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内容导航：1、科普2：电子管（真空管）的工作原理（一）2、什么是真空管？3、真空管的工作原理4、什么是真空管？有什么作用？1、科普2：电子管（真空管）的工作原理（一）
我在“科普1：电流不是电流”一文里说了，导体里的自由电子并不是从头跑到尾，而是像接力赛跑那样的。所以我说：把电流看作是自由电子流动是不确切的。那有没有电子从头跑到脚形成电流呢？有。在电子管（因为管子里必须抽成真空，所以也叫真空管）里就是这样的。
电子管是从白炽灯（过去俗称电灯泡，是最早的电照明器件，后来是日光灯、节能灯、LED灯）发展而来的。发明电灯泡的是爱迪生。白炽灯是靠电流通过电阻值较高的灯丝，产生高温而发光的，金属灯丝因高温而蒸发，很快就变细断掉，寿命很短。爱迪生动了很多脑筋，都不解决问题。有一天，他想，能不能借助电场来阻止金属蒸发？他就在灯泡里放入一个金属板，并用导线连接到灯泡外。结果发现，在灯丝与金属板之间连一个电流表，表指针竟然动了！不过电流极其微弱。他在电路里串入一组电池，正极连金属板，负极连灯丝，发现电流大增。再把电池反接，电流没有了，连原来的微弱电流有没有了。原来这个东西有单向导电性，这可是人类从未拥有过的器件！爱迪生发明了灯泡，进而发明了电子管。这个发明非同小可，爱迪生让人类从电学时代一脚迈进电子学时代。
现在我们可以来说说电子管的基本原理了。“科普1：电流不是电流”一文里说了，在导体里有大量自由电子。温度越高，自由电子越多。电灯泡灯丝达到了两千度，灯丝里的自由电子多到爆棚。有一部分能量特别大的就从灯丝里逸出，跑到真空里，在灯丝的附近形成电子云（说明一下，这个电子云与量子力学里的电子云不是一回事。前者是在真空中的，后者是在原子中的。）。一部分电子跑出去了，灯丝就带了正电荷，要把逸出的电子拉回来，有出去的，有回来的。因此，与导体里的自由电子一样，电子云也是动态平衡的。
各种灯丝材料有各自的逸出功，只要电子的能量大于逸出功，电子就会跑出来。灯丝一般是用钨丝制作的，钨的逸出功比较高，电子很难逸出。后来就在灯丝外面套一个阴极，主要材料是氧化钡。
在真空二极管里，灯丝叫阴极，是用来发射电子的；金属板叫屏极，用来收集阴极发射的电子。
如果没有外加电压，逸出电子要跑到屏极去是相当困难的。因此，爱迪生在没加电池组时，只看见微弱的电流。如果在屏极加上正电压，一个很小的正电压就能抵消阴极对电子云的吸引，就会有大量逸出电子奔向屏极，形成很大的电流。如果屏极接负电压呢？那就把逸出电子统统打回老家（阴极）去了。从电子云的角度来说，电子云是阻碍阴极里的电子跑出来的，因为它们都是电子，都带负电荷，同性相斥。屏极相对于阴极带正电压，会减薄电子云，也就是阴极里的电子容易逸出，如果屏极带负电，就会加厚电子云。这就是真空二极管的单向导电性。
在电子管（真空管）里，每个电子确实是从阴极一路跑到屏极的，这才是名副其实的电流。
真空二极管的基本原理说完了，以后再说说三极管、五极管的原理。
2、什么是真空管？
真空管就是真空电子管，有二极管、三极管等，半导体技术发展之前，通讯行业的主力器件，1946年的第一台计算机就是真空管和继电器构成的。真空管具有抗辐射能力强、抗宇宙射线、线性放大区域宽等特点，在航空航天领域、高保真音响等方面还有应用。
那什么是电子管呢?
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，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。
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3、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。
使用300B真空管的用家一定有一个经验，将扩大机电源打开，室内灯光熄灭，此时300B的灯丝会发出昏黄的光线，同时在真空管的顶端，有时候会出现像极光一样的神秘蓝光。蓝光看起来是绵细的、柔软的，略带一些神秘。它像极光一样，有时会扭曲飘动，似有若无的在真空管内发亮。第一次见到蓝光的人不免对它产生好奇，有人说它无所谓，也有人说它是不正常的现象，基本上蓝光的产生基于几个因素。1.内部有低压气体。2.真空管设计或制造不良。3.屏极电压过高。
蓝光的主要来源仍然是电子，当屏极的设计包覆不良，无法吸引电子流吸附在屏极金属板上，就会让电子到处流窜，真空管见到的蓝光就是电子在真空管内流窜的结果。蓝光看起来美丽，却有可能产生辐射，不过笔者并不确定是否对人体有伤害。蓝光的出现也与真空管厂牌有极大的关系，大陆管以及苏联管Sovtek出现蓝光的机会大于其他，而我自己使用的三部300B扩大机，使用四支大陆管与两支WE300B，只有大陆管会发出蓝光，久了也就视为正常了。
1916年为有线电话用途制作的三极管，它是构造最简单的直热式三极管，一根发亮的灯丝，如栅栏状的栅极介于灯丝与屏极之间，而屏极位于最下方，就是一块金属片。
4、什么是真空管？有什么作用？
真空管是一种电子元件，在电路中控制电子的流动。参与工作的电极被封装在一个真空的容器内（管壁大多为玻璃），因而得名。在中国，真空管则会被称为“电子管”。作用：
在二十世纪中期前，因半导体尚未普及，基本上当时所有的电子器材均使用真空管，形成了当时对真空管的需求。但在半导体技术的发展普及和平民化下，真空管因成本高、不耐用、体积大、效能低等原因，最后被半导体取代了。但是可以在音响扩大机、微波炉及人造卫星的高频发射机看见真空管的身影；许多音响特别使用真空管是因为其特殊音质，在音响界、老旧的真空管常与最新的数字IC共存。部分战斗机如米格二十五为防止敌方的电磁脉冲干扰、机上的电子设备亦采用真空管使其功率高达千瓦以上以便烧出一条沟道。另外，像是电视机与电脑阴极射线管显示器内的阴极射线管以及X光机的X射线管等则是属于特殊的真空管。
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