指真空管内部存在低压气体),大部分的真空管必须抽真空才能正常工作。真空管的接脚为金属脚,虽然以玻璃封装,但玻璃与金属接脚之间仍然有漏气的机会。玻璃管内的金属蒸镀物(即消气剂),会与气体进行作用,它存在的目的就在于吸收气体,以维持真空管内部的真空度。这一层薄薄的金属物氧化之后,会变成白色,表示真空管已经漏气不行了,所以若打破真空管时,这一层蒸镀物质也会变成白色。因此购买老真空管时,也要注意蒸镀物的情况,像水银一样的为佳,若开始苍白、剥落时,就表示这支真空管已经迈入老年了。
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