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真空电子管的结构

www.hy928.net 2012-1-19 21:33:07 点击: 网络

  • • 电子管概述
  • • 电子管的标示
  • • 电子管的基本参数
  • • 构造和原理
  • • 电子管的发展史
  • • 电子管的优缺点

    电子管也叫“真空管”,是一种在气密性封闭容器(一般为玻璃管)中产生电流传导,利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。(常见的电子管就是一个特殊的灯泡,不过除灯丝以外,还有几个“极”,里面的灯丝与极都有连线与各自的管脚相连)。最简单的电子管是二极管.

    电子管 - 电子管概述

    电子管是一种在气密性封闭容器(一般为玻璃管)中产生电流传导,利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中,近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代,但目前在一些高保真音响器材中,仍然使用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“煲胆”.
    最简单的电子管是二极管,它有两个极(阴极和阳极,有的灯丝还兼作阴极),阴极有发射电子的作用,阳极有接收电子的作用,并有单向导电的特性,可用作整流和检波。增加一个栅极就成了三极管,栅极能控制电流,栅极上很小的电流变化,能引起阳极很大的电流变化,所以,三极管有放大作用。当然还有多极管,它是在三极管内增加了一个或几个网栅(称为控制栅),主要是增加控制作用。晶体管是一种半导体器件,晶体二极管有负极和正极(相当于电子二极管的阴极和阳极),作用与电子管三极管相同;晶体三极管有三个极:集电极、基极、发射极(分别对应于电子管的阳极、栅极和阴极),主要用于放大电路和开关电路。晶体管的体积已比电子管缩小了许多许多,当年用电子管做的有几间屋子大的计算机,用晶体管已缩小为几个机柜了。集成电路是把由晶体管、电阻、电容等等器件组成的电路做到一个模块内,称为集成块。随着科技的发展,集成块的体积越来越小,包含的电路越来越多。所以计算机又由几个机柜的大小,缩小成一个机箱或“笔记本”,甚至更小,而且,功能还扩大了许多许多。

    近两年,“胆”的概念出现在PC多媒体音频领域,遂出现了“胆”音箱、“胆”耳放等设备。胆管实际上就是电子管,也叫“真空管”,而以电子管为放大核心的功放则为胆机。胆放大和现在一般采用的晶体管放大有什么不同呢?电子管放大器是一种“电压”放大器,而晶体管放大器是一种“电流”放大器,他们的工作机理不同。电子管的信号失真特性远远大于晶体管,电子管放大电路中,信号的偶次谐波失真大,奇次谐波失真小,晶体管正好相反。人耳对于偶次谐波是比较喜欢的,基音的偶次谐波越多,表现出的听觉感受就越“温暖、柔和”也就是人们说的“听感好”。奇次谐波正好相反,听觉感受上表现出“生硬、刺耳”等感觉,实际上就是现在人们常说的“金属声”。

    电子管 - 电子管的标示

    电子管在电器中用字母“V”或“VE”表示,旧标准用字母“G”表示。
    电子管 - 电子管的基本参数

    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。

    几个常用值的计算:

    放大因数 μ=阳极电压Uak/栅极电压Ugk
    表示在维持阳极电流不变的情况下,阳极电压与栅极电压的比值。

    跨导 S=阳极电流Ia/栅极电压Ugk
    表示在维持阳极电压不变的情况下,栅极电压若有一个单位(如mV)的电压变化时将引起阳极电流有多少个单位的变化。

    内阻 Ri=栅极电压Uak/阳极电流Ia
    表示在维持栅极电压不变的情况下,阳极电流若有一个单位(如mA)的电压变化时将引起阳极电压有多少个单位的变化。

    上面的几个值也可以表述为 放大因数 μ=跨导S乘以内阻Ri

    电子管 -构造和原理

    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(踏雪留痕在上面说到的显象管,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。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。目前除特殊用途外(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. 和五极管一样,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。

  • 真空电子管的结构
    这是颗用于高频放大的通用双三极管6N1

  • 1是吸气剂;2是灯丝阴极和栅极的组合体;3就是阳极。现在打破玻壳,注意吸气剂颜色的变化,注意:一旦管子的吸气剂变成这种乳白色,不管玻壳破裂与否这颗管子都没用了。

    1:阳极;2:栅极,栅极里白色部分是栅极和阴极的绝缘层;3 就是阴极,这是个扁型金属管,里面包有灯丝。

    电子管 - 电子管的发展史

  • 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。

    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 - 电子管的优缺点

    由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点,现在它的绝大部分用途已经基本被固体器件晶体管所取代。但是电子管负载能力强,线性性能优于晶体管,在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继续发挥着不可替代的作用。
    电子管 - 电子管的种类

    (一)按用途分类
    电子管按其用途的不同可分为电压放大管、功率大管、充气管、闸流管、引燃管、混频或变频管、整流管、振荡管、检波管、调谐指过管、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、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和旁热式阴极电子管。

      (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。


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