真空管的工作原理及类型

您可能会试图将旧的旧管视为过去的遗物-毕竟，荣耀的灯泡中的几块金属怎么能支撑今天的晶体管和集成电路？尽管电子管在消费电子产品的店面中失去了地位，但在需要以非常高的频率（GHz范围）进行大量供电的场合（例如在广播和电视广播，工业供暖，微波炉，卫星电视中），它们的使用仍然微不足道。通信，粒子加速器，雷达，电磁武器以及一些要求较低功率和频率的应用，例如辐射仪，X射线机和发烧级放大器。

20年前大多数显示器使用的是真空显像管。您知道吗，您家附近也可能潜伏着几根管道？在您的微波炉的心脏中，放置或放置在一个磁控管中。它的工作是生成高功率和高频RF信号，这些信号用于加热烤箱中放置的任何东西。内置管的另一种家用设备是旧的 CRT电视，现在很可能将其替换为新的平板电视后，放在阁楼的纸板箱中。 CRT代表“阴极射线管” -这些射线管用于显示接收到的视频信号。与LCD或LED显示器相比，它们笨重，笨重且效率低下，但是它们确实在其他技术出现之前就完成了工作。了解它们是一个好主意，因为现代世界中仍然有很多人依赖它们，大多数电视发射器都使用真空管作为功率输出设备，因为它们在高频下比晶体管更高效。没有磁控管真空管，就不会有便宜的微波炉，因为半导体替代品是最近才发明的，而且价格昂贵。许多电路（例如振荡器，放大器，混频器等）用电子管更易于解释并了解其工作原理，因为经典电子管（尤其是三极管）极易用很少的元件进行偏置，并计算其放大系数，偏置等。

真空管的工作原理？

常规真空管基于称为热离子发射的现象工作。 ，也称为 Edison效果。想象这是一个炎热的夏日，您在一个闷热的房间里排队，旁边是一堵壁，墙上有一个沿着加热器的长度的加热器，有些人也在排队等着，有人打开暖气，人们开始离开房间了。加热器–然后有人打开窗户，让微风吹进来，导致所有人迁移到窗户上。当在真空管中发生热电子发射时，带有加热器的壁是阴极，被灯丝加热，人是电子，窗口是阳极。在大多数真空管中，圆柱形阴极通过灯丝（与灯泡中的灯丝不太一样）加热，从而使阴极发出负电子，该负电子被带正电的阳极吸引，从而使电流流入阳极然后从阴极出来（记住，电流的方向与电子相反）。

下面，我们解释真空管的演变：二极管，三极管，四极管和Pentode ，以及某些特殊类型的真空管，例如磁控管，CRT，X射线管等

最初有二极管

在最简单的真空管 –二极管，由灯丝，阴极和阳极组成。电流流过中间的灯丝，使其发热，发光并发出热辐射，类似于灯泡。加热的灯丝加热周围的圆柱状阴极，为电子提供足够的能量以克服功函数，从而在加热的阴极周围形成称为空间电荷区的电子云。带正电的阳极会从空间电荷区吸引电子，从而在管中产生电流，但是如果阳极为负，会发生什么呢？从中学物理课上可以知道，电荷会排斥-负阳极排斥电子并且没有电流流动，这都是在真空中发生的，因为空气会阻碍电子流动。这就是使用二极管对交流电进行整流的方式。

没有什么比老式的三极管好！

1906年，美国人名为Lee de Forest的工程师发现，在阳极和阴极之间添加一个称为控制网格的网格可以控制阳极电流。 Triode的结构类似于二极管，其栅极由非常细的Mobyldenium线制成。通过用电压偏置栅极来实现控制，该电压通常相对于阴极为负。电压为负值越大，电流越低。当栅极为负时，它排斥电子，从而减小阳极电流；如果为正，则更多的阳极电流流过，以牺牲栅极成为微小阳极的代价，导致形成栅极电流，从而可能损坏灯管。

三极管和其他“格栅”管通常通过在电网和地面之间连接一个高阻值电阻，并在二极管与地面之间连接一个低阻值电阻来偏置。阴极和地。流过管子的电流在阴极电阻上引起电压降，从而使阴极电压相对于地面增加。栅极相对于阴极为负，因为阴极的电位高于与栅极相连的接地电位。

三极管和其他常规管可用作开关，放大器，搅拌机，还有很多其他用途可供选择。它可以通过将信号施加到电网并控制阳极电流来放大信号，如果在阳极和电源之间添加了电阻，则放大后的信号可以从阳极电压中取出，因为阳极电阻和灯管会起作用类似于分压器，三极管部分根据输入信号的电压来改变其电阻。

四极管救援！

五角形–最终边界？

对减少二次排放的方法的研究导致了荷兰工程师Bernhard DH Tellegen和Gilles Holst在1926年发明了五极管。发现在筛栅和阳极之间增加第三栅，称为抑制栅，可以消除二次发射的影响，方法是将从阳极击出的电子排斥到阳极，因为它要么接地，要么接地。阴极。如今，五极管用于50MHz以下的发射器中，因为发射器中的四极管可以在高达500MHz的频率下正常工作，三极管的工作频率高达千兆赫兹，更不用说发烧友的使用了。

不同类型的真空管

除了这些“常规”管以外，还有许多专门设计用于不同用途的工业和商业管。

磁控管

磁控管类似于二极管，但谐振腔的形状为管的阳极和整个管位于两个强力磁铁之间。施加电压后，电子管开始振荡，电子通过阳极上的空腔，以类似于吹口哨的过程产生射频信号。

X射线管

X射线管用于生成X射线，用于医学或研究目的。当向真空管二极管施加足够高的电压时，会发出X射线，电压越高，波长越短。为了处理由于电子撞击而引起的阳极发热，圆盘形阳极旋转，因此电子在旋转过程中会撞击阳极的不同部分，从而改善了冷却效果。

CRT或阴极射线管

CRT或“阴极射线管”是主要的显示技术。在一天中。在单色CRT中，热阴极或充当阴极的灯丝会发射电子。在到达阳极的过程中，它们穿过了韦纳尔特圆柱体中的一个小孔，该圆柱体充当了电子管的控制栅极，并帮助将电子聚焦成一个紧密的电子束。后来，它们被几个高压阳极吸引并聚焦。管的这部分（阴极，韦纳尔圆柱体和阳极）称为电子枪。通过阳极后，它们穿过偏转板并撞击灯管的荧光前端，从而在光束撞击的地方出现亮点。偏转板用于通过在电子束的方向上吸引和排斥电子来扫描穿过屏幕的光束，它们有两对，一对用于X轴，一对用于Y轴。

一个为示波器制造的小型CRT，您可以从左侧清楚地看到Wehnelt圆柱体，圆形阳极和呈形状的偏转板字母Y。

行波管

行进微波管体积小，重量轻，在高频下效率高，因此被用作通信卫星和其他航天器上的RF功率放大器。就像CRT一样，它的背面也有电子枪。称为“螺旋”的线圈缠绕在电子束上，电子管的输入连接到螺旋的靠近电子枪的一端，而输出则取自另一端。流过螺旋线的无线电波与电子束相互作用，使电子束在不同点处减慢并加速，从而引起放大。螺旋线被束聚焦磁铁和中间的衰减器围绕着，目的是防止放大后的信号回到输入端并引起寄生振荡。在管的末端放置了一个收集器，该收集器与三极管或五极管的阳极相当，但是没有输出。电子束撞击收集器，结束其在电子管内的故事。

盖革-穆勒管 strong》

Geiger–Müller管用于辐射计，它们由一个金属圆柱（阴极）和一个一端有一个孔，中间有一个铜线（阳极），玻璃管中装有特殊气体。每当粒子通过孔并短暂撞击阴极壁时，管中的气体就会电离，从而使电流流动。可以在仪表的扬声器上听到这种冲动，这是典型的喀哒声！
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