你知道吗？电子管的历史与结构原理详解

经过近几年的发展，电子管与诞生之初相比，已经能够工作在更高的频率并实现更高的输出功率。但随着放大器的到来，电子管的位置开始被放大器逐渐取代。但在一些特殊的应用中，电子管仍旧保有着不可撼动的地位，仍旧是不可或缺的关键部件。本文就将为大家介绍一些电子管的基本知识，包括放大器替代电子管的历史，以及电子管的工作原理。

放大器代替电子管的历史

放大器开始取代电子管的历史要追溯到上个世纪，这主要是因为相对于晶体管放大器，电子管放大器体积大、重量重、效率低，而且从指标上来讲失真大，所以当上世纪60年代晶体管放大器面世时电子管遭受了人们的冷遇。直到1970年情况才有了改观，美国AudioResearch公司的WilliamZaneJohnson先生在美国HiFi大展上展出了他研制的电子管放大器，引领了电子管放大器的伟大复兴。

历史的必然在于电子管放大器虽然有自身固有的缺点，但是也有难以替代的优势。电子管的非线性失真指标虽然高，但大多发生在低次谐波上，实际上对听感的恶化不大，反而往往更加好听；晶体管的非线性失真则有发生在高次谐波上，对听感的恶化较大。电子管有助于声音的人性化，甜美自然的声音听来更加让人愉悦放松，同时电子管的失真特性也有利于掩盖音源的不足；而电子管的不足在于低频控制能力稍欠和大电流输出能力不足，不过在推动耳机时的表现不会让人无法接受。电子管电路的特点则是构架简洁，用管数量和放大级数都少。

电子管工作原理

对电子管工作原理的了解有助于处理实际电路问题。电子管由外部的玻璃壳体、内部的几个电极和连接电极的管脚组成。二极管是最简单的电子管，里面有灯丝Filament（跟白炽灯的灯丝看起来差不多，通常用f表示）、阴极Cathode（紧靠灯丝的一块金属板或者灯丝本身，通常用K表示，直接使用灯丝作阴极的电子管叫直热式，有独立阴极的则叫旁热式）和屏极Plate（位于最外面的一块金属板，通常用P表示）。

电子管实际电路工作时，灯丝上有电流通过就会发热，当自身或加热阴极到达一定温度之后，会有电子获得足够的能量而从上面发射出来，这些电子将被屏极吸收，但由于灯丝或者阴极不能吸收电子，所以这个方向不能反过来，这个单向导电特性是电子管的工作基础。三极管是在二极管的阴极和屏极之间增加了一个栅极Grid（一片比较致密的金属网格，通常用G表示）以控制电子的运动，而正是栅极的控制作用使得电子管拥有了放大电压信号的能力。五级管则是在三极管的第一栅极G1和屏极之间依次增加了第二栅极G2（称为帘栅极）和第三栅极G3（称为抑止栅极），目的主要在于减小各极间电容和抑止二次电子发射。电子管各极在电路中的连接方式请参考本文后面章节中的电路部分。

图1直热式双二极管、旁热式三极管和五级管的结构示意图

五级管从上到下：P、G3、G2、G1、K和f，由于电子管玻璃壳体内部存在空间电子流和灯丝，电子管内部需要抽成真空（实际上也有少部分型号的电子管出于特殊需要而在内部充以低压气体），这就是电子管又叫作真空管的原因。从实际生产工艺来讲，电子管连接外部电路的管脚和玻璃壳体之间是无法保持理想密封而不让空气通过的，所以在电子管的内侧顶部会蒸镀上一些用于吸收气体的消气剂，用以与进入壳体内部的空气发生作用，从而保持内部的真空程度。看起来这些消气剂就像是一层附着在玻璃壳体顶部内侧的银镜。

需要注意的是，在实际操作中电子管的电路会产生不小的热量。熟悉电子电路设计的朋友都知道，热量是影响设计效率的主要原因之一，也是正因为这个原因，适用电子管的设备想要进入完全稳定的工作状态往往需要在开机一段时间之后。而如果是采用放大器设计，那么也就是意味着在恢复稳定之后才会产生更好的声音。