電子管:電信号放大器件-中文百科頻道

内部結構

1.電子管的陰極

陰極是用來放射電子的部件,分為氧化物陰極和碳化钍鎢陰極。一般來說氧化物陰極是旁熱式的,它是利用專門的燈絲對塗有氧化鋇等陰極體加熱,進行熱電子放射。壽命一般在1000～3000小時。

碳化钍鎢陰極一般都是直熱式的,通過加熱即可産生熱電子放射,所以它既是燈絲又是陰極。

理論上碳化钍鎢陰極比氧化物陰極壽命長得多,一般在2000～10000小時以上。

大功率發射管應用最為廣泛的是碳化钍鎢陰極,氧化物陰極一般在輸出功率為1kW以下的發射管中應用。

近年來采用網狀陰極的大功率發射管較多。網狀陰極是用較細的钍鎢絲做成圓筒狀,其優點是:

1)由于它用很多根钍鎢絲編成,所以導流系數較大。

2)易于實現較小的陰栅間距,有利于提高跨導。

3)由于燈絲是網狀結構,單根燈絲的電流較小,局部磁場較弱,從而陰極電流所産生的交流聲也較小。

2.電子管的栅極

電子管的栅極根據它們在管中所起的作用不同分為一栅、二栅,有時也稱為控制栅、簾栅。第一栅的主要作用是控制陰極電流,二栅的作用是屏蔽闆極對第一栅的影響。栅極結構關系到本身的機械強度和散熱效果,關系到管子可否穩定工作。

為了減小電子的渡越時間,栅陰間距作的很短甚至不到1mm,因此廠商多采用機械強度高、導熱系數高、輻射系數好以及溶點高的材料來做栅極,以閉免在很小的間距下發生熱碰極。一栅和二栅應嚴格對栅,這樣簾栅對電子截獲小,可減小簾栅耗,改善電流分配提高性線。

3.電子管的陽極

陽極是收集陰極發射出來的大部分電子的電極。電子管工作時,由于電子管轟擊闆極表面,以及其它電極的熱輻射,在闆極産生大量熱能,因其闆極的耗散功率密度是每平方厘米幾十瓦到幾百瓦,這樣大的功率密度采用自然輻射或傳導的冷卻已不能勝任。故須采用強制冷卻方式。常用的有風冷、水冷和蒸發冷卻等。

引腳識别

電子管引腳

單位縮寫

1.燈絲電壓：V；

2.燈絲電流：mA；

3.陽極電壓：V；

4.陽極電流：mA；

5.栅極電壓：V；

6.栅極電流：mA；

7.陰極接入電阻：Ω；

8.輸出功率：W；

9.跨導：mA/v；

10.内阻：kΩ。

發展曆史

1883年，發明大王托馬斯·愛迪生正在為尋找電燈泡最佳燈絲材料，曾做過一個小小的實驗。他在真空電燈泡内部碳絲附近安裝了一小截銅絲，希望銅絲能阻止碳絲蒸發。但是他失敗了，他無意中發現，沒有連接在電路裡的銅絲，卻因接收到碳絲發射的熱電子産生了微弱的電流。

當時愛迪生正潛心研究城市電力系統，沒重視這個現象。但他為這一發現申請了專利，并命名為“愛迪生效應”。

1904年，世界上第一隻電子二極管在英國物理學家弗萊明的手下誕生了，這使愛迪生效應具有了實用價值。弗萊明也為此獲得了這項發明的專利權。

1906年，美國發明家德福雷斯特（DeForestLee），在二極管的燈絲和闆極之間巧妙地加了一個栅闆，從而發明了第一隻真空三極管。

1947年，美國物理學家肖克利、巴丁和布拉頓三人合作發明了晶體管——一種三個支點的半導體固體元件。

1904年，世界上第一隻電子管在英國物理學家弗萊明的手下誕生了。弗萊明為此獲得了這項發明的專利權。人類第一隻電子管的誕生，标志着世界從此進入了電子時代。世界上第一台計算機用1.8萬隻電子管，占地170m*2，重30t，耗電150kW。

說起電子管的發明，我們首先得從“愛迪生效應”談起。愛迪生這位舉世聞名的大發明家，在研究白熾燈的壽命時，在燈泡的碳絲附近焊上一小塊金屬片。

結果，他發現了一個奇怪的現象：金屬片雖然沒有與燈絲接觸，但如果在它們之間加上電壓，燈絲就會産生一股電流，趨向附近的金屬片。這股神秘的電流是從哪裡來的。

愛迪生也無法解釋，但他不失時機地将這一發明注冊了專利，并稱之為“愛迪生效應”。後來，有人證明電流的産生是因為熾熱的金屬能向周圍發射電子造成的。

但最先預見到這一效應具有實用價值的，則是英國物理學家和電氣工程師弗萊明。

弗萊明的二極管是一項嶄新的發明，它在實驗室中工作得非常好。可是，不知為什麼，它在實際用于檢波器上卻很不成功，還不如同時發明的礦石檢波器可靠。因此，對當時無線電的發展沒有産生什麼沖擊。

此後不久，貧困潦倒的美國發明家德福雷斯特，在二極管的燈絲和闆極之間巧妙地加了一個栅闆，從而發明了第一隻真空三極管。

這一小小的改動，竟帶來了意想不到的結果。它不僅反應更為靈敏、能夠發出音樂或聲音的振動，而且，集檢波、放大和振蕩三種功能于一體。因此，許多人都将三極管的發明看作電子工業真正的誕生起點。

德福雷斯特自己也非常驚喜，認為“我發現了一個看不見的空中帝國”。電子管的問世，推動了無線電電子學的蓬勃發展。

到1960年前後，西方國家的無線電工業年産10億隻無線電電子管。電子管除應用于電話放大器、海上和空中通訊外，也廣泛滲透到家庭娛樂領域，将新聞、教育節目、文藝和音樂播送到千家萬戶。就連飛機、雷達、火箭的發明和進一步發展，也有電子管的一臂之力。

三條腿的魔術師電子管在電子學研究中曾是得心應手的工具。電子管器件曆時40餘年一直在電子技術領域裡占據統治地位。但是，不可否認，電子管十分笨重，能耗大、壽命短、噪聲大，制造工藝也十分複雜。因此，電子管問世不久，人們就在努力尋找新的電子器件。

第二次世界大戰中，電子管的缺點更加暴露無遺。在雷達工作頻段上使用的普通的電子管，效果極不穩定。移動式的軍用器械和設備上使用的電子管更加笨拙，易出故障。

因此，電子管本身固有的弱點和迫切的戰時需要，都促使許多科研單位和廣大科學家，集中精力，迅速研制成功能取代電子管的固體元器件。

電子管的替代産品叫晶體管。

随着科技的發展，人們對生産的機械在體積上向體積越來越小的方向發展，由于電子管的體積大，而且在移動過程中容易損壞，越來越多的表現出其的弊端，于是人們開始尋找和開發電子管的可替代産品。随着後來的晶體管的出現，已越來越多的機械不再使用電子管。晶體管的出現是人類在電子方面一個大的飛躍。

早在30年代，人們已經嘗試着制造固體電子元件。但是，當時人們多數是直接用模仿制造真空三極管的方法來制造固體三極管。因此這些嘗試毫無例外都失敗了。

優點缺點

由于電子管體積大、功耗大、發熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結構脆弱而且需要高壓電源的缺點，它的絕大部分用途已經被固體器件晶體管所取代。

優點:1、電子管負載能力強；2、線性性能優于晶體管；3、工作頻率高；4、高頻大功率領域的工作特性要比晶體管更好。

所以仍然在一些地方（如大功率無線電發射設備，高頻介質加熱設備）繼續發揮着不可替代的作用。

種類

1.按用途分類

電子管按其用途的不同可分為電壓放大管、功率放大管、充氣管、閘流管、引燃管、變頻管、整流管、檢波管、調諧指示管（電眼）、穩壓管等。

2.按電極數分類

電子管按其電極數的不同可分為電壓放大管、三極管、四極管、五極管、六極管、七極管、八極管、九極管和複合管等。三極以上的電管又稱為多極管或多栅管。

3.按外形分類

電子管按其外形及外殼材料可分為瓶形玻璃管（ST管）、“橡實”管、筒形玻璃管（GT管）、大型玻璃管（G式管）、金屬瓷管、小型管（也稱花生管或指形管、MT管）、塔形管（燈塔管）、超小型管（鉛筆形管）等多種。

4.按内部結構分類

電子管按其内部結構可分為單二極管、二極管、雙二極三極管、雙二極管極管、單三極管、功率五極管、束射四極管、束射五極管、雙一極管、二極——五極複合管、又束射四極管、三極-五極複合管、三極-六極複合管、三極-七極複合管、束射功率各處室等多種類型。

5.按陰極的加熱方式分類

電子管按陰極的加熱方式可分為直熱式陰極電子管（電流直接通過陰極使其達到熱電子發射狀态）和旁熱式陰極電子管（通過陰極旁的燈絲加熱陰極）。

6.按屏蔽方式分類

電子管按屏蔽方式可分為銳截止屏蔽電子管和遙截止屏蔽電子管。

7.按冷卻方式分類

電子管按冷卻方式可分為水冷式電子管、風冷式電子管和自然冷卻式電子管。

選用類型

1.按用途合理選擇電子管的類型

電子管的種類繁多，功能各異。選用時，應根據應用的電路的具體要求（例如，是電壓放大管還是功率放大管）來選擇合适的類型及型号。

在功率放大器中，電壓放大管可選用*、6N8P、6N11.12AX7.6922、6DJ8等型号；電壓驅動管可選用12AU7.12AT7、6SN7.6DJ6.6CG7.6NP8.ECC82.6N6等型号；功率輸出管可選用KT88.EL34、300B、6650C等型号。

2.根據電路要求選用電子管的主要參數

電子管在使用時應嚴格遵照産品手冊中規定的各極電壓值（包括燈絲電壓、屏極電壓和簾栅極電壓等）。選用哪種型号的電子管，還應根據應用電路的工作電壓值、電流值等參數而定。所選電子管的各極電壓值應與應用電路的工作電壓值相同或相近，否則會縮短電子管的使用壽命。

注意事項

1.電子管各極的電壓應嚴格按順序進行接入

即:燈絲-偏壓-陽壓-簾栅壓-激勵信号,關機時按相反的順序進行。電子管的燈絲特别是碳化钍鎢燈絲是很脆弱的,頻繁的開關機對燈絲的影響是緻命的,燈絲的冷态、熱态電阻值差異較大,會産生一定的電磁引力,大多數電子管都是在頻繁開、關機時碰極。

因此在給燈絲加電壓最好是逐漸和分檔加,對延長管子的使用壽命是很有好處的。

2.燈絲電壓應在額定值的允許誤差範圍内使用

通常允許範圍為5%,若能保持在±1%内對延長壽命是有利的。氧化物陰極電子管燈絲電壓偏高時,會加速氧化鋇的分解而縮短陰極壽命;燈絲電壓偏低時,鋇原子不能迅速地擴散到陰極表面,會使陰極“中毒”也就是電子管的發射能力不能再恢複。

碳化钍鎢燈絲陰極的電子管燈絲電壓偏高時燈絲中的钍原子會很快蒸發掉,縮短陰極壽命,燈絲電壓偏低時,也會使陰極受正離子轟擊而失效。

實踐證明使用直流燈絲電源的發射管,在工作一段時間後把燈絲正負極性變換一次,以使整個陰極能夠均勻損耗,同時把燈絲輸入端對地接的電解電容極性也随之改變,有助于延長管子壽命。

對于使用壽命已知的管子,因陰極發射量不足而功率下降,可适當提高燈絲電壓,加大其燈絲電流來延長使用壽命。

3.貯存電子管的庫房要求幹燥無塵、防潮、防震、通風良好

不得放有易揮發性腐蝕物品。室溫在+5℃～+35℃之間,相對濕度不大于80%。電子管應垂直放置,陽極向下,管上不得承受重量。貯存期一般不超過3年,以防真空度下降。

長期存放的電子管,内部會放出一些氣體,使管内真空度下降,因此在使用時應老煉。

将電子管加50%燈絲電壓保持10min～15min,然後加額定燈絲電壓保持30min,然後加偏壓,再加50%額定陽極電壓保持20min～30min,再将陽極電壓加到額定值。此老煉過程可延長管子的使用壽命。

一般老煉可将電子管加上燈絲額定工作電壓保持2h以上,但此法不如上面燈絲、陽壓分檔加壓老煉效果好。

4.電子管安裝前應檢查外觀不應有汽泡、油污、裂縫和任何機械性損傷,金屬件不得有鏽蝕陶瓷上的污迹可用酒精擦除;金屬件上的鏽蝕先用沙紙擦除,再用酒精擦淨。

檢查絕緣電阻時應用萬用表R×10K檔檢查即可,用于1KW以上的管子可用500VMΩ表檢查,用于10KW的大功率管子用1000VMΩ表檢查。

安裝時要小心緩慢地進行,避免受力振動而損壞,要軸向垂直放置,保持陽極的垂直同心度。各極與腔體簧片要接觸良好,否則易出現高壓打火或管子工作不穩定。

5.工作當中發射管各極都要保持良好的通風和其他冷卻

溫度過高會降低電子管的壽命,甚至損壞,對于風冷要注意風道暢通防塵;對于水冷系統、蒸發冷卻要注意一定要采用軟化水或蒸餾水,水量要充足。不允許有堵塞、漏風、漏水、漏氣現象。

經常檢查發射機工作狀态,不允許發射機出現高頻打火、機器失諧、寄生振蕩等現象,盡量避免栅流過大,短時間的栅流過大也可能損壞管子。

延長方法

自70年代電子管放大器複出重登音響舞台以來，已占有一定市場，但在電子管音響産品中，電子管引起的故障---包括歐美電子管在内，并不少見，使人産生一種電子管壽命短的看法，然而這卻往往并非電子管本身的問題，而是電路設計存在缺陷和使用上的問題。須知品質良好的電子管，還得有正确設計的電路，充分的散熱，周到的避震。

在使用上，電子管要有良好的通風散熱，溫度的過熱必然縮短電子管壽命，所以要盡可能使電子管保持較低的溫度。

電子管怕振動，所以采取防震措施盡量避免振動也是很重要的。

若做到這兩點，電子管的使用壽命至少可提高一倍。為此，電子管設備的周圍要有适當的空間，尤其是它的上方，以便有良好的對流通風，可能的話可用風扇幫助散熱。

電子管陰極在尚未達到要求溫度即加上高壓電源時，它的陰極将受到損害，同樣會縮短電子管壽命。所以電子管設備若有預熱裝置的話，一定要使用，例如先開燈絲低壓電源預熱，後開緩慢施加高壓電源。

假如沒有預熱裝置，那你不要急着将輸入信号接入，可将音量關到最小，待先開機20～30分鐘進行溫機再使用。如果使用旁熱式整流管供給整機高壓，那正好提供了簡單又有效的高壓延時。

另外，在正常使用時，不要頻繁開關電源。

當然，如果對電子管電路進行正确的設計，避免錯誤運用，就能使電子管不緻"英年早逝"，電子管使用數以千計的聆聽時數應是正常的。

電路設計中最常見的錯誤有電子管燈絲與陰極間的電位差過高、電子管屏極或簾栅極電壓運用至最大值、電子管控制栅極懸空，電子管燈絲電壓過低或過高、電子管安裝位置不當造成電極過熱及高壓電源沒有延時裝置等。

晶體管

元件——晶體管的收音機。雖然人們對這架收音機顯露出濃厚的興趣，然而，他們對晶體管本身卻不以為然。美國《紐約先驅論壇報》的記者在報道中寫道：“這一器件還在實驗室階段，工程師們都認為它在電子工業中的革新是有限的”。

事實上，晶體管發明以後，在不長的時間内，它的深遠影響便很快地顯示出來，它在電子學領域完成了一場真正的革命。

什麼是晶體管呢？通俗地說，晶體管是半導體做的固體電子元件。像金銀銅鐵等金屬，它們導電性能好，叫做導體。木材、玻璃、陶瓷、雲母等不易導電，叫做絕緣體。導電性能介于導體和絕緣體之間的物質，就叫半導體。晶體管就是用半導體材料制成的，這類材料最常見的便是鍺和矽兩種。

半導體是19世紀末才發現的一種材料。當時人們并沒有發現半導體的價值，也就沒有注重半導體的研究。

直到二次大戰中，由于雷達技術的發展，半導體器件——微波礦石檢波器的應用日趨成熟，在軍事上發揮了重要作用，這才引起了人們對半導體的興趣。許多科學家都投入到半導體的深入研究中。

經過緊張的研究工作，美國物理學家肖克利、巴丁和布拉頓三人捷足先登，合作發明了晶體管一種三個支點的半導體固體元件。晶體管被人們稱為“三條腿的魔術師”。

它的發明是電子技術史中具有劃時代意義的偉大事件，它開創了一個嶄新的時代固體電子技術時代。他們三人也因研究半導體及發現晶體管效應而共同獲得1956年最高科學獎——諾貝爾物理獎。

肖克利小組與晶體管美國人威廉·肖克利，1910年2月13日生于倫敦，曾在美國麻省理工學院學習量子物理，1936年得到該校博士學位後，進入久負盛名的貝爾實驗室工作。

貝爾實驗室是電話發明人貝爾創立的，在電子、特别在通訊領域是最有名氣的研究所，号稱“研究王國”。

早在1936年，當時的研究部主任，後來的貝爾實驗室總裁默文·凱利就對肖克利說過，為了适應通訊不斷增長的需要，将來一定會用電子交換取代電話系統的機械轉換。

這段話給肖克利留下了不可磨滅的印象，激起他滿腔熱情，把畢生精力投入到推進電子技術進步的事業中。沃爾特·布拉頓也是美國人，1902年2月10日出生在中國南方美麗的城市廈門，當時他父親受聘在中國任教。

布拉頓是實驗專家，1929年獲得明尼蘇達大學的博士學位後，進入貝爾研究所從事真空管研究工作。溫文儒雅的美國人巴丁是一個大學教授的兒子，1908年在美國威斯康星州的麥迪遜出生，相繼于1928年和1929年在威斯康星大學獲得兩個學位。

後來又轉入普林斯頓大學攻讀固體物理，1936年獲得博士學位，1945年來到貝爾實驗室工作。

默文·凱利是一位頗有遠見的科技管理人員。他從30年代起，就注意尋找和采用新材料及依據新原理工作的電子放大器件。在第二次世界大戰前後，敏銳的科研洞察力促使他果斷地決定加強半導體的基礎研究，以開拓電子技術的新領域。

于是，1945年夏天，貝爾實驗室正式決定以固體物理為主要研究方向，并為此制定了一個龐大的研究計劃，發明晶體管就是這個計劃的一個重要組成部分。

1946年1月，貝爾實驗室的固體物理研究小組正式成立了。這個小組以肖克利為首，下轄若幹小組，其中之一包括布拉頓、巴丁在内的半導體小組。

在這個小組中，活躍着理論物理學家、實驗專家、物理化學家、線路專家、冶金專家、工程師等多學科多方面的人才。他們通力合作，既善于汲取前人的有益經驗，又注意借鑒同時代人的研究成果，博采衆家之長，小組内部廣泛開展有益的學術探讨。

“有新想法，新問題，就召集全組讨論，這是習慣”。在這樣良好的學術環境中，大家都充滿熱情，完全沉醉在理論物理領域的研究與探索中。

開始，布拉頓和巴丁在研究晶體管時，采用的是肖克利提出的場效應概念。場效應設想是人們提出的第一個固體放大器的具體方案。根據這一方案，他們仿照真空三極管的原理，試圖用外電場控制半導體内的電子運動。但是事與願違，實驗屢屢失敗，

人們得到的效應比預期的要小得多。人們困惑了，為什麼理論與實際總是矛盾的呢？

問題究竟出在那裡呢？經過多少個不眠之夜的苦苦思索，巴丁又提出了一種新的理論——表面态理論。這一理論認為表面現象可以引起信号放大效應。

表面态概念的引入，使人們對半導體的結構和性質的認識前進了一大步。

布拉頓等人乘勝追擊，認真細緻地進行了一系列實驗。結果，他們意外地發現，當把樣品和參考電極放在電解液裡時，半導體表面内部的電荷層和電勢力發生了改變，這不正是肖克利曾經預言過的場效應嗎？這個發現使大家十分振奮。

在極度興奮中，他們加快了研究步伐，利用場效應又反複進行了實驗。誰知，繼續實驗中突然發生了與以前截然不同的效應。這接踵而至的新情況大大出乎實驗者的預料。

人們的思路被打斷了，制作實用器件的原計劃不能不改變了，漸趨明朗的形勢又變得撲朔迷離了。然而肖克利小組并沒有知難而退，他們緊緊循着茫茫迷霧中的一絲光亮，改變思路，繼續探索，經過多次地分析、計算、實驗，1947年12月23日，人們終于得到了盼望已久的“寶貝”。

這一天，巴丁和布拉頓把兩根觸絲放在鍺半導體晶片的表面上，當兩根觸絲十分靠近時，放大作用發生了。世界第一隻固體放大器——晶體管也随之誕生了。

在這值得慶祝的時刻，布拉頓按捺住内心的激動，仍然一絲不苟地在實驗筆記中寫道：“電壓增益100，功率增益40，電流損失1/2.5親眼目睹并親耳聽聞音頻的人有吉布尼、摩爾、巴丁、皮爾遜、肖克利、弗萊徹和包文”。在布拉頓的筆記上，皮爾遜、摩爾和肖克利等人分别簽上了日期和他們的名字表示認同。

巴丁和布拉頓實驗成功的這種晶體管，是金屬觸絲和半導體的某一點接觸，故稱點接觸晶體管。這種晶體管對電流、電壓都有放大作用。

晶體管發明之後基于嚴謹的科學态度，貝爾實驗室并沒有立即發表肖克利小組的研究成果。他們認為，還需要時間弄清晶體管的效應，以便編寫論文和申請專利。

此後一段時間裡，肖克利等人在極度緊張的狀态中忙碌地工作着。他們心中隐藏着一絲憂慮。如果别人也發明了晶體管并率先公布了，他們的心血就付之東流了。他們的擔心絕非多慮，當時許多科學家都在潛心于這一課題的研究。

1948年初，在美國物理學會的一次會議上，柏杜大學的布雷和本澤報告了他們在鍺的點接觸方面所進行的實驗及其發現。當時貝爾實驗室發明晶體管的秘密尚未公開，它的發明人之一布拉頓此刻就端坐在聽衆席上，布拉頓清楚地意識到布雷等人的實驗距離晶體管的發明就差一小步了。

因此，會後布雷與布拉頓聊天時談到他們的實驗時，布拉頓立刻緊張起來，他不敢多開口，隻讓對方講話，生怕洩密給對方，支吾幾句就匆匆忙忙地走開了。

後來，布雷曾惋惜地說過：“如果把我的電極靠近本澤的電極，我們就會得到晶體管的作用，這是十分明白的”。由此可見，當時科學界的競争是多麼的激烈。實力雄厚的貝爾實驗室在這場智慧與技能的角逐中，也不過略勝一籌。

晶體管發明半年以後，在1948年6月30日，貝爾實驗室首次在紐約向公衆展示了晶體管。這個偉大的發明使許多專家不勝驚訝。然而，對于它的實用價值，人們大都表示懷疑。當年7月1日的《紐約時報》隻以8個句子、201個文字的短訊形式報道了本該震驚世界的這條新聞。在公衆的心目中，晶體管不過是實驗室的珍品而已。估計隻能做助聽器之類的小東西，不可能派上什麼大用場。

的确，當時的點接觸晶體管同礦石檢波器一樣，利用觸須接點，很不穩定，噪聲大，頻率低，放大功率小，性能還趕不上電子管，制作又很困難。難怪人們對它無動于衷。

然而，物理學家肖克利等人卻堅信晶體管大有前途，它的巨大潛力還沒有被人們所認識。

于是，在點接觸式晶體管發明以後，他們仍然不遺餘力，繼續研究，又經過一個多月的反複思索，肖克利瘦了，眼中也布滿了血絲。一個念頭卻在心中越來越明晰了，那就是以往的研究之所以失敗，根本原因在于人們不顧一切地盲目模仿真空三極管。這實際上走入了研究的誤區。

晶體管同電子管産生于完全不同的物理現象，這就暗示晶體管效應有其獨特之處。明白了這一點，肖克利當即決定暫時放棄原來追求的場效應晶體管，集中精力實現另一個設想——晶體管的放大作用，正确的思想終于開出了最美的花朵。

1948年11月，肖克利構思出一種新型晶體管，其結構像“三明治”夾心面包那樣，把N型半導體夾在兩層P型半導體之間，這是一個多麼富有想象力的設計啊！

可惜的是，由于當時技術條件的限制，研究和實驗都十分困難。直到1950年，人們才成功地制造出第一個PN結型晶體管。

電子技術發展史上一座裡程碑晶體管的出現，是電子技術之樹上綻開的一朵絢麗多彩的奇葩。同電子管相比，晶體管具有諸多優越性：晶體管的構件是沒有消耗的。

無論多麼優良的電子管，都将因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。由于技術上的原因，晶體管制作之初也存在同樣的問題。

随着材料制作上的進步以及多方面的改善，晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍，稱得起永久性器件的美名。晶體管消耗電子極少，僅為電子管的十分之一或幾十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以産生自由電子。

一台晶體管收音機隻要幾節幹電池就可以半年一年地聽下去，這對電子管收音機來說，是難以做到的。晶體管不需預熱，一開機就工作。例如，晶體管收音機一開就響，晶體管電視機一開就很快出現畫面。電子管設備就做不到這一點，開機後，非得等一會兒才聽得到聲音，看得到畫面。

顯然，在軍事、測量、記錄等方面，晶體管是非常有優勢的。晶體管結實可靠，比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動，這都是電子管所無法比拟的。另外，晶體管的體積隻有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設計小型、複雜、可靠的電路。

晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡便，有利于提高元器件的安裝密度。正因為晶體管的性能如此優越，晶體管誕生之後，便被廣泛地應用于工農業生産、國防建設以及人們日常生活中。

1953年，首批電池式的晶體管收音機一投放市場，就受到人們的熱烈歡迎，人們争相購買這種收音機。接着，各廠家之間又展開了制造短波晶體管的競賽。

此後不久，不需要交流電源的袖珍“晶體管收音機”開始在世界各地出售，又引起了一個新的消費熱潮。

效晶體管

摩爾定律

由于矽晶體管适合高溫工作，可以抵抗大氣影響，在電子工業領域是最受歡迎的産品之一。從1967年以來，電子測量裝置或者電視攝像機如果不是“晶體管化”的，那麼就别想賣出去一件。輕便收發機，甚至車載的大型發射機也都晶體管化了。

另外，晶體管還特别适合用作開關，它也是第二代計算機的基本元件，人們還常常用矽晶體管制造紅外探測器。就連可将太陽能轉變為電能的電池——太陽能電池也都能用晶體管制造。這種電池是遨遊于太空的人造衛星的必不可少的電源。

晶體管這種小型簡便的半導體元件還為縫紉機、電鑽和熒光燈開拓了電子控制的途徑。從1950年至1960年的十年間，世界主要工業國家投入了巨額資金，用于研究、開發與生産晶體管和半導體器件。例如，純淨的鍺或矽半導體，導電性能很差，但加入少量其它元素(稱為雜質)後，導電性能會提高許多。

但是要想把定量雜質正确地熔入鍺或矽中，必須在一定的溫度下，通過加熱等方法才能實現。而一旦溫度高于攝氏75度，晶體管就開始失效。為了攻克這一技術難關，美國政府在工業界投資數百萬美元，以開展這項新技術的研制工作。

在這樣雄厚的财政資助下，沒過多久，人們便掌握了這種高熔點材料的提純、熔煉和擴散的技術，特别是晶體管在軍事計劃和宇宙航行中的威力日益顯露出來以後，為争奪電子領域的優勢地位，世界各國展開了激烈的競争。

為實現電子設備的小型化，人們不惜成本，紛紛給電子工業以巨大的财政資助。

自從1904年弗萊明發明真空二極管，1906年德福雷斯特發明真空三極管以來，電子學作為一門新興學科迅速發展起來。但是電子學真正突飛猛進的進步，還應該是從晶體管發明以後開始的。尤其是PN結型晶體管的出現，開辟了電子器件的新紀元，引起了一場電子技術的革命。

在短短十餘年的時間裡，新興的晶體管工業以不可戰勝的雄心和年輕人那樣無所顧忌的氣勢，迅速取代了電子管工業通過多年奮鬥才取得的地位，一躍成為電子技術領域的排頭兵。

現代電子技術的基礎誠然，電子管的發明使電子設備發生了革命性變化。但是電子管體大易碎，費電又不可靠。因此，晶體管的問世被譽為本世紀最偉大的發明之一，它解決了電子管存在的大部分問題，可是單個晶體管的出現，仍然不能滿足電子技術飛速發展的需要。

随着電子技術應用的不斷推廣和電子産品發展的日趨複雜，電子設備中應用的電子器件越來越多。比如二次世界大戰末出現的B29轟炸機上裝有1千個電子管和1萬多個無線電元件，電子計算機就更不用說了。

1960年上市的通用型号計算機有10萬個二極管和2.5萬個晶體管，一個晶體管隻能取代一個電子管，極為複雜的電子設備中就可能要用上百萬個晶體管。

一個晶體管有3條腿，複雜一些的設備就可能有數百萬個焊接點，稍一不慎，就極有可能出現故障。為确保設備的可靠性，縮小其重量和體積，人們迫切需要在電子技術領域來一次新的突破。

1957年蘇聯成功地發射了第一顆人造衛星。這一震驚世界的消息引起了美國朝野的極大震動，它嚴重挫傷了美國人的自尊心和優越感，發達的空間技術是建立在先進的電子技術基礎上的。

為奪得空間科技的領先地位，美國政府于1958年成立了國家航空和宇航局，負責軍事和宇航研究，為實現電子設備的小型化和輕量化，投入了天文數字的經費。

就是在這種激烈的軍備競賽的刺激下，在已有的晶體管技術的基礎上，一種新興技術誕生了，那就是今天大放異彩的集成電路。有了集成電路，計算機、電視機等與人類社會生活密切相關的設備不僅體積小了，功能也越來越齊全了，給現代人的工作、學習和娛樂帶來了極大便利。

那麼，什麼是集成電路呢。集成電路是在一塊幾平方毫米的極其微小的半導體晶片上，将成千上萬的晶體管、電阻、電容、包括連接線做在一起。真正是立錐之地布千軍。它是材料、元件、晶體管三位一體的有機結合。

集成電路的問世是離不開晶體管技術的，沒有晶體管就不會有集成電路。本質上，集成電路是最先進的晶體管——外延平面晶體制造工藝的延續。

集成電路設想的提出，同晶體管密切相關。1952年，英國皇家雷達研究所的一位著名科學家達默，在一次會議上曾指出：“随着晶體管的出現和對半導體的全面研究，現在似乎可以想象，未來電子設備是一種沒有連接線的固體組件。”雖然達默的設想并未付諸實施，但是他為人們的深入研究指明了方向。

後來，一個叫基爾比的美國人步達默的後塵，走上了研究固體組件這條崎岖的小路。基爾比畢業于伊利諾斯大學電機工程系。1952年一個偶然機會，基爾比參加了貝爾實驗室的晶體管講座。富于創造性的基爾比一下子就被晶體管這個小東西迷住了。

當時，他在一家公司負責一項助聽器研究計劃。心系晶體管的基爾比不由自主地想把晶體管用在助聽器上，他果然獲得了成功。他研究出一種簡便的方法，将晶體管直接安裝在塑料片上，并用陶瓷密封。初步的成功使他對晶體管的興趣與日俱增。

為尋求更大的發展，基爾比于1958年5月進入得克薩斯儀器公司。當時，公司正參與美國通信部隊的一項微型組件計劃。基爾比非常希望能在這一計劃中一顯身手。強烈的自尊促使他決心憑自己的智慧和努力進入這一計劃。

于是，他常常一個人埋頭在工廠，思考采用半導體制造整個電路的途徑。記不清多少次苦苦思索，多少回實驗，多少次挫折，經過長時間的孤軍奮戰，到1959年，一塊集成電路闆終于在基爾比的手中誕生了。

同年3月，這一産品被拿到無線電工程師協會上展出。得克薩斯公司當時的副總裁謝潑德自豪地宣布，這是“矽晶體管後得克薩斯儀器公司最重要的開發成果”。在晶體管技術基礎上迅速發展起來的集成電路，帶來了微電子技術的突飛猛進。

微電子技術的不斷進步，極大降低了晶體管的成本，在1960年，生産1隻晶體管要花10美元，而今天，1隻嵌入集成電路裡的晶體管的成本還不到1美分，這使晶體管的應用更為廣泛了。

不僅如此，微電子技術通過微型化、自動化、計算機化和機器人化，将從根本上改變人類的生活。它正在沖擊着人類生活的許多方面：勞動生産、家庭、政治、科學、戰争與和平。

晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。

工作條件

1.晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關短狀态。

2.晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。

3.晶閘管在導通情況下，隻要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通後，門極失去作用。

4.晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷。

從晶閘管的内部分析工作過程：

晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個PN結，可以把它中間的NP分成兩部分，構成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的複合管。

當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導通，必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。圖2中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。

因此，兩個互相複合的晶體管電路，當有足夠的門機電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導通，晶體管飽和導通。

設PNP管和NPN管的集電極電流相應為Ic1和Ic2；發射極電流相應為Ia和Ik；電流放大系數相應為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設流過J2結的反相漏電電流為Ic0,

晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：

Ia=Ic1Ic2Ic0或Ia=a1Iaa2IkIc0

若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=IaIg

從而可以得出晶閘管陽極電流為：I=(Ic0Iga2)/（1-（a1a2））（1—1）式

矽PNP管和矽NPN管相應的電流放大系數a1和a2随其發射極電流的改變而急劇變化如圖3所示。

當晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（1—1）中，Ig=0,(a1a2)很小，故晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0晶閘關處于正向阻斷狀态。

當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經NPN管的發射結，從而提高起點流放大系數a2,産生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發射結，并提高了PNP管的電流放大系數a1,産生更大的極電極電流Ic1流經NPN管的發射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。

當a1和a2随發射極電流增加而（a1a2）≈1時，式（1—1）中的分母1-（a1a2）≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia。這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向導通狀态。

式（1—1）中，在晶閘管導通後，1-（a1a2）≈0,即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續導通。晶閘管在導通後，門極已失去作用。

構造原理

下面的讨論僅限于真空式電子管

二極管：

考慮一塊被加熱的金屬闆，當它的溫度達到攝氏800度以上時，會形成電子的加速運動，以至能夠擺脫金屬闆本身對它們的吸引而逃逸到金屬表面以外的空間。

若在這一空間加上一個十幾至幾萬伏的正向電壓（在上面說到的顯像管，陽極上就加有7000--27000伏的高壓），這些電子就會被吸引飛向正向電壓極，流經電源而形成回路電流。

二極管

把金屬闆（陰極），加熱源（燈絲），正向電壓極闆（陽極）封裝在一個适當的殼裡，即上面說的玻璃（或金屬，陶瓷）封裝殼，再抽成幾近真空，就是電子二極管。

需要說明的是由于制造工藝，雜質附着以及材料本身等原因，管内會殘留微量餘氣，成品管都在管内塗敷了一層吸氣劑。吸氣劑一般使用摻氮的蒸散型锆鋁或锆釩材料。

除特殊用途外（如超高頻和高壓整流等），為便于使用和增加一至性，均為兩隻二極管，或二極三極，或三極三極以及二極五極等合裝在一個管殼内，這就是複合管。

三極管

二極管的結構決定了它的單向導電的性質，當在陰極與陽極之間再加上一個帶适當電壓的極點，這個電壓就會改變陰極的表面電位，從而影響了陰極熱電子飛向陽極的數量，這就是調制極，一般是用金屬絲做成螺旋狀的栅網，所以又把它稱為栅極。這就是閥門功能了。由此可以知道，當作為被放大的信号電壓加在栅極----陰極之間時，由于它的變化必然會使陽極電流發生相應的變化，又由于陽極電壓遠高于陰極，因此栅陰極間微小的電壓變化同樣能使陽極産生相應的幾十至上百倍的電壓變化，這就是三極管放大電壓三極管信号的原理。

四極管

純粹意義的四極管隻是在電子管的發展史上作為驗證管出現過而沒有進入實用，在商品功放裡超過半數以上的機種用的是束射四極管。束射四極管全部是功率管，對功率管的要求是産生盡可能大的陽極電流。束射四極管在電極的結構上做了一些特殊的安排，使其在保持和其它功率管體積差别不大的前提下，能夠形成比其它功率管更大的陽極電流。

束射四極管的幾個結構特點：

1.陰極為橢圓型，這就增加了陰極的有效發射面積，從而增加了熱電子的發射量。

2.和三極管一樣，在抑制栅極和陽極之間加有簾栅極，作用前面說過了。

3.在簾栅極和和陽極之間加了一對弓型金屬闆（說到重點了，注意下面的表述），這就是集束屏。集束屏在管内和陰極相連即與陰極等電位，它迫使已經越過簾栅極的電子流隻能沿弓型金屬闆的開口方向成束狀射向陽極。