電子管在晶體管出現(xiàn)之前在音頻應(yīng)用與功率放大方面一直處于絕對(duì)統(tǒng)治的地位。隨著技術(shù)的進(jìn)步,出現(xiàn)了性能更為優(yōu)越的晶體管。在進(jìn)入上個(gè)世紀(jì)60年代末,電子管被逐步的淘汰。但電子管并沒(méi)有就此走下歷史的舞臺(tái)。目前在一些高保真的音響器材中,仍然使用低噪聲、穩(wěn)定系數(shù)高的電子管作為音頻功率放大器件。在國(guó)內(nèi)外,電子管放大器有時(shí)甚至是一種身份的象征。
圖 電子管
電子管的發(fā)展歷史
電子管的出現(xiàn)必須從1883年開(kāi)始說(shuō)起。1883年發(fā)明家愛(ài)迪生在發(fā)明白熾燈的同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特的現(xiàn)象,金屬片雖然沒(méi)有與燈絲接觸,但如果在它們之間加上電壓,燈絲就會(huì)產(chǎn)生一股電流,趨向附近的金屬片。這股神秘的電流是從哪里來(lái)的?愛(ài)迪生也無(wú)法解釋,但他不失時(shí)機(jī)地將這一發(fā)明注冊(cè)了專利,并稱之為“愛(ài)迪生效應(yīng)”。 1904年世界上第一只電子管在英國(guó)物理學(xué)家弗萊明的手下誕生了。弗萊明為此獲得了這項(xiàng)發(fā)明的專利權(quán)。人類(lèi)第一只電子管的誕生,標(biāo)志著世界從此進(jìn)入了電子時(shí)代。1906年,貧困潦倒的美國(guó)發(fā)明家德福雷斯特,在
二極管的燈絲和板極之間巧妙地加了一個(gè)柵板,從而發(fā)明了第一只真空
三極管。這一小小的改動(dòng),竟帶來(lái)了意想不到的結(jié)果。它不僅反應(yīng)更為靈敏、能夠發(fā)出音樂(lè)或聲音的振動(dòng),而且,集檢波、放大和振蕩三種功能于一體。
電子管存在的價(jià)值
由于電子管體積大、功耗大、發(fā)熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結(jié)構(gòu)脆弱而且需要高壓電源的缺點(diǎn),它的絕大部分用途已經(jīng)被固體器件和晶體管所取代。優(yōu)點(diǎn):1電子管負(fù)載能力強(qiáng)2線性性能優(yōu)于晶體管3工作頻率高4高頻大功率領(lǐng)域的工作特性要比晶體管更好。在高保真音頻領(lǐng)域,電子管仍有其不可替代的作用。
電子管的結(jié)構(gòu)
電子管擁有三個(gè)最基本的極,第一是「陰極」(Cathode,以K代表):陰極當(dāng)然是陰性的,它是釋放出電子流的地方,它可以是一塊金屬板或是燈絲本身,當(dāng)燈絲加熱金屬板時(shí),電子就會(huì)游離而出,散布在小小的真空玻璃瓶里。第二個(gè)極是「屏極」(Plate,以P代表),基本上它是電子管最外圍的金屬板,眼睛見(jiàn)到電子管最外層深灰色或黑色的金屬板,通常就是屏極。屏極連接正電壓,它負(fù)責(zé)吸引從陰極散發(fā)出來(lái)的電子(利用異性相吸的原理),作為電子游離旅行的終點(diǎn)。第三個(gè)極為「柵極」(Gird,以G代表),從構(gòu)造看來(lái),它猶如一圈圈的細(xì)線圈,就如同柵欄一般,固定在陰極與屏極之間,電子流必須通過(guò)柵極而到屏極,在柵極之間通電壓,可以控制電子的流量,它的作用就如同一個(gè)水龍頭一般,具有流通與阻擋的功能。電子管的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖 電子管的結(jié)構(gòu)
電子管的工作原理
當(dāng)點(diǎn)亮燈絲,燈絲溫度逐漸升高,雖然是真空狀態(tài),但燈絲溫度以輻射熱的方式傳導(dǎo)至陰極金屬板上,等到陰極金屬板溫度達(dá)到電子游離的溫度時(shí),電子就會(huì)從金屬板飛奔而出。此時(shí)在電子是帶負(fù)電的,在屏極加上正電壓,電子就會(huì)受到吸引而朝屏極金屬板飛過(guò)去,穿過(guò)柵極而形成一電子流。柵極猶如一個(gè)開(kāi)關(guān),當(dāng)柵極不帶電時(shí),電子流會(huì)穩(wěn)定的穿過(guò)柵極到達(dá)屏極,當(dāng)在柵極上加入正電壓,對(duì)于電子是吸引作用,可以增強(qiáng)電子流動(dòng)的速度與動(dòng)力;反之在柵極上加入負(fù)電壓,同性相斥的原理電子必須繞道才能到達(dá)屏極,若柵極的結(jié)構(gòu)龐大,則電子流有可能全數(shù)被阻隔。利用柵極可以輕易控制電子流的流量,將輸入訊號(hào)連接在柵極上,并且加入適當(dāng)?shù)钠珘海⑶以谄翗O串上一個(gè)
電阻,藉此即可達(dá)到訊號(hào)放大的目的。電子管也與晶體管一樣,具有多種放大形式
電子管的分類(lèi)
1按用途分類(lèi)
按其用途的不同可分為電壓放大管、功率放大管、充氣管、閘流管、引燃管、變頻管、整流管、檢波管、調(diào)諧指示管(電眼)、
穩(wěn)壓管等。
2按電極數(shù)分類(lèi)
電子管按其電極數(shù)的不同可分為電壓放大管、三極管、四極管、五極管、六極管、七極管、八極管、九極管和復(fù)合管等。三極以上的電管又稱為多極管或多柵管。
3按外形分類(lèi)
電子管按其外形及外殼材料可分為瓶形玻璃管(ST管)、“橡實(shí)”管、筒形玻璃管(GT管)、大型玻璃管(G式管)、金屬瓷管、小型管(也稱花生管或指形管、MT管)、塔形管(燈塔管)、超小型管(鉛筆形管)等多種。
4按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類(lèi)
電子管按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為單二極管、二極管、雙二極三極管、雙二極管極管、單三極管、功率五極管、束射四極管、束射五極管、雙一極管、二極——五極復(fù)合管、又束射四極管、三極-五極復(fù)合管、三極-六極復(fù)合管、三極-七極復(fù)合管、束射功率各處室等多種類(lèi)型。
5按陰極的加熱方式分類(lèi)
電子管按陰極的加熱方式可分為直熱式陰極電子管(電流直接通過(guò)陰極使其達(dá)到熱電子發(fā)射狀態(tài))和旁熱式陰極電子管(通過(guò)陰極旁的燈絲加熱陰極)。
6按屏蔽方式分類(lèi)
電子管按屏蔽方式可分為銳截止屏蔽電子管和遙截止屏蔽電子管。
7按冷卻方式分類(lèi)
電子管按冷卻方式可分為水冷式電子管、風(fēng)冷式電子管和自然冷卻式電子管。
現(xiàn)今電子管的主要應(yīng)用領(lǐng)域
晶體管以其優(yōu)異的性能,逐漸替代了電子管。現(xiàn)今已經(jīng)基本很難看見(jiàn)電子管的蹤跡了。但在音頻功放方面,電子管始終占有著一席之地。并且在發(fā)燒級(jí)的音響設(shè)備中,電子管是必不可少的元件。
晶體管功放聽(tīng)起來(lái)高頻、中高頻有偏多感覺(jué),低頻感覺(jué)偏少,晶體管功放聽(tīng)起來(lái)聲音較硬,特別是低頻聲不夠柔和,而高頻聲又顯得尖刺、發(fā)燥,聽(tīng)起來(lái)有時(shí)感到高頻段存在著交越畸變。電子管放大電路中,信號(hào)的偶次諧波失真大,奇次諧波失真小,晶體管正好相反。人耳對(duì)于偶次諧波是比較喜歡的,基音的偶次諧波越多,表現(xiàn)出的聽(tīng)覺(jué)感受就越“溫暖、柔和”也就是人們說(shuō)的“聽(tīng)感好”。奇次諧波正好相反,聽(tīng)覺(jué)感受上表現(xiàn)出“生硬、刺耳”等感覺(jué),實(shí)際上就是現(xiàn)在人們常說(shuō)的“金屬聲”。當(dāng)頻率增高而音量又很大時(shí),這些現(xiàn)象就更加明顯。