真空電子三極管概述

福雷斯特的真空三級(jí)管建立在前人發(fā)明的真空二極管的技術(shù)基礎(chǔ)之上。1904年，英國(guó)倫敦大學(xué)的弗萊明發(fā)明了真空二極管（Vacuum Diode Tube）。真空二極管只能單向?qū)щ?，可以?duì)交流電流進(jìn)行整流，或者對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢波，但是它不能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。沒(méi)有能夠放大信號(hào)的器件，電子技術(shù)就無(wú)法繼續(xù)發(fā)展。

弗萊明發(fā)明的真空二極管
為了提高真空二極管檢波靈敏度，福雷斯特在玻璃管內(nèi)添加了一種柵欄式的金屬網(wǎng)，形成電子管的第三個(gè)極。他驚訝地看到，這個(gè)“柵極”仿佛就像百葉窗，能控制陰極與屏極之間的電子流；只要柵極有微弱電流通過(guò)，就可在屏極上獲得較大的電流，而且波形與柵極電流完全一致。也就是說(shuō)，在弗萊明的真空二極管中增加了一個(gè)電極，就成了能夠起放大作用的新器件，他把這個(gè)新器件命名為三極管（Triode）。

真空三極管原理

真空三極管除了可以處于“放大”狀態(tài)外，還可分別處于“飽和”與“截止”狀態(tài)?！帮柡汀奔磸年帢O（或者叫發(fā)射極，emitter）到屏極（evelope）的電流完全導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)開(kāi)啟；“截止”即從陰極到屏極沒(méi)有電流流過(guò)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)關(guān)閉。兩種狀態(tài)可以通過(guò)調(diào)整柵極上的電壓進(jìn)行控制。因此真空三極管可以充當(dāng)開(kāi)關(guān)器件，其速度要比繼電器快成千上萬(wàn)倍。

在福雷斯特真空三極管研究成功之后，經(jīng)過(guò)改進(jìn)還制成了真空四極管（Tetrode）和真空五極管(Pentode)等，它們和真空二極管和真空三極管一起統(tǒng)稱(chēng)為電子管。

各種各樣的電子管

真空三極管為計(jì)算機(jī)的誕生鋪平了道路，在世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC里面，電子管是其最基本的元件了。電子管龐大的身軀和巨大的耗電量是兩個(gè)致命的缺陷，所以會(huì)被小巧玲瓏的半導(dǎo)體器件取代。但在模擬電路中，電子管的高保真放大特性仍然讓與晶體管和集成電路相形見(jiàn)絀。直到今天，以電子管為核心器件的膽機(jī)仍是音響發(fā)燒友所追逐的目標(biāo)。就在幾年前，我們還可以在發(fā)燒主板上看到電子管的蹤跡。

帶有雙三級(jí)管的Aopen發(fā)燒級(jí)主板AX4B-533 Tube（2002年9月）

福雷斯特自小就喜歡動(dòng)手，搞了許多的小制作、小發(fā)明，參加工作以后更成為多產(chǎn)的發(fā)明家，一生獲得了多達(dá)300余項(xiàng)專(zhuān)利。在福雷斯特的所有發(fā)明中，就數(shù)真空三極管發(fā)明的影響最大，它不僅成為真空電子學(xué)的開(kāi)端，也是電子學(xué)歷史的開(kāi)端，推進(jìn)了人類(lèi)文明的進(jìn)程。

在真空三級(jí)管百年誕辰之際，我們這些電子設(shè)計(jì)為生的工程師們，是否可以從真空三極管的發(fā)明中獲得一些啟示呢？

PS：與真空管一樣，CRT顯示器的顯示管也是一種電真空器件，為了防止燈絲在高溫下氧化而燃燒，必須把里面的空氣抽干凈。白熾燈、日光里面充入惰性氣體，也是為了避免燈絲快速氧化。