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IC商城电子管电子元器件基础知识

电子管

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电子管电子元器件

电子管-IC商城

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。

目录

•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

•电子管的种类

•电子管的兴替

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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。

高周波机使用的电子管

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

构造和原理

下面的讨仅限于真空式电子管

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。

二极管

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

三极管

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。

两颗双二极管：

5Z2P，5Z3P

三颗小功率功率放大管：

6P1，6P6P，EL84

功率功率放大管：

6P3P，EL34

两种管型的中功率功率放大管：

6550

大功率功率放大管：

805

五颗前置电压放大管：

6N10，12AX7，12AU7，12AX7，12AU7

下面是一个电子管的实例

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

各种样式电子管

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．

电子管的替代产品叫晶体管

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。

电子管的兴替

随着科技的发展，人们对生产的机械在体积上向体积越来越小的方向发展，由于电子管的体积大，而且在移动过程中容易损坏，越来越多的表现出其的弊端，于是人们开始寻找和开发电子管的可替代产品．随着后来的晶体管的出现，已越来越多的机械不再使用电子管．晶体管的出现是人类在电子方面一个大的飞跃．

早在30年代，人们已经尝试着制造固体电子元件．但是，当时人们多数是直接用模仿制造真空三极管的方法来制造固体三极管．因此这些尝试毫无例外都失败了．

年6月的一天，在美国贝尔实验室的一个房间里，一架样式很普通的收音机正在播放着轻柔的音乐，许多参观者在它面前驻足不前．为什么大家都对这台收音机情有独钟呢？

原来这是第一架不用电子管，而代之以一种新的固体

晶体管

元件——晶体管的收音机．虽然人们对这架收音机显露出浓厚的兴趣．然而，他们对晶体管本身却不以为然．美国《纽约先驱论坛报》的记者在报道中写道：

“这一器件还在实验室阶段，工程师们都认为它在电子工业中的革新是有限的．”事实上，晶体管发明以后，在不长的时间内，它的深远影响便很快地显示出来．它在电子学领域完成了一场真正的革命．

什么是晶体管呢？

通俗地说，晶体管是半导体做的固体电子元件．像金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体．木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体．导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体．晶体管就是用半导体材料制成的．这类材料最常见的便是锗和硅两种．

半导体是19世纪末才发现的一种材料．当时人们并没有发现半导体的价值，也就没有注重半导体的研究．直到二次大战中，由于雷达技术的发展，半导体器件——微波矿石检波器的应用日趋成熟，在军事上发挥了重要作用，这才引起了人们对半导体的兴趣．许多科学家都投入到半导体的深入研究中．经过紧张的研究工作，美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三人捷足先登，合作发明了晶体管——一种三个支点的半导体固体元件．晶体管被人们称为“三条腿的魔术师”．它的发明是电子技术史中具有划时代意义的伟大事件，它开创了一个崭新的时代——固体电子技术时代．他们三人也因研究半导体及发现晶体管效应而共同获得1956年最高科学奖——诺贝尔物理奖．

肖克利小组与晶体管美国人威廉·肖克利，1910年2月13日生于伦敦，曾在美国麻省理工学院学习量子物理，1936年得到该校博士学位后，进入久负盛名的贝尔实验室工作．贝尔实验室是电话发明人贝尔创立的．在电子、特别在通讯领域是最有名气的研究所，号称“研究王国”．早在1936年，当时的研究部主任，后来的贝尔实验室总裁默文·凯利就对肖克利说过，为了适应通讯不断增长的需要，将来一定会用电子交换取代电话系统的机械转换．这段话给肖克利留下了不可磨灭的印象，激起他满腔热情，把毕生精力投入到推进电子技术进步的事业中．沃尔特·布拉顿也是美国人，1902年2月10日出生在中国南方美丽的城市厦门，当时他父亲受聘在中国任教．布拉顿是实验专家，1929年获得明尼苏达大学的博士学位后，进入贝尔研究所从事真空管研究工作．温文儒雅的美国人巴丁

是一个大学教授的儿子，1908年在美国威斯康星州的麦迪逊出生，相继于1928年和1929年在威斯康星大学获得两个学位．后来又转入普林斯顿大学攻读固体物理，1936年获得博士学位．1945年来到贝尔实验室工作．默文·凯利是一位颇有远见的科技管理人员．他从30年代起，就注意寻找和采用新材料及依据新原理工作的电子放大器件．在第二次世界大战前后，敏锐的科研洞察力促使他果断地决定加强半导体的基础研究，以开拓电子技术的新领域．于是，1945年夏天，贝尔实验室正式决定以固体物理为主要研究方向，并为此制定了一个庞大的研究计划．发明晶体管就是这个计划的一个重要组成部分．1946年1月，贝尔实验室的固体物理研究小组正式成立了．这个小组以肖克利为首，下辖若干小组，其中之一包括布拉顿、巴丁在内的半导体小组．在这个小组中，活跃着理论物理学家、实验专家、物理化学家、线路专家、冶金专家、工程师等多学科多方面的人才．他们通力合作，既善于汲取前人的有益经验，又注意借鉴同时代人的研究成果，博采众家之长．小组内部广泛开展有益的学术探讨．“有新想法，新问题，就召集全组讨论，这是习惯”．在这样良好的学术环境中，大家都充满热情，完全沉醉在理论物理领域的研究与探索中．

开始，布拉顿和巴丁在研究晶体管时，采用的是肖克利提出的场效应概念．场效应设想是人们提出的第一个固体放大器的具体方案．根据这一方案，他们仿照真空三极管的原理，试图用外电场控制半导体内的电子运动．但是事与愿违，实验屡屡失败．

人们得到的效应比预期的要小得多．人们困惑了，为什么理论与实际总是矛盾的呢？

问题究竟出在那里呢？

经过多少个不眠之夜的苦苦思索，巴丁又提出了一种新的理论——表面态理论．这一理论认为表面现象可以引起信号放大效应．表面态概念的引入，使人们对半导体的结构和性质的认识前进了一大步．布拉顿等人乘胜追击，认真细致地进行了一系列实验．结果，他们意外地发现，当把样品和参考电极放在电解液里时，半导体表面内部的电荷层和电势力发生了改变，这不正是肖克利曾经预言过的场效应吗?

这个发现使大家十分振奋．在极度兴奋中，他们加快了研究步伐，利用场效应又反复进行了实验．谁知，继续实验中突然发生了与以前截然不同的效应．这接踵而至的新情况大大出乎实验者的预料．

人们的思路被打断了，制作实用器件的原计划不能不改变了，渐趋明朗的形势又变得扑朔迷离了．然而肖克利小组并没有知难而退．他们紧紧循着茫茫迷雾中的一丝光亮，改变思路，继续探索．经过多次地分析、计算、实验，1947年12月23日，人们终于得到了盼望已久的“宝贝”．这一天，巴丁和布拉顿把两根触丝放在锗半导体晶片的表面上，当两根触丝十分靠近时，放大作用发生了．世界第一只固体放大器——晶体管也随之诞生了．在这值得庆祝的时刻，布拉顿按捺住内心的激动，仍然一丝不苟地在实验笔记中写道：

“电压增益100，功率增益40，电流损失1/2.5……亲眼目睹并亲耳听闻音频的人有吉布尼、摩尔、巴丁、皮尔逊、肖克利、弗莱彻和包文．”在布拉顿的笔记上，皮尔逊、摩尔和肖克利等人分别签上了日期和他们的名字表示认同．

巴丁和布拉顿实验成功的这种晶体管，是金属触丝和半导体的某一点接触，故称点接触晶体管．这种晶体管对电流、电压都有放大作用．

晶体管发明之后基于严谨的科学态度，贝尔实验室并没有立即发表肖克利小组的研究成果．他们认为，还需要时间弄清晶体管的效应，以便编写论文和申请专利．此后一段时间里，肖克利等人在极度紧张的状态中忙碌地工作着．他们心中隐藏着一丝忧虑．如果别人也发明了晶体管并率先公布了，他们的心血就付之东流了．他们的担心绝非多虑，当时许多科学家都在潜心于这一课题的研究．1948年初，在美国物理学会的一次会议上，柏杜大学的布雷和本泽报告了他们在锗的点接触方面所进行的实验及其发现．当时贝尔实验室发明晶体管的秘密尚未公开，它的发明人之一——布拉顿此刻就端坐在听众席上．布拉顿清楚地意识到布雷等人的实验距离晶体管的发明就差一小步了．因此，会后布雷与布拉顿聊天时谈到他们的实验时，布拉顿立刻紧张起来．他不敢多开口，只让对方讲话，生怕泄密给对方，支吾几句就匆匆忙忙地走开了．后来，布雷曾惋惜地说过：

“如果把我的电极靠近本泽的电极，我们就会得到晶体管的作用，这是十分明白的．”由此可见，当时科学界的竞争是多么的激烈！

实力雄厚的贝尔实验室在这场智慧与技能的角逐中，也不过略胜一筹．

晶体管发明半年以后，在1948年6月30日，贝尔实验室首次在纽约向公众展示了晶体管．这个伟大的发明使许多专家不胜惊讶．然而，对于它的实用价值，人们大都表示怀疑．当年7月1日的《纽约时报》只以8个句子、201个文字的短讯形式报道了本该震惊世界的这条新闻．在公众的心目中，晶体管不过是实验室的珍品而已．估计只能做助听器之类的小东西，不可能派上什么大用场．

的确，当时的点接触晶体管同矿石检波器一样，利用触须接点，很不稳定，噪声大，频率低，放大功率小，性能还赶不上电子管，制作又很困难．难怪人们对它无动于衷．然而，物理学家肖克利等人却坚信晶体管大有前途，它的巨大潜力还没有被人们所认识．于是，在点接触式晶体管发明以后，他们仍然不遗余力，继续研究．又经过一个多月的反复思索，肖克利瘦了，眼中也布满了血丝．一个念头却在心中越来越明晰了，那就是以往的研究之所以失败，根本原因在于人们不顾一切地盲目模仿真空三极管．这实际上走入了研究的误区．晶体管同电子管产生于完全不同的物理现象，这就暗示晶体管效应有其独特之处．明白了这一点，肖克利当即决定暂时放弃原来追求的场效应晶体管，集中精力实现另一个设想——晶体管的放大作用．正确的思想终于开出了最美的花朵．1948年11月，肖克利构思出一种新型晶体管，其结构像“三明治”夹心面包那样，把N型半导体夹在两层P型半导体之间．这是一个多么富有想象力的设计啊！

可惜的是，由于当时技术条件的限制，研究和实验都十分困难．直到1950年，人们才成功地制造出第一个PN结型晶体管．

电子技术发展史上一座里程碑晶体管的出现，是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩．同电子管相比，晶体管具有诸多优越性：

①晶体管的构件是没有消耗的．无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化．由于技术上的原因，晶体管制作之初也存在同样的问题．随着材料制作上的进步以及多方面的改善，晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍，称得起永久性器件的美名．②晶体管消耗电子极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一．它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子．一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的．③晶体管不需预热，一开机就工作．例如，晶体管收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面．电子管设备就做不到这一点．开机后，非得等一会儿才听得到声音，看得到画面．显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的．④晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的．另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路．晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度．正因为晶体管的性能如此优越，晶体管诞生之后，便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中．1953年，首批电池式的晶体管收音机一投放市场，就受到人们的热烈欢迎，人们争相购买这种收音机．接着，各厂家之间又展开了制造短波晶体管的竞赛．此后不久，不需要交流电源的袖珍“晶体管收音机”开始在世界各地出售，又引起了一个新的消费热潮．

极鳍式场效晶体管:

摩尔定律

由于硅晶体管适合高温工作，可以抵抗大气影响，在电子工业领域是最受欢迎的产品之一．从1967年以来，电子测量装置或者电视摄像机如果不是“晶体管化”的，那么就别想卖出去一件．轻便收发机，甚至车载的大型发射机也都晶体管化了．

另外，晶体管还特