到底什么是电子管（真空管）？

1883年，著名发明家托马斯爱迪生（Thomas Edison）在一次实验中，不雅观察到一种奇怪征象。

当时，他正在进行灯丝（碳丝）的寿命测试。

碳丝正常通电后，开始发光发热。
过了一会，爱迪生断开电源。
他无意中创造，铜丝上竟然也产生了电流。

爱迪生没有办法阐明涌现这种征象的缘故原由，但是，作为一个精明的“贩子”，他想到的第一件事，便是给这个创造申请专利。
他还将这种征象，命名为“爱迪生效应”。

爱迪生

现在我们知道，爱迪生效应的实质，是热电子发射。
也便是说，灯丝被加热后，表面的电子变得生动，“逃”了出去，结果被金属铜丝捕获，从而产生了电流。

爱迪生申请专利之后，并没有想到这个效应有什么用场，于是将其束之高阁。

1884年，爱迪生电光公司的技能顾问、英国物理学家约翰安布罗斯弗莱明（John Ambrose Fleming）访问美国，与爱迪生进行会面。
爱迪生向弗莱明展示了自己创造的爱迪生效应，给弗莱明留下了深刻的印象。

弗莱明

这个弗莱明，大家该当也比较熟习。
他是一个电学专家，也是一个电机工程师，我们中学常常利用的右手定则，便是他发明的。

除了传统电学之外，弗莱明实在还有一个强项，那便是无线电磁学。
他年轻的时候，曾经师从麦克斯韦，专门学习无线电磁理论。
麦克斯韦临终前上课，只有两个学生来听，个中一个，便是弗莱明。

弗莱明不雅观摩了爱迪生效应的演示后，也没有想到这个效应到底能用来干啥。
事实上，等到他真正用到它，已经是十几年后。

1896年，意大利人伽利尔摩马可尼（Guglielmo Marconi）成功取得了天下上第一个无线电报系统专利，从而将人类带入无线通信时期。

马可尼

1899年，马可尼决定考试测验横跨大泰西的远程无线电通信。
为了完成这个壮举，他找来了弗莱明，和他签约，请他帮忙改进自己的无线电发射机和吸收机。

弗莱明也确实没有辜负马可尼的期望，大幅改进了马可尼的设计，帮助实现了跨大泰西无线通信实验。
（可惜，马可尼刻意对外遮盖了弗莱明的贡献，还“忘却”了自己承诺要给弗莱明的500股股票褒奖，把弗莱明气得半去世。
）

弗莱明在改进无线通信系统的时候，碰着了很多技能寻衅。
个中，最大的寻衅，便是无线旗子暗记的吸收。

大略来说，便是在吸收端，如何检波旗子暗记，放大旗子暗记，让旗子暗记能够被完美解读。

放大旗子暗记大家都懂，那什么是检波旗子暗记呢？

所谓旗子暗记检波，实在便是旗子暗记筛选。
天线吸收到的旗子暗记，是非常凌乱的，什么旗子暗记都有。
我们真正须要的旗子暗记（指定频率的旗子暗记），须要从这些凌乱旗子暗记中“过滤”出来，这便是检波。

想要实现检波，单引导通性（单引导电）是关键。

大家都知道，无线电磁波是高频振荡，每秒高达几十万次的频率。
无线电磁波产生的感应电流，也随着“正、负、正、负”不断变革，如果我们用这个电流去驱动耳机，一正一负便是零，耳机就没办法反应出旗子暗记。

采取单引导电性，正弦波的负半周就没有了，全部是正的，电流方向同等，把高频过滤掉之后，耳机就能够轻松表示出电流的变革。

去掉负半周，电流方向变成同等的，随意马虎解读

在这里，我要先给大家先容一样东西——矿石检波器。

1874年，德国科学家卡尔布劳恩（Karl Ferdinand Braun）创造，有一些天然矿石（金属硫化物）具有电流单引导通的特性，可以用于整流（将互换电变成直流电）。

1894年，英属印度物理学家贾格迪什钱德拉博斯（Jagadish Chandra Bose）基于卡尔布劳恩的创造，利用方铅矿（硫化铅）的单引导电性，制成了天下上第一个检波器——矿石检波器。

1900年，美国人格林里夫惠特勒皮卡德（Greenleaf Whittier Pickard），基于矿石检波器，成功制造了天下上第一个矿石收音机。
这为后来无线电广播的迅速遍及奠定了根本。

弗莱明在研究如何改进无线电吸收机的时候，采取了矿石检波器。
但是，他想起了之前的爱迪生效应，他想到——是不是可以基于爱迪生效应的电子流动，设计一个新型的检波器呢？

就这样，1904年，天下上第一只真空电子二极管，在弗莱明的部下出身了。
当时，这个二极管也叫做“弗莱明阀”。
（真空管，vacuum tube，也便是电子管，有时候也叫“胆管”。
）

弗莱明发明的二极管

弗莱明的二极管，构造实在非常大略，便是真空玻璃灯泡里，塞了两个极：一个阴极（Cathode），加热后可以发射电子；一个阳极（Anode），吸收电子。

旁热式二极管

玻璃管里之以是要抽成真空，是为了防止发生气体电离，对正常的电子流动造成影响，毁坏特性曲线。
（抽成真空，还可以有效降落灯丝的氧化损耗。
）

二极管的涌现，办理了检波和整流需求。
但是，它还有改进的空间。

1899年，马可尼应邀到美国做无线电通讯演出。
他的演出，吸引了一个年轻人的关注。
这个年轻人，便是刚刚得到博士学位的德福雷斯特（De Forest Lee）。

德福雷斯特

德福雷斯特为马可尼的无线电感到着迷。
于是，他投递简历，想要加入马可尼的公司。
结果，遭到谢绝。

被谢绝之后，德福雷斯特没有放弃，而是连续研究无线电通信。
他的目光，放在了弗莱明的二极管上。

1906年，德福雷斯特在真空二极电子管里，奥妙地加了一个栅板（“栅极”），发明了真空三极电子管。

德福雷斯特发明的三极管

栅板的紧张浸染，是掌握电流。

栅极上很小的电流变革，能引起阳极很大的电流变革，而且，变革波形与栅极电流完备同等。
以是， 三极管有旗子暗记放大的浸染。

现在看来，真空三极管的发明，是电子工业领域的里程碑事宜。

这个小小的元件，集检波、放大和振荡三种功能于一体，为电子技能的发展奠定了根本。

一开始的三极管是单栅，后来变成了两个板子夹在一起的双栅，再后来，干脆变成了全体包起来的围栅

真空管

真空三极管是那一期间电子工业的心脏。
基于它，我们才有了性能越来越强大的广播电台、收音机、留声机、电影、电台、雷达、无线电对讲等。

真空管收音机的内部布局（可以看到很多个真空管）

德福雷斯特发明了三极管之后，很快陷入与弗莱明以及马可尼公司的专利官司。

双方相互起诉，弗莱明认为德福雷斯特陵犯了自己的二极管专利，而德福雷斯特则认为自己的改进很大，足以形成新的专利。
官司打了良久，终极，双方达成和解，相互授权对方生产二极管（三极管）。

三极管出身后，由于能放大旗子暗记，以是受到了美国通信巨子AT&T公司的关注。

当时，AT&T公司打算建造一条连接美国东西海岸的跨大陆电话线，急需办理旗子暗记放大问题。
在没有三极管之前，放大旗子暗记只能用中继器，但是中继器的效果不好，且本钱较高。

三极管的涌现，给AT&T公司带来了新的选项。

1913年7月，经由一番讨价还价，AT&T公司以39万美元的价格，买下了德福雷斯特的三极管专利。

再后来，AT&T认识到电子管这类根本研究对付家当发展的主要浸染，于1925年正式成立了“贝尔电话实验室公司”。
这个公司，便是后来大名鼎鼎的贝尔实验室。

1912—1920年，美国西电公司（Western Electric，简称WE）研制出具有实用性的球形电子三极管，发热友称之为“洋葱头”电子管。

1924年，美国RCA公司（Radio Corporation of America）研制出效率较高的三极真空电子管。
这种古典管在第一次天下大战中得到广泛运用。

1919年，德国的肖特基提出在栅极和正极间加一个帘栅极的想法。
这个想法被英国的朗德在1926年实现。
这便是后来的四极管。
再后来，荷兰的霍尔斯特和泰莱根又发明了五极管。

到了20世纪40年代，打算机技能研究进入高潮。
人们创造，电子管的单引导通特性，可以用于设计一些逻辑电路（例如与门电路、或门电路）。
于是，他们开始将电子管引入打算机领域。

1946年，宾夕法尼亚大学的工程师埃克特和物理学家毛希利等人，共同研制出了真正意义上的第一台通用型电子打算机——埃尼阿克（ENIAC）。

大家该当都知道埃尼阿克。
这台钢铁巨兽，利用了18000多只电子管，重130多吨，占地面积170多平方米，每秒钟可作5000多次加法运算。
之前的打算机须要2小时完成的打算任务，ENIAC只须要3秒钟，在当时堪称奇迹。

上世纪40-50年代，电子管的发展达到了高潮。
但是，随着技能的进步，人们创造，电子管已经无法知足产品设计的需求。

一方面，电子管随意马虎破损，故障率高，另一方面，电子管须要加热利用，很多能量都摧残浪费蹂躏在发热上，也带来了极高的功耗。

以是，人们开始思考——是否有更好的办法，可以实现电路的检波、整流和旗子暗记放大呢？

答案是肯定的，于是人们开启了晶体管的新纪元。

参考文献：

1、Leo的微电子学习条记，黎翱白Leobai，B站；

2、从上海发迹的中国收音机百年史，戴辉；

3、从电子管到晶体管，解码科技史，央视；

4、真空二极管的事情事理，IC师长西席；

5、第一块晶体管背后的故事，中科大胡不归；

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来源：鲜枣教室

编辑：老头