电子管的工作原理

aid4her

电子管（英文名称electron tube）在港台地区通称“胆”，是一种在密闭的玻璃管或金属管内产生电流传导，并通过电场对处于真空或特殊稀薄气体中的电子流进行有效控制，以完成整流、检波、信号放大或振荡等任务的电子器件。因电子管的密闭管壳内除了被抽成真空外，还有一些管壳内被充入了少量的惰性气体或汞蒸气，所以电子管有真空管( vacuumtube)和充气管（gas filled tube）之分。常用电子管绝大多数为真空管。
# K3 _: {& a- C8 y& J6 I    电子管作为一种历史悠久的电子器件，在电子技术的发展过程中，做出过很大贡献。后来由于半导体器件的问世及快速发展，电子管逐步让位并退出越来越多的领域。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，尤其受到音响“发烧友”的追捧和青睐。《无线电》杂志近年来对早期电子管收音机的生动介绍，以及对业余条件下制作“胆机”（电子管功放机）的介绍，不仅引发了许多老读者的怀旧情结，更激发了许多青少年无线电爱好者的动手兴趣。

' {. b& z# v1 u0 C+ k* A8 n    结构及特性
    电子管的种类很多，用途也各不相同。但由于它们几乎都是利用电场对真空中的自由电子传输进行有效控制的器件，所以尽管在结构上各有特点，但其基本部件却有许多相同之处，大体上都是由基座、加热灯丝、电极和管壳组成。其中，电极是电子管的关键结构件，通常有阴极、屏极和栅极3种电极，它们都是由各种不同的金属或合金（如镍、钼、钨、铬、铜、铁及其合金）制成。图34-1所示是常用小型电子管的结构图。由图可知，阴极位于电子管的中央，为锯齿形或圆筒形状，其任务是被灯丝加热后发射电子。屏极（亦称阳极或板极）位于各电极的最外层，有平板形、矩形、圆筒形和椭圆形等几种，其任V务是接收从阴极发射来的电子，形成屏极电流。栅极是用很细的金属丝或金属网做成的圆筒形、椭圆形或矩形栅栏，它位于阴极与阳极之间，其作用是控制从阴极发射出来、并最终到达屏极的电子数量，实现最基本的放大电压信号功能。
- N1 N9 I2 K6 ~$ W! S

1 \# T( ]/ y4 X: j/ ^" ^    不同类型的电子管，栅极的层数也不同，三极管只有一个栅极（即控制栅极）。在三极管的栅极和屏极间加入一个网状电极——帘栅极，就构成了放大能力大幅提升、可用于高频电路的普通四极管。在四极管的帘栅极和屏极之间再加入一个网状电极  抑制栅极，就构成了能够抑制屏极“二次电子发射”、使屏极特性曲线起始段变得平滑的五极管。还有一种常用的束射四极管（也叫集射四极管），它是指有阴极、控制栅极、帘栅极、屏极和集射屏的四极管，其中集射屏装在帘栅极和屏极之间，并与阴极相联，可使电子流从集射屏的开口处集中射向屏极，不仅增大了屏流，而且同样能够有效地抑制屏极的“二次电子发射”，进一步增强放大能力。束射四极管几乎全部是能够产生较大屏极电流的功率管，其放大能力明显优于普通三极管，综合性能高于五极管，使用非常普遍。如果电子管内部一个栅极都没有，就构成了只有阴极和屏极、具有整流或检波作用的二极管。
5 h; I1 y" o$ j0 H' ~    电子管的阴极加热方式可分为直热式和旁热式（也称间热式）两种，直热式电子管的阴极和加热灯丝“合二为一”，而旁热式电子管的阴极和加热灯丝是彼此靠近且分离的。当电子管控制栅极的栅圈间距相等时，其屏极电流随栅极电压的变负而具有较陡的截止特性，被称作锐截止管；当栅圈的间距有疏密时，其屏极电流随栅极电压变负时截止较慢，被称为遥截止管或“变跨导管”、“变μ管”。
    电子管的各电极安装在绝缘基座上，并被密封在抽去空气的真空管壳内。管壳几乎都采用了玻璃外壳，但也有外加金属外壳的。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，电子管内会残留微量余气，为保证管内真空度，成品管都在管内安置或在管内壁涂敷了一层消气剂（也称吸气剂、除气剂）。消气剂一般使用掺氮的蒸散型锆铝或锆钒材料。为便于使用和增加一致性，常将两只相同的电子管或不同的两个电子管合装在一个管壳内，这就是所谓的“复合管”。
+ x2 E  V& i' @, e, c
$ p2 N( Q6 M' o. v" |% L: R9 Z    外形和种类
/ d2 t4 U; x! Z7 W    常用电子管的外形实物如图34-2所示。按其大小可分为大型管、小型管（花生管、指形管或MT管）和超小型管（铅笔形管）等，图34-2 (a)所示为最常见的小型管和大型玻璃管（G式管）；按其形状不同，可分为瓶形玻璃管(ST管)、筒形玻璃管（GT管、金属玻璃管）、球形管、锁式管等，图34-2( b)所示为最常见的筒形玻璃管和瓶形玻璃管；按外壳材料不同，可分为图34-2( c)所示的玻璃管、金属管两大类；接管脚数量不同，可分4、5、6、7、8、9、11、12、14、20、25脚等，图34-2( d)所示为最常用的7脚和g脚电子管；按电极数不同，可分为二极管、三极管、四极管、束射四极管、五极管、六极管、七极管和复合管等，图34-2( e)所示为最常用的束射四极管和复合管一一双三极管、双二极管；按用途不同，可分为电压放大管、功率放大管、混频或变频管、整流管、检波管、调谐指示管等，图34-2 (f)所示为最常用的电压放大管、功率放大管和整流管，
    小型电子管由于具有一系列的优点而得到普及使用，作为国际上的推荐品种，具有广泛的国际互换性。

7 ?* O8 k$ r( k0 ?6 K8 w+ y    主要参数
' }) y/ H! p. w+ t' K, i; E    电子管在一般应用下的主要参数有：灯丝电压UF(V)、灯丝电流/F(mA)、屏极电压UA (V)、屏极电流/A(mA)、栅极电压UG (V)、帘栅极电压UG2( V)、抑制栅极电压UG3( V)、阴极与灯丝间电压UKF (V)、负载电阻RL( kΩ)、内阻Ri(KΩ)、输出功率Po(w)、放大系数μ（无单位）、跨导S( mA/V)等。
    电子管在各种放大电路中，与放大器效果关系最密切的参数为跨导S、内阻Ri和放大系数μ，其定义和相互间的关系如下。
    ①跨导S ( mA/V)_，也称“互导”，这是指在屏极电压固定不变时，屏极电流的变化量△/A与对应栅极电压变化量△UG的比值，即S=△/A/△UG，单位为mA/V。跨导S表征了电子管栅极电压对屏极电流的控制能力。一般三极管的跨导值为0.5 ~ 10mA/V，S值越大，说明栅极电压对屏极电流的控制能力越强。
+ z; W1 O# A3 u' p0 Y9 }    ②内阻Ri( kΩ)。这是指在栅极电压固定不变时，屏极电压的变化量△UA与对应屏极电流变化量△/A的比值，即Ri=△UA/△/A，单位为kΩ。它表征了电子管屏极电压对屏极电流的控制能力，一般三极管的内阻值约在0.5 - 100kΩ，内阻越小，屏极电压控制屏极电流的能力就越强。
" I, I& Z; {# U0 q, G! S3 P/ D    ⑧放大系数μ。这是指在保持屏极电流变化量△/A一定的条件下，屏极电压的变化量△UA与对应栅极电压变化量△UG的比值，即Ri=△UA/△UG。它表征了电子管栅极电压对屏极电流的控制能力较之屏极电压对屏极电流的影响强多少倍。一般三极管的放大系数为2.5~100，μ值越大，说明电子管的放大品质越高。
    跨导S、内阻Ri和放大系数μ三者的关系，可用公式μ=S×Ri来表示。该公式被称为电子管的内部方程式。如果知道了3个参数中的任意两个，便可求出余下的一个。

    型号命名
0 U! u3 M. c, z1 X    国产电子管型号命名分为数字开头和字母开头两大类型，各类型管一般均包括4个部分，其格式和含义如图34-3所示。
    以数字开头的型号命名，主要用于放大、收信、小型整流、调谐指示等电子管，其格式和含义见图34-3（a卜第1部分用阿拉伯数字表示灯丝电压的整数部分，其中“1”代表灯丝电压为1.2V，  “2”代表灯丝电压为2.4V，  “5”代表灯丝电压为5V，  “6”代表灯丝电压为6.3V，  “12”代表灯丝电压为12.6V。第2部分用字母表示管子的结构及类别，其中“A”代表“双控制栅变频管”，  “B”代表“双二极五极管”，  “C”代表“三极管”，  “D”代表“二极管”，  “E”代表“调谐指示管”，  “F”代表“三极五极管”，  “G”代表“双二极三极管”，  “H”代表“双二极管”，  “J”代表“锐截止五极管和束射四极管”，“K”代表“遥截止五极管和束射四极管”，  “N”代表“双三极管”，  “P”代表“输出五极管和束射四极管”，  “S”代表“四极管”，  “Z”代表“小功率整流二极管”等。第3部分用阿拉伯数字表示同类型管的序号（区分规格、性能等）。例如，6N1和6N2都是双三极管，但前者为中等放大系数，后者有较高的放大系数。第4部分用字母表示电子管外壳的材料和形状，其中“P”代表普通玻璃外壳管，  “K”代表金属陶瓷管，  “J”代表橡实管，无字母代表西19mm - 22.5mm的小型玻璃管（即花生管）等。例如，6A2型表示灯丝电压是6.3V的七极变频管，为小型玻璃管；6P1型表示灯丝电压是6.3V的输出束射四极管，为小型玻璃管；6P6P型表示灯丝电压是6.3V的输出束射四极管，为普通玻璃管。

    以字母开头的型号命名，主要用于发射、高压整流、稳压、闸流等电子管，其格式和含义见图34-3( b)。第1部分用字母表示电子管的类别，其中“F”代表“发射管”，  “FD”代表“长波或短波发射管”，  “FU”代表“超短波发射管”，  “FC”代表“分米波发射管”，  “FL”代表”厘米波发射管”，  “FM”代表“脉冲发射管”，  “E”代表“真空高压整流二极管”，  “EQ”代表“充气整流二极管”，  “EG”代表“汞气整流二极管”，“EM”代表“真空脉冲整流二极管”，  “T”代表“调制管”，  “WY”代表“稳压管”，“ZQ”代表“充气闸流管”等。第2部分用阿拉伯数字表示同类型管子的序号，主要区分规格、性能等，一般多在序号前面增加上短“一”号。第3部分用字母表示外壳的形状，具体
与以数字开头的第4部分相同。第4部分用字母表示管子冷却方式，其中“S”代表水冷管，“F”代表风冷管。充气整流管的第4部分常用分数来表示，分子表示允许的屏极电流平均安培数（即整流电流值），分母表示最大反峰电压千伏数。而有些电子管则省略了第3、4部分。例如，FU-5型表示发射专用三极管；FU-7型表示发射专用束射四极管；FU-10S型表示水冷方式的发射管；EGl-0.3/8.5( 866)型表示汞气整流二极管，其最大屏极电流平均值为0.3A，最大反峰电压为8.5kV。
2 R5 H" U/ W) F# m
1 c7 [5 B( T9 X, v  A4 G    在上述基本型号后面，有时还附加补充特性代号（常单独标印在电子管外壳上）。如“Q”代表高可靠与机械强度管，  “S”代表长寿命管，  “T”代表特等军级管，  “J”代表合格的军级品，  “M”代表合格的民用品。
  产品标识
    常见电子管均为玻璃外壳，且多数是小型全玻璃外壳管，如图34-4( a)所示。由于其外形特征与其他元器件有着明显的差别，所以一般不需要查看型号和检测，使用者一眼就可以确认出电子管的身份。
2 o( k5 }' R0 R6 }" d6 _. o  B6 x

    电子管的外壳上均标出了厂家铭牌、型号、生产日期等，如图34-4( b)所示，这给使用者带来了很大的方便
    电子管各电极的引线大多是通过管脚引出来的（也有少数电极是从管顶引出），随着电子管电极数的增加，其管脚数也相应地增加，常见的电子管管脚数有4、5、6、7、8、9. 11、12. 14、20. 25等。最少的为3个脚，但因3个脚的管脚在使用中不方便，所以
都用4个脚来代替，其中一个脚空着不用，如图34-4( c)左上所示。具有5个或6个脚的管子，一般都是旧式电子管。最常见的电子管多为七脚、八脚和九脚。七脚管是小型花生式管子，它的管脚位置是按8个脚等分，而空出一个脚位不做管脚，以防止错接，如图34-4(c)右上所示。八脚式管子的8个脚是等距的，为防止插错位置，在中心增设了一个“管钥”（即定位插脚），其样式如图34-4 (c)左下所示。九脚管是小型电子管，它的9个脚设在10个平均等距位置中的9个位置上，其中一个位置空着没有管脚，如图34-4( c)右
# L4 c9 G& }# m; ?6 Q- k下所示。所有电子管管脚的编号是将电子管反转过来，管脚朝上，从最大缺口（小型管）或“管钥”凸起部分（八脚管）开始，依次顺时针排序为l、2、3、4-这种管脚排序方法，跟集成电路完全一致。
- b( I% ~6 b* s: C8 o9 g    由于常用电子管几乎全部采用了玻璃管外壳，所以透过玻璃壳可以看到里面的主要结构件一一灯丝、栅极、屏极等，如图34-4( d)所示。并且通过仔细观察栅极和屏极数目，可确定出管子是二极管、双二极管、三极管、双三极管、四极管、五极管，还是束射四极管等；通过“追根寻源”，细查内部各电极引线，可以区分出相通的各管脚来，这对于识别标识已模糊不清的电子管，是行之有效的好办法。
    不同型号的电子管，其管脚所连接管内各电极、灯丝的排序各不相同，图34-5给出了几种常用电子管的管脚接线图（内部各电极用图形符号表示，具体详见图34-6），仅供参考。对于各种不同型号的电子管，其正确的管脚接线图应查看厂家产品说明书或电子管手册，做到接入应用电路时准确无误，确保管子正常工作。

4 q# c- `0 o6 W5 P. v. I    电路符号
# Y: e$ |$ z0 f    常用电子管的电路符号如图34-6所示。其中各电极名称在实际电路图中一般都不标注，只标出各管脚的顺序排列编号，以方便制作和维修。为了简便起见，往往还将间热式阴极的灯丝省略不描绘。
; _9 {7 h" y4 I1 U- D! r. }5 l

9 z, k% K6 y! E: @# [) T    电子管的文字符号是“V”或“VE”，旧标准用“G”表示。若电路图中有多只电子管时，可按习惯在其文字符号后面加上数字编号，以示区别，如V1、V2........
. {: G6 n; R; u/ {# H0 v* ^

hfiwioq

电子管是一种最早期的电信号放大器件。

duhe3hfu

不同类型的电子管，它的栅极也不相同

unfaithful2021

硬件中还没有用过电子管