电子管应用领域到底什么是电子管（真空管）？|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

到底什么是电子管（真空管）？

1883年，著名发明家

托马斯·爱迪生（Thomas Edison） 在一次实验中，观察到一种奇怪现象。

当时，他正在进行灯丝（碳丝）的寿命测试。在灯丝旁边，他放置了一根铜丝，但铜丝并没有接在任何电极上。也就是说，铜丝没有通电。

碳丝正常通电后，开始发光发热。过了一会，爱迪生断开电源。他无意中发现，铜丝上竟然也产生了电流。

爱迪生没有办法解释出现这种现象的原因，但是，作为一个精明的“商人”，他想到的第一件事，就是给这个发现申请专利。他还将这种现象，命名为

“爱迪生效应” 。

爱迪生

现在我们知道，爱迪生效应的本质，是热电子发射。也就是说，灯丝被加热后，表面的电子变得活跃，“逃”了出去，结果被金属铜丝捕获，从而产生了电流。

爱迪生申请专利之后，并没有想到这个效应有什么用途，于是将其束之高阁。

1884年，爱迪生电光公司的技术顾问、英国物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明 （John Ambrose Fleming）访问美国，与爱迪生进行会面。爱迪生向弗莱明展示了自己发现的爱迪生效应，给弗莱明留下了深刻的印象。

弗莱明

这个弗莱明，大家应该也比较熟悉。他是一个电学专家，也是一个电机工程师，我们中学经常使用的右手定则，就是他发明的。

除了传统电学之外，弗莱明其实还有一个强项，那就是无线电磁学。他年轻的时候，曾经师从麦克斯韦，专门学习无线电磁理论。麦克斯韦临终前上课，只有两个学生来听，其中一个，就是弗莱明。

弗莱明观摩了爱迪生效应的演示后，也没有想到这个效应到底能用来干啥。事实上，等到他真正用到它，已经是十几年后。

1896年，意大利人伽利尔摩·马可尼（Guglielmo Marconi） 成功取得了世界上第一个无线电报系统专利，从而将人类带入无线通信时代。

马可尼

1899年，马可尼决定尝试横跨大西洋的远程无线电通信。为了完成这个壮举，他找来了弗莱明，和他签约，请他帮忙改进自己的无线电发射机和接收机。

弗莱明也确实没有辜负马可尼的期望，大幅改进了马可尼的设计，帮助实现了跨大西洋无线通信实验。（可惜，马可尼刻意对外隐瞒了弗莱明的贡献，还“忘记”了自己承诺要给弗莱明的500股股票奖励，把弗莱明气得半死。）

弗莱明在改进无线通信系统的时候，遇到了很多技术挑战。其中，最大的挑战，就是无线信号的接收。

简单来说，就是在接收端，如何检波信号 ，放大信号 ，让信号能够被完美解读。

放大信号大家都懂，那什么是检波信号呢？

所谓信号检波，其实就是信号筛选。天线接收到的信号，是非常杂乱的，什么信号都有。我们真正需要的信号（指定频率的信号），需要从这些杂乱信号中“过滤”出来，这就是检波。

想要实现检波，单向导通性（单向导电）是关键。

大家都知道，无线电磁波是高频振荡，每秒高达几十万次的频率。无线电磁波产生的感应电流，也随着“正、负、正、负”不断变化，如果我们用这个电流去驱动耳机，一正一负就是零，耳机就没办法反应出信号。

采用单向导电性，正弦波的负半周 就没有了，全部是正的，电流方向一致，把高频过滤掉之后，耳机就能够轻松体现出电流的变化。

去掉负半周，电流方向变成一致的，容易解读

在这里，我要先给大家介绍一样东西——矿石检波器 。

1874年，德国科学家卡尔·布劳恩 （Karl Ferdinand Braun）发现，有一些天然矿石（金属硫化物）具有电流单向导通的特性，可以用于整流（将交流电变成直流电）。

1894年，英属印度物理学家贾格迪什·钱德拉·博斯 （Jagadish Chandra Bose）基于卡尔·布劳恩的发现，利用方铅矿（硫化铅）的单向导电性，制成了世界上第一个检波器——矿石检波器 。

1900年，美国人格林里夫·惠特勒·皮卡德 （Greenleaf Whittier Pickard），基于矿石检波器，成功制造了世界上第一个矿石收音机。这为后来无线电广播的迅速普及奠定了基础。

弗莱明在研究如何改进无线电接收机的时候，采用了矿石检波器。但是，他想起了之前的爱迪生效应，他想到——是不是可以基于爱迪生效应的电子流动，设计一个新型的检波器呢？

就这样，1904年，世界上第一只真空电子二极管 ，在弗莱明的手下诞生了。当时，这个二极管也叫做“弗莱明阀”。（真空管，vacuum tube，也就是电子管，有时候也叫“胆管”。）

弗莱明发明的二极管

弗莱明的二极管，结构其实非常简单，就是真空玻璃灯泡里，塞了两个极：一个阴极（Cathode），加热后可以发射电子；一个阳极（Anode），接收电子。

旁热式二极管

玻璃管里之所以要抽成真空，是为了防止发生气体电离 ，对正常的电子流动造成影响，破坏特性曲线。（抽成真空，还可以有效降低灯丝的氧化损耗。）

二极管的出现，解决了检波和整流需求。但是，它还有改进的空间。

1899年，马可尼应邀到美国做无线电通讯表演。他的表演，吸引了一个年轻人的关注。这个年轻人，就是刚刚获得博士学位的德福雷斯特 （De Forest Lee）。

德福雷斯特

德福雷斯特为马可尼的无线电感到着迷。于是，他投递简历，想要加入马可尼的公司。结果，遭到拒绝。

被拒绝之后，德福雷斯特没有放弃，而是继续研究无线电通信。他的目光，放在了弗莱明的二极管上。

1906年，德·福雷斯特在真空二极电子管里，巧妙地加了一个栅板（“栅极”），发明了真空三极电子管 。

德·福雷斯特发明的三极管

栅板的主要作用，是控制电流。

栅极上很小的电流变化，能引起阳极很大的电流变化，而且，变化波形与栅极电流完全一致。所以， 三极管有信号放大的作用 。

现在看来，真空三极管的发明，是电子工业领域的里程碑事件。

这个小小的元件，集检波、放大和振荡三种功能于一体，为电子技术的发展奠定了基础。

一开始的三极管是单栅，后来变成了两个板子夹在一起的双栅，再后来，干脆变成了整个包起来的围栅

真空管

真空三极管是那一时期电子工业的心脏。基于它，我们才有了性能越来越强大的广播电台、收音机、留声机、电影、电台、雷达、无线电对讲等。

真空管收音机的内部构造（可以看到很多个真空管）

德·福雷斯特发明了三极管之后，很快陷入与弗莱明以及马可尼公司的专利官司。

双方互相起诉，弗莱明认为德·福雷斯特侵犯了自己的二极管专利，而德·福雷斯特则认为自己的改进很大，足以形成新的专利。官司打了很久，最终，双方达成和解，相互授权对方生产二极管（三极管）。

三极管诞生后，因为能放大信号，所以受到了美国通信巨头AT&T公司的关注。

当时，AT&T公司打算建造一条连接美国东西海岸的跨大陆电话线，急需解决信号放大问题。在没有三极管之前，放大信号只能用中继器，但是中继器的效果不好，且成本较高。

三极管的出现，给AT&T公司带来了新的选项。

1913年7月，经过一番讨价还价，AT&T公司以39万美元的价格，买下了德·福雷斯特的三极管专利。

再后来，AT&T认识到电子管这类基础研究对于产业发展的重要作用，于1925年正式成立了“贝尔电话实验室公司”。这个公司，就是后来大名鼎鼎的贝尔实验室。

1912—1920年，美国西电公司（Western Electric，简称WE）研制出具有实用性的球形电子三极管，发烧友称之为“洋葱头”电子管。

1924年，美国RCA公司（Radio Corporation of America）研制出效率较高的三极真空电子管。这种古典管在第一次世界大战中得到广泛应用。

1919年，德国的肖特基提出在栅极和正极间加一个帘栅极的想法。这个想法被英国的朗德在1926年实现。这就是后来的四极管。再后来，荷兰的霍尔斯特和泰莱根又发明了五极管。

到了20世纪40年代，计算机技术研究进入高潮。人们发现，电子管的单向导通特性，可以用于设计一些逻辑电路（例如与门电路、或门电路）。于是，他们开始将电子管引入计算机领域。

1946年，宾夕法尼亚大学的工程师埃克特和物理学家毛希利等人，共同研制出了真正意义上的第一台通用型电子计算机——埃尼阿克（ENIAC） 。

大家应该都知道埃尼阿克。这台钢铁巨兽，使用了18000多只电子管，重130多吨，占地面积170多平方米，每秒钟可作5000多次加法运算。之前的计算机需要2小时完成的计算任务，ENIAC只需要3秒钟，在当时堪称奇迹。

上世纪40-50年代，电子管的发展达到了高潮。但是，随着技术的进步，人们发现，电子管已经无法满足产品设计的需求。

一方面，电子管容易破损，故障率高，另一方面，电子管需要加热使用，很多能量都浪费在发热上，也带来了极高的功耗。

所以，人们开始思考——是否有更好的方式，可以实现电路的检波、整流和信号放大呢？

答案是肯定的，于是人们开启了晶体管的新纪元。

参考文献：

1、Leo的微电子学习笔记，黎翱白Leobai，B站；

2、从上海发迹的中国收音机百年史，戴辉；

3、从电子管到晶体管，解码科技史，央视；

4、真空二极管的工作原理，IC先生；

5、第一块晶体管背后的故事，中科大胡不归；

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来源： 鲜枣课堂

编辑：老头

电子管——不能忘却的经典

电子管 曾经是电子电路的主角，被广泛应用在无线电、电子仪器等电路中，如收音机、电视机、示波仪等，它为人类文明的进步做出了不可磨灭的贡献。虽然晶体管 的出现，以其优越的性能迅速在很多领域里代替了电子管，但电子管的工作原理、研制思路、性能等仍然值得我们研究、学习，况且由于电子管负载能力强、线性性能 优于晶体管、在高频大功率区域的工作特性比晶体管要好，因此一些电路中仍然有其身影，比如一些老式的电视机中的显像管，古董级的电子管收音机等。备受推崇的胆机以其优美的音色、音质 令许多人叹为观止，关键是其使用了电子管，这是晶体管、集成电路无法比拟的，电路结构简单，制作比晶体管机还方便，因此倍受欢迎。还有一些大功率无线电发射机、治疗机、对撞机等仍广泛使用电子管。因此有必要继续研究电子管。作为电子技术爱好者，知识没有新旧，了解其基本结构、原理、用途对于我们研究电子电路大有裨益。

电子管收音机

显像管电视机

胆机

电子管发展简史

1.1883年伟大的发明家爱迪生 在研制电灯时做了大量的试验，一次他在真空电灯泡内部的炭丝附近安装了一小结铜丝，想阻止炭丝的蒸发，但失败了，他无意发现，没有连接在电路里的铜丝中有了电流，当时爱迪生正在潜心研究电灯，没有研究这个现象，但他为这一发现申请了专利，叫做爱迪生效应 。

2.1904年，世界上第一只电子二极管在英国物理学家费来明 的手下诞生了，这样使得爱迪生效应有了实用价值。费来明获得了这项发明的专利。1907美国发明家德福雷斯特在 二极管的灯丝和极板间巧妙的加入了一个极板，从而发明了具有放大作用的真空三极管。

电子管定义 ：是一种在玻璃等气密性封闭容器中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的吸引作用，以获得信号放大或振荡的电子器件。与晶体管相似的地方就是均有电场的参与，通过阳极（正极）、基极（栅极）控制电流的变化。不同之处是电子管的载流子仅仅是电子，而晶体管有空穴、电子两种，当然还有其它许多不同之处。

电子管最大的特点 ：管子是高度真空状态 ，这样做的目的是为了保证不引起气体电离，导致载流子性质发生变化，特性曲线变差，并且电极氧化寿命缩短。因此漏气的电子管就是损坏的管子，不能继续使用了。电子管的缺点是明显的：体积大、功耗大、发热量大，寿命短、结构脆弱，需要高压电源。

世界上第一台计算机于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生，用了1.8万个电子管，占地167平方米，重达30吨，耗电150kw。

电子管分类， 同半导体器件一样，聪明的人类根据需要制造出了多种多样的电子管，以适应不同的条件，种类很多，分发很多。

1.按电极数：三极管、四极管、五极管.....九极管、复合管，三极以上的电子管成为多极管

2.按冷却方式：水冷、风冷、自然冷却

3.按内部结构：单二极管、双二极三极管、单三极管等

4.按屏蔽方式：锐截止屏蔽电子管、遥截止屏蔽电子管

5.外形：瓶形玻璃管（ST）、橡实管、筒形玻璃管（GT）、大型玻璃管（G式管）、金属瓷管、小型管（花生管或指形管）、塔形管（灯塔管）、超小型管（铅笔型）

6.阴极的加热方式：直热式（电流直接通过阴极使其达到热电子发射状态）、旁热式（通过阴极旁的灯丝发热）

7.用途:电压放大管、功率放大、混频或变频、整流管、振荡管、检波管、调谐指示、稳压管

电子管细分类

1.空间电荷控制管：收信放大管、发射管、调制管、阻尼管、稳流管、整流管、稳压管；

2.电子束管：光电图像器件（摄像管）、阴极射线管（示波管等）

3.微波管：磁控管等

4.光敏器件：光电管等

5.离子管;辉光放电管

6.其它;X射线管等。

电子管内部结构

1.阴极，发射电子的源泉；但是在常温下阴极不会发射电子，需要对其加热才能发射电子，这种通过加热的方式进行发射电子叫做电子的热发射。所有的电子管均是采用这种方式来发射电子的；

2.灯丝：用来加热阴极，直热式的灯丝就是阴极，旁热式的灯丝只负责加热阴极；

3.阳极：接收阴极发射的电子，外接电源正极。

4.栅极：控制到达阳极的电子数量；还有抑制栅极、屏栅极；栅极、抑制栅极加负电压，屏栅极加正电压

5.芯柱：支持管内的各个电极以及把各个电极引出管外；

6.云母片：固定电机和维持电极间的相对位置以及有防止管芯振荡的功能

7.吸气剂：用来吸收管内残余的气体，使管内始终保持高真空状态

8.管底;管脚上装引脚，实现电子管的固定、安装，与外电路连接

9.管壳：用来形成真空，固定内部结构

三极电子管结构

电子管的引脚序号确定方法 ：

具有定位键的电子管：首先把管底向上，然后以定位键左方的第一个为1脚，其余的依次按顺时钟方向确定即可。

小型管：首先把小型管引脚向上，然后以引脚间距离最大的左方一个定为1脚，其余依次按顺时钟方向确定；

典型的双三极管管脚图

电子管管脚识别技巧 ：电子管管内各电极是通过管脚与外部电路连接的，一旦接错了管脚，会使电路无法工作，甚至烧毁管子。

小七脚、小九脚管管脚排列：在电子管收音机、扩音机中，采用的电子管大多是七、八、九脚。其中常用的七脚管有6A2、6K4、6J1、6J2、6G2、6Z4等；常用的九脚管有6P1、6N1、6P14、6U1、6E1、6E2，由于这两类管子都属于玻璃外壳的小型管子，也称为指形管或花生管，而把它们的管脚称为小七脚、小九脚。这些管子的管脚朝向自己，有两只管脚之间的距离较大，我们称这段较大距离为缺口，把缺口左边第一只管脚数为第一脚，然后按顺时针方向依次为第二、第三...。如上图典型的双三脚管管脚图。

八脚管，如6P6P、6J8P、5Z3P等，这些管子的管脚之间的距离是相等的，为了防止插错又设了一个中心管钥其定位作用，管钥左边第一个管脚为第一脚，然后顺时针方向依次为第二脚....如上图所示。

四脚管、五脚管管脚排列，这些管子的管脚中有两只较粗，为灯丝，把管脚超限自己，左边的粗脚为第一脚，然后按顺时针方向依次为第二脚.....

电子管的命名方法 分阴极射线管、收信放大管、发射管、光电管等命名方法不一。下面仅以常见的收信放大管说明

由四部分组成：1234 ,

1表示灯丝电压（v）的数字，如有小数则取其整数部分。

2.表示管子的类型，D-二极管（检波），Z-二极管（小功率整流），H-双二极管，6-双二极管、三极管，B-双二极管-五极管，C-三极管，N-双三极管，F-三极-五极管，S-四极管，J-锐截止五极管和锐截止束射四极管，K-遥截止五极管，T-双四极管或双五极管，P-输出五极管及输出束射四极管，A-变频管，U-三极-六极管-七极管-八极管，E-调谐指示管；

3.表示同类产品序号的数字；

4.表示结构形式的字母，p-玻璃管，k-陶瓷管，j-橡实管-小型管-无代号，超小型管-直径大于11mm-g，直径11-8mmb，直径4mm-8mma，直径＜4mmr，锁式管s，盘封管d

如5Z4P：双二极管整流管

6N9P：间热式双三极管

二极电子管

二极电子管结构：阳极、阴极、灯丝、真空管组成，也叫真空二极电子管，是最先被发明的。灯丝的作用是加热阴极，使其内部热运动增强，阴极是由金属组成，我们知道金属内的自由电子的运动受温度影响较大，当温度增加时会有自由电子从其表面逸出，这就叫做电子的热发射，不同金属的热发射电子的能力不同，我们在阴极上涂抹容易发射电子的物质。当中阳极施加正电压后，就会在阳极、阴极之间形成电场，电场方向由阳极指向阴极，阴极逸出的电子就会在电场力的作用下向阳极运动，这样就形成了电流，电流方向由阳极指向阴极，与自由电子运动方向相反。当在阳极施加负电荷后，会阻挡电子的运动，这样就不会形成电流，这就是二极电子管的工作原理，它有很好的单向导电性，这一点上比晶体二极管要强，但其可以通过的电流较小，阳极电压较高。用它的这个特性可以用来整流，为了发挥其整流效果，人们将阳极做成两个这样就可以组成双二极管，共用一个阴极，可以用来做全波整流。

旁热式二极电子管

三极电子管 ：在二极电子管的阳极和阴极之间靠近阴极的地方加装第三电极g（栅极），就形成了三极管。利用栅极来控制阴极向阳极发射电子的数量。其和晶体三极管的对应关系：阴极相当于发射极，栅极相当于基极，阳极相当于集电极，其电路组成如同晶体三极管基本放大电路，不过栅极加的是负偏压。三极电子管的缺点是极间电容大，放大系数低。