傍熱式
傍熱式真空管的穩(wěn)定度較高
為了解決直熱式真空管的燈絲問題,真空管設(shè)計(jì)者決定讓燈絲與陰極分家獨(dú)立,在燈絲的旁邊套上一圈金屬套筒,讓燈絲直接對(duì)金屬板加熱,電子從金屬板散發(fā)出來,這種加熱方式就稱為“傍熱式真空管”。
進(jìn)一步發(fā)展
如此,真空管似乎就穩(wěn)定許多了,由于金屬套筒的體積與儲(chǔ)熱量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的燈絲,因此即使燈絲暫時(shí)的溫度變動(dòng),甚至?xí)簳r(shí)幾秒鐘的停止加熱,金屬板的溫度變化也有限,這也就是為什么某些擴(kuò)大機(jī)關(guān)機(jī)之后,它還能唱個(gè)十幾秒鐘的主要原因。既然陰極與燈絲獨(dú)立,陰極板必須由燈絲間接加熱,于是燈絲再度改成鎢絲材質(zhì),以求耐久性,并在鎢絲外層涂上一層白磁,一方面絕緣,另一方面也有定型的效果。由于間接加熱效果較差,陰極金屬板上會(huì)涂上釷、鋇或其他有利于電子發(fā)散的物質(zhì)。也因此,真空管的金屬極板看起來總是灰黑色,不像正常的金屬板,也由于制作組裝時(shí)必須仰賴手工,因此金屬板上總會(huì)留下許多細(xì)小的
真空管工作原理
刮痕,用家購買真空管時(shí)不必意外擔(dān)心。
真空管差異
直熱式真空管與傍熱式真空管使用上的差異,對(duì)于一般使用者而言是不必在乎直熱式真空管與傍熱式真空管的不同,但對(duì)于設(shè)計(jì)者而言,傍熱式真空管由于間接加熱的關(guān)系,燈絲電流通常較大,而且傍熱式的結(jié)構(gòu)必須對(duì)陰極金屬板加溫,因此開機(jī)后有一段緩慢的加溫期,如果是前級(jí),則必須做好延遲設(shè)計(jì),以免開機(jī)的脈沖傷了后級(jí)。
依據(jù)發(fā)展的過程來看,最早的真空管當(dāng)然是直熱式的設(shè)計(jì),二極管是首先被發(fā)展出來的,二極管的功能猶如現(xiàn)在的二極體,具有整流以及收音機(jī)內(nèi)部檢波的功能,二極管經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì),也可以成為穩(wěn)壓管,作用如現(xiàn)在的濟(jì)納二極體(Zener Diode)。由于真空管的動(dòng)作原理很簡單,因此第一支真空管被成功的制造出來之后,就有許多科學(xué)家加入研發(fā)的工作。第一支三極管在1907年被一位美國科學(xué)家成功制造,從此便開啟了無線電時(shí)代的來臨,告別留聲機(jī),進(jìn)入擴(kuò)大機(jī)時(shí)代。
真空管具有發(fā)射電子的
陰極(K)和工作時(shí)通常加上高壓的
陽極或稱屏極(P)。燈絲(F)是一種極細(xì)的金屬絲,而電流通過其中,使金屬絲產(chǎn)生光和熱,而去激發(fā)陰極來放射電子。柵極(G)它一定置于陰極與屏極之間。柵極加電壓是抑制電子通過柵極的量,所以能夠在陰極和陽極之間對(duì)電流起到控制作用。
為保持管內(nèi)的真空狀態(tài),真空管中設(shè)有一物件,稱為除氣劑。一般由鋇、鋁、鎂等活潑金屬合金制成。在抽出管中空氣后,將管中各元件及除氣劑加熱至紅熱,這樣就可以吸收管內(nèi)電極所含之氣體。利用一圍繞管子之
高頻電磁場(chǎng)而使除氣劑迅速升華,除氣劑就吸收管子中的氣體。在反應(yīng)過后,玻璃管內(nèi)壁積存銀色的除氣劑披覆層。若把管體的玻璃管打破或漏氣時(shí),玻璃管內(nèi)壁積存銀色的除氣劑便會(huì)退色,同時(shí)也表示該真空管不能被使用。
現(xiàn)在,我們更進(jìn)一步來看看最簡單的真空管工作原理。 整理一下剛剛所述,真空管具有幾個(gè)極,由最內(nèi)層到最外層分別為:燈絲,陰極,柵極,屏極。將一支真空管拆開之后,繪于附圖之中,從圖可知,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
真空管
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去,穿過柵極而形成一電子流。剛剛說到柵極猶如一個(gè)開關(guān),當(dāng)柵極不帶電時(shí),電子流會(huì)穩(wěn)定的穿過柵極到達(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?,并且在屏極串上一個(gè)電阻,藉此即可達(dá)到訊號(hào)放大的目的。真空管也與電晶體一樣,具有多種放大組態(tài)(事實(shí)上,電晶體的放大組態(tài)是從真空管延伸過來的應(yīng)用),結(jié)合不同的電子材料如電阻、電感、變壓器以及電容等,就可以創(chuàng)造出千變?nèi)f化的電子產(chǎn)品。別忘了,第一部電腦可是使用真空管制成的,當(dāng)然,它只能做簡單的加減運(yùn)算。 至此,真空管的基本工作原理已經(jīng)報(bào)告完畢,還缺少了什么?請(qǐng)觀察一下真空管的管壁內(nèi)部,有一塊類似水銀的薄膜黏附在玻璃壁上,這是延長真空管壽命的設(shè)計(jì)。除了極少部份低壓真空管外(并非指工作電壓低,而是指真空管內(nèi)部存在低壓氣體),大部分的真空管必須抽真空才能正常工作。真空管的接腳為金屬腳,雖然以玻璃封裝,但玻璃與金屬接腳之間仍然有漏氣的機(jī)會(huì)。玻璃管內(nèi)的金屬蒸鍍物(即消氣劑),會(huì)與氣體進(jìn)行作用,它存在的目的就在于吸收氣體,以維持真空管內(nèi)部的真空度。這一層薄薄的金屬物氧化之后,會(huì)變成白色,表示真空管已經(jīng)漏氣不行了,所以若打破真空管時(shí),這一層蒸鍍物質(zhì)也會(huì)變成白色。因此購買老真空管時(shí),也要注意蒸鍍物的情況,像水銀一樣的為佳,若開始蒼白、剝落時(shí),就表示這支真空管已經(jīng)邁入老年了。
使用300B真空管的用家一定有一個(gè)經(jīng)驗(yàn),將擴(kuò)大機(jī)電源打開,室內(nèi)燈光熄滅,此時(shí)300B的燈絲會(huì)發(fā)出昏黃的光線,同時(shí)在真空管的頂端,有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)像極光一樣的神秘藍(lán)光。藍(lán)光看起來是綿細(xì)的、柔軟的,略帶一些神秘。它像極光一樣,有時(shí)會(huì)扭曲飄動(dòng),似有若無的在真空管內(nèi)發(fā)亮。第一次見到藍(lán)光的人不免對(duì)它
二極管工作原理
產(chǎn)生好奇,有人說它無所謂,也有人說它是不正常的現(xiàn)象,基本上藍(lán)光的產(chǎn)生基于幾個(gè)因素。1.內(nèi)部有低壓氣體。2.真空管設(shè)計(jì)或制造不良。3.屏極電壓過高。
藍(lán)光的主要來源仍然是電子,當(dāng)屏極的設(shè)計(jì)包覆不良,無法吸引電子流吸附在屏極金屬板上,就會(huì)讓電子到處流竄,真空管見到的藍(lán)光就是電子在真空管內(nèi)流竄的結(jié)果。藍(lán)光看起來美麗,卻有可能產(chǎn)生輻射,不過筆者并不確定是否對(duì)人體有傷害。藍(lán)光的出現(xiàn)也與真空管廠牌有極大的關(guān)系,大陸管以及蘇聯(lián)管Sovtek出現(xiàn)藍(lán)光的機(jī)會(huì)大于其他,而我自己使用的三部300B擴(kuò)大機(jī),使用四支大陸管與兩支WE300B,只有大陸管會(huì)發(fā)出藍(lán)光,久了也就視為正常了。