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                    《無線電》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    1955年創刊,是國內電子科普領域創刊最早、發行量最大的知名雜志,累計發行量超過3億冊,倡導科普、興趣、實作、分享的辦刊理念。

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                    歷史悠久的電子管

                    2012-10-29 16:27:08

                    電子管(electron tube)在港臺地區通稱“膽”,它是一種在密閉的玻璃管等容器內產生電流傳導,并通過電場對處于真空或稀薄氣體中的電子流進行有效控制,以完成整流、檢波、信號放大或振蕩任務的電子器件。因常用電子管的管殼內幾乎全被抽成真空,僅個別管殼內被充入少量惰性氣體或汞蒸氣等,所以電子管有真空管(vacuum tube)和充氣管(gas filled tube)之分。常用電子管幾乎全部為真空管。

                    電子管作為一種歷史悠久的電子器件,在電子技術的發展過程中,做出過很大貢獻。后來由于半導體器件問世及快速發展,電子管逐步讓位并退出越來越多的領域中。但目前在一些高保真音響器材中,仍然使用電子管作為音頻功率放大器件,尤其受到音響“發燒友”的追捧和青睞?!稛o線電》雜志近年來對早期電子管收音機的生動介紹,以及對業余條件下制作“膽機”(電子管功放機)的介紹,不僅抒發了許多老讀者的懷舊情結,更激發起了許多青少年無線電愛好者的動手興趣。因此,掌握普通電子管的識別與使用方法,仍然是很有必要的。

                    1.如何識別電子管

                    (1)結構及特性

                    電子管的種類很多,用途也各不相同。但由于它們幾乎都是利用電場對真空中的自由電子傳輸進行有效控制的器件,所以盡管在結構上各有特點,但其基本部件卻有許多相同之處,大體上都是由基座、加熱燈絲、電極和管殼所組成。其中,電極是電子管的關鍵結構件,通常有陰極、屏極和柵極等三種電極,它們都是由各種不同的金屬或合金(如鎳、鉬、鎢、鉻、銅、鐵及其合金)所制成。

                    圖1所示是常用小型電子管的結構圖。由圖可知,陰極位于電子管的中央,為鋸齒形或圓筒形狀,其任務是被燈絲加熱后發射電子。極(亦稱極或板極)位于各電極的最外層,有平板形、矩形、圓筒形和橢圓形等種,其任務是接收從陰極發射來的電子,形成極電流。柵極是用很細的金屬絲或金屬網成的圓筒形、橢圓形或矩形柵欄,它位于陰極與極之間,其作用是控制從陰極發射出來、并最終到達極的電子數量,實現最基本的放大電壓信號功能。

                    不同類型的電子管,柵極的層數也不同,三極管只有一個柵極(即控制柵極)。在三極管的柵極和屏極間加入一網狀電極——簾柵極,就構成放大能力大幅提升、可用于高頻電路的普通四極管。在四極管的簾柵極和屏極之間再加入一網狀電極——抑制柵極,就構成能夠抑制屏極“二次電子發射”、使屏極特性曲線起始段變得平滑的五極管。還有一種常用的束射四極管(也叫集射四極管),它是指有陰極、控制柵極、簾柵極、屏極和集射屏的四極管,其中集射屏裝在簾柵極和屏極之間,并與陰極相聯,可使電子流從集射屏的開口處集中射向屏極,不僅增大了屏流,而且同樣能夠有效抑制屏極的“二次電子發射”、進一步增強放大能力。束射四極管幾乎全部都是能夠產生較大屏極電流的功率管,其放大能力明顯優于普通三極管,綜合性能高于五極管,使用非常普遍。如果電子管內部連一個柵極都沒有,就構成了只有陰極和屏極、具有整流或檢波作用的二極管。

                    19226

                    圖1  小型電子管結構圖

                    電子管的陰極加熱方式可分為直熱式和旁熱式(也稱間熱式)兩種,直熱式電子管的陰極和加熱燈絲“合二為一”,而旁熱式電子管的陰極和加熱燈絲是彼此靠近且分離的。當電子管控制柵極的柵圈間距相等時,其屏極電流隨柵極電壓變負有較陡的截止特性,稱作銳截止管;當柵圈的間距有疏密時,其屏極電流隨柵極電壓變負時截止較慢,稱為遙截止管或“變跨導管”、“變μ管”。

                    電子管的各電極安裝在絕緣基座上,被密封在抽去空氣的真空管殼內。管殼幾乎都采用了玻璃外殼,也有加金屬外殼的。需要說明的是,由于制造工藝、雜質附著以及材料本身等原因,電子管內會殘留微量余氣,為保證管內真空度,成品管都在管內安置或在管內壁涂敷了一層消氣劑(也稱吸氣劑、除氣劑)。消氣劑一般使用摻氮的蒸散型鋯鋁或鋯釩材料。為便于使用和增加一致性,常將兩只相同的電子管或不同的兩個電子管合裝在一個管殼內,這就是所謂的“復合管”。

                    (2)外形及種類

                    常用電子管的外形實物如圖2所示。按其大小可分為大型管、小型管(花生管、指形管或MT管)和超小型管(鉛筆形管)等,圖2(a)所示為最常見的小型管大型玻璃管(G式管);按其形狀不同,可分為瓶形玻璃管(ST)、筒形玻璃管(GT管、金屬玻璃管)、球形管、鎖式管等,圖2(b)所示為最常見的筒形玻璃管和瓶形玻璃管;按外殼材料不同,可分為圖2(c)所示的玻璃管、金屬管兩大類;按管腳數量不同,可分4、5、6、7、8、9、11、12、14、20、25腳等,圖2(d)所示為最常用的7腳和9腳電子管;按電極數不同,可分為二極管、三極管、四極管、束射四極管、五極管、六極管、七極管和復合管等,圖2(e)所示為最常用的束射四極管和復合管——雙三極管、雙二極管;按用途不同,可分為電壓放大管、功率放大管、混頻或變頻管、整流管、檢波管、調諧指示管等,圖2(f)所示為最常用的電壓放大管、功率放大管和整流管。

                    小型電子管由于具有一系列的優點而得到普及使用,國際上作為推薦品種,具有廣泛的國際互換性。

                    19229

                    (a)按大小區分   

                    1922819228

                    (b)按形狀區分

                    19231

                    (c)按外殼區分   

                      

                    (d)按管腳區分

                    19232

                    (e)按電極區分   

                     

                    (f)按用途區分

                    圖2  常用電子管的分類

                    3)基本參數

                    電子管在一般應用下的主要參數電壓UF(V)、燈絲電流IF(mA)、屏極電壓UA(V)、極電流IA(mA)、柵極電壓UG(V)、柵極電壓UG2(V)、抑制柵極電壓UG3(V)、陰極與燈絲間電壓UKF(V)、負載電阻RL(kΩ)、內Ri(kΩ)、輸出功率PO(W)、放大系μ(無單位)、跨S(mA/V)等。

                    電子各種放大電路中,與放大器效果關系最密切的參數為跨導S、內Ri和放大系數μ,其定義和相互間的關系如下:

                    ①跨S(mA/V)。也稱“互導”,這是指極電壓固定不變時,電流的變化量ΔIA與對應柵極電壓變化量ΔUG的比值,即S=ΔIAUG,單位為mA/V??鐚?/span>S表征了電子管柵極電壓對屏極電流控制能力。一般三極管的跨導值為0.5~10mA/V,S值越大,說明柵極電壓對屏極電流的控制能力越強。

                    內阻Ri(kΩ)。這是指柵極電壓固定不變,極電壓的變化量ΔUA對應屏電流變化量ΔIA的比值,即Ri=ΔUAIA,單位為。它表征了電子管屏極電壓對屏極電流的控制能力。一般三極管的內阻值約在0.5~100kΩ之間,內阻愈小,屏極電壓控制屏極電流的能力就越強。

                    放大系數μ。這是指在保持電流變化量ΔIA一定的條件下,屏極電壓的變化量ΔUA與對應柵極電壓變化量ΔUG的比值,即μΔUAUG。它表征了電子管柵極電壓對屏極電流的控制能力較之電壓對屏極電流的影響強多少倍。一般三極管的放大系數為2.5~100,μ值越大,說明電子管的放大品質越高。

                    跨導S、內阻Ri和放大系數μ三者的關系,可用μS×Ri來表示。該公式被稱為電子管的內部方程式。如果知道了三個參數中的任意兩個,便可求出余下的一個。

                    (4)型號命名

                    國產電子管型號命名數字開頭和字母開頭兩大類型,各類型一般均包括四個部分,其格式和含義如圖3所示。

                    數字開頭的型號命名,主要用于放大、收信、小型整流、調諧指示等電子管,其格式和含義見圖3(a)。第一部分用數字表示燈絲電壓的整數部分,其中“1”代表燈絲電壓為1.2V,“2”代表燈絲電壓2.4V,“5”代表燈絲電壓5V,“6”代表燈絲電壓為6.3V,“12”代表燈絲電壓12.6V。第二部分用字母表示管的結構及類別,其中“A”代表“雙控制柵變頻管”,“B”代表“雙二極五極管”,“C”代表“三極管”,“D”代表“二極管”,“E”代表“調諧指示管”,“F”代表“三極五極管”,“G”代表“雙二極三極管”,“H”代表“雙二極管”,“J”代表“銳截止五極管和束射四極管”,“K”代表“遙截止五極管和束射四極管”,“N”代表“雙三極管”,“P”代表“輸出五極管和束射四極管”,“S”代表“四極管”,“Z”代表“小功率整流二極管”等。第三部分用數字表示同類型管的序號(區分規格、性能等)。例如,6N1和6N2都是雙三極管,但前者為中等放大系數,后者有較高的放大系數。第四部分用字母表示電子管外殼的材料和形,其中“P”代表普通玻璃外殼管,“K”代表金屬陶瓷管,“J”代表橡實管,無字母代表φ19~22.5mm的小型玻璃管(即花生管)等。例如,6A2型表示燈絲電壓6.3V七極變頻管,為小型玻璃管;6P1型表示燈絲電壓6.3V輸出束射四極管,為小型玻璃管;6P6P型表示燈絲電壓6.3V輸出束射四極管,為普通玻璃。

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                    (a)以數字開頭                 

                    19233

                    (b)以字母開頭

                    圖3  國產電子管的命名規則

                    以字母開頭的型號命名,主要用于發射、高壓整流、穩壓、閘流等電子管,其格式和含義見圖3(b)。第一部分用字母表示電子管的類別,其中“F”代表“發射管”,“FD”代表“長波或短波發射管”,“FU”代表“超短波發射管”,“FC”代表“分米波發射管”,“FL”代表“厘米波發射管”,“FM”代表“脈沖發射管”,“E”代表“真空高壓整流二極管”,“EQ”代表“充氣整流二極管”,“EG代表“汞氣整流二極管”,“EM”代表“真空脈沖整流二極管”,“T”代表“調制管”,“WY”代表“穩壓管”,“ZQ”代表“充氣閘流管”等。第二部分用數字表示同類序號,主要區分規格、性能等,一般多在序號前面增加上短“-”號。第三部分用字母表示外殼的形,具體與以數字起首的第四部分相同。第四部分用字母表示管子冷卻方式,其中“S”代表水冷管,“F”代表風冷管。充氣整流管的第四部分常用分數來表示,分子表示允許的屏極電流平均安培數(即整流電流值),分母表示最大反峰電壓千伏數。而有些電子管則省略了第三、四部分。例如,FU-5型表示發射專用三極管;FU-7型表示發射專用束射四極管;FU-10S型表示水冷方式的發射管;EG1-0.3/8.5(866)型表示汞氣整流二極管,其最大屏極電流平均值為0.3A、最大反峰電壓為8.5kV。

                    在上述基本型號后面,有時還附加補充特性代號(常單獨標印在電子管外殼上)。如“Q”代表高可靠與機械強度管,“S”代表長壽命管,“T”代表特等軍級管,“J”代表合格

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