电子管_元器件基础知识

电子管

点击数：7812 次录入时间：03-04 12:03:00 整理：http://www.55dianzi.com 元器件基础知识

一、电子管的工作原理

    基本电子管一般有三个极,一个阴极(K)用来发射电子,一个阳极(A)用来吸收阴极所发射的电子,一个栅极(G)用来控制流到阳极的电子流量.阴极发射电子的基本条件是:阴极本身必须具有相当的热量,阴极又分两种,一种是直热式,它是由电流直接通过阴极使阴极发热而发射电子;另一种称旁热式阴极,其结构一般是一个空心金属管,管内装有绕成螺线形的灯丝,加上灯丝电压使灯丝发热从而使阴极发热而发射电子,现在日常用的多半是这种电子管(如图所示).由阴极发射出来的电子穿过栅极金属丝间的空隙而达到阳极,由于栅极比阳极离阴极近得多,因而改变栅极电位对阳极电流的影响比改变阳极电压时大得多,这就是三极管的放大作用.换句话说就是栅极电压对阳极电流的控制作用.我们用一个参数称跨导(S)来表示.另外还有一个参数μ来描述电子管的放大系数,它的意义是说明了栅极电压控制阳流的能力比阳极电压对阳流的作用大多少倍.
    为了提高电子管的放大系数,在三极管的阳极和控制栅极之间另外加入一个栅极称之为帘栅极,而构成四极管,由于帘栅极具有比阴极高很多的正电压,因此也是一个能力很强的加速电极,它使得电子以更高的速度迅速到达阳极,这样控制栅极的控制作用变得更为显著.因此比三极管具有更大的放大系数.但是由于帘栅极对电子的加速作用,高速运动的电子打到阳极,这些高速电子的动能很大,将从阳极上打出所谓二次电子,这些二次电子有些将被帘栅吸收形成帘栅电流,使帘栅电流上升这会导致帘栅电压的下降,从而导致阳极电流的下降,为此四极管的放大系数受到一定而限制.
    为了解决上述矛盾,在四极管帘栅极外的两侧再加入一对与阴极相连的集射极,由于集射极的电位与阴极相同,所以对电子有排斥作用,使得电子在通过帘栅极之后在集射极的作用下按一定方向前进并形成扁形射束,这扁形电子射束的电子密度很大,从而形成了一个低压区,从阳极上打出来的二次电子受到这个低压区的排斥作用而被推回到阳极,从而使帘栅电流大大减少,电子管的放大能力得而加强.这种电子管我们称为束射四极管,束射四极管不但放大系数较三极管为高,而且其阳极面积较大,允许通过较大的电流,因此现在的功放机常用到它作为功率放大.

二、部分常见的国产管和进口管的各自特点以及代换

所涉及的管型和单元电路均以国产管为例，现把讨论的范围作一界定，即仅限于真空式电子管。

不管是二极，三极还是更多电极的真空式电子管，它们都具有一个共同结构就是由抽成几近真空的玻璃（或金属，陶瓷）外壳及封装在壳里的灯丝，阴极和阳极组成。直热式电子管的灯丝就是阴极，三极以上的多极管还有各种栅极。

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。
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。这就是四季青朋友所说的阀门功能了。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信号的原理。

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，换句话说，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，灯丝就包在里面啦。

多栅极管：

常见的多栅管有四极，五极和七极管，先说五极和七极管，四极较为特殊而且目前在商品功放里超过半数以上的机种用的就是这东西，放在后面说。

五极管的结构类似于三极管，不同的是它比三极管多了两个栅极，即帘栅极和抑制栅极。

在一般应用中帘栅极上加的直流电压与阳极等值，它的作用是帮助阳极共同吸引穿过栅极的电子，使其加速飞向阳极，所以就同体积的电子管而言，加有帘栅极管子的阳极电流要比没有帘栅极的三极管大。另外帘栅极还起着屏蔽的作用，因此提高了电路工作的稳定性。

在了解抑制栅极的作用前先说一个现象：二次电子。灯丝在加热阴极的同时阳极也会被随之加热，所以当从阴极飞出的电子撞到阳极上时，就会从阳极的极板上打出一部分电子来，这就是二次电子。在实际应用中，抑制栅极一定和阴极相连（所以有些管子在内部就已经将其连接好了），增加抑制栅极的目的就是利用抑制栅极和阴极的等电位抑制二次电子避免其落入帘栅极。在这种状态下，二次电子就会重新被阳极吸引而再次飞向阳极。

七极管的结构又和五极管相似，但它有五个栅极，一般应用在无线电接收的变频电路中，和音频放大电路关系不大，不说它了。

再说四极管，实际上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，这是另一话题不去说它，下面就说前面提及的目前在商品功放里超过半数以上的机种用的这东西----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。

从图中可以看出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。好啦，咱们复习一下初中知识即电流的定义：单位时间内流过单位截面积的电子流。在这里当电子流成束状射出时密度必然增加，所以阳极电流就这样被巧妙的加大了。这就是束射四极管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的关键。