小小的“真空管”，开启了人类电子纪元

说到电子管，许多人把它当做古董一样的存在。在旧电视或者一些收音机当中，我们还能找到电子管的原型。如今电子管的用途已经变得越来越少，很多电器当中逐渐用其他的一些元器件来取代它。

然而作为最早发明的电信号放大器件，电子管的出现开启了人类进入电子世界的大门。今天我们就来聊聊电子管的前世今生。

电子管是是一种电信号放大器件，内部包括被封闭在玻璃容器（一般为玻璃管）中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极（屏极）引线。它利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，可以在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。

在我们所熟知的晶体管诞生前，电子设备使用的都是电子管。因为其内部需要抽真空，所以也叫真空管。

提到电子管的发明，首先需要提到伟大的发明家爱迪生。在1880年的一次实验中，爱迪生给灯泡多放了一个电极，并洒了些箔片，他发现，在灯泡通电情况下，第三极通正电，箔片并无反应，但第三极通负电时，箔片会漂浮起来。

该现象后来被欧文・理查森总结为：高温真空环境下，电路阴极会释放电子到阳极，由此产生电流，反向则不会。这当中，真空环境内分子密度小，相撞产生阻力小得多，电子自然更易运动。

▲ 图片来源：engineering.com

十几年后，英国科学家约翰・弗莱明依据上述原理，发明了世界上第一个真空二极管，也称电子管。

科学家们在阴极阳极之间添加一个栅极，利用同行电荷相斥，改变电子通过栅极流量，能够起到放大作用。由此，三极管诞生。

▲ 图片来源：engineering.com

电子管中还有灯丝，工作的时候，给灯丝通上电，灯丝就会发热，然后灯丝把阴极烧热。阴极上面就会有比较活跃的电子，这时候如果在阳极上面加上正电，阳极就会把电子吸过去，形成电流。

在栅极上面加上正电压，那么对阴极电子的吸引力就会加强，电流增大。如果加上负电，那么吸引力就减小了，电流也就减小了。也就是说栅极能控制阳极到阴极的电流了，这也是晶体管的功能。

需要注意的是，电子管里面是需要抽真空的。因为电子发射的时候，如果有空气，电子会撞到空气分子，这会大大降低电流。正是因为电子管的这种结构，所以体积不会很小。此外，绝对真空是做不到的。所以电子管得寿命一般也比较短。

电子管发明后，被广泛应用于无线电通信、电话、广播、电视、计算机等领域。仅1929年，产业规模就超过10亿美金。人类历史上第一台计算机ENIAC中就使用了17468根电子管。直到20世纪50年代，绝大部分电子设备仍在使用电子管。

▲ 20世纪20年代安置于无线电发射机上的电子管

后来的事我们也都知道了，体积较大的电子管已经满足不了人类生产设备逐渐变小的趋势，科学家们也开始寻找和研发电子管的替代产品，晶体管应运而生，半导体时代也由此拉开帷幕。

晶体管是一种固体半导体器件，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。作为一种可变电流开关，晶体管能够基于输入电压控制输出电流。下图为世界上第一枚点接触式晶体管的原型。

电子管和晶体管的区别

● 外形：电子管有一层玻璃罩，为电子元件提供了真空环境；晶体管没有玻璃罩，无需在真空环境下工作，器件没有玻璃罩不易损坏。

● 功能：电子管的功能主要是扩大音响设备的功率，是一种信号放大器；晶体管是一种多功能的电子器件，能够集整流、信号调制、扩大功率、稳定电压为一体，功能齐全。

● 使用效果：电子管使用寿命较短，使用过程中功耗较大；晶体管使用寿命较长，功耗较小，散发出的废热较少。

既然晶体管有这么多优点，那么是不是说明电子管已经没有什么现代技术的应用价值了呢？其实不然。电子管因其特性也有自身无可比拟的优点，如负载能力强、线性性能优、工作频率高，在高频大功率领域的工作特性要比晶体管表现得更好。因此仍然在大功率无线电发射设备、高频介质加热设备等领域发挥着不可替代的作用。

▲ 日本TRIODE合并式放大器上的电子管

比如如今的高保真音响器材中，制造商会使用一些品质高、稳定性强的电子管作为其重要音频功率的调节器件。我们把这种用电子管制作的音频放大器叫“胆机”，在音响领域，电子管可是高端的象征。