電子二極管,也叫真空二極管。只具有一個陰極與一個陽極(板極)的電子管。它是靠被燈絲加熱的陰極發(fā)射電子導(dǎo)電的,因為燈絲有熱損耗,所以效率比半導(dǎo)體二極管低。
具有單向?qū)щ娦阅埽搓枠O電位高于陰極時,陰極發(fā)射的電子在電場的作用下,向陽極運(yùn)動形成電子流。而陰極電壓比陽極高時,電子所受到的電場力是將電子拉回陰極的,不能產(chǎn)生電流,一般用于整流與檢波,有真空與充氣(充有惰性氣體)兩種電子二極管。充氣二極管也可以做穩(wěn)壓、指示、控制之用。
原理
現(xiàn)代的真空管共由4種基本構(gòu)件組成:極對燈絲(Filament) (加熱用)、陰極(Cathode)、柵極(Grid)和陽極(Anode)。當(dāng)極對燈絲連上電壓對陰極加熱,激發(fā)陰極電子通過柵極打在陽極上。通過這樣的電子流,電子管可以將較小的交流電放大成較強(qiáng)的信號,實現(xiàn)信號放大功能。在信號放大的同時,通過控制柵極電壓可以控制電子流量,因而獲得所需的電子特性。
PN接合二極管是n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體互相結(jié)合所構(gòu)成。PN接合區(qū)彼此的電子和電洞相互抵銷,造成主要載子不足,形成空乏層。在空乏層內(nèi)N型側(cè)帶正電,P型側(cè)帶負(fù)電,因此內(nèi)部產(chǎn)生一個靜電場,空乏層的兩端存在電位差。但是如果讓兩端的載子再結(jié)合的話,兩端的電壓差則會變成零。
真空管與半導(dǎo)體二極管
二極管具有陽極(anode)和陰極(cathode)兩個端子(這些用語是來自于真空管),電流只能往單一方向流動。也就是說,電流可以從陽極流向陰極,不能從陰極流向陽極。這種作用就被稱之為整流作用。而在真空管內(nèi),藉由電極之間加上的電壓讓熱電子從陰極到達(dá)陽極,因而有整流的作用。 半導(dǎo)體二極管中,有利用P型和N型兩種半導(dǎo)體接合面的PN接合效應(yīng),也有利用金屬與半導(dǎo)體接合產(chǎn)生的肖特基效應(yīng)達(dá)成整流作用的類型。若是PN接合型的二極管,在P型側(cè)就是陽極,N型側(cè)則是陰極。
真空二極管的最重要特點是單向?qū)щ娦裕梢杂糜跈z波和整流。在半導(dǎo)體二極管發(fā)明之前,人們首先有了真空二極管。
發(fā)展
電子管又稱真空管,它是電子設(shè)備工作的心臟,電子管的發(fā)展又是電子工業(yè)發(fā)展的起點。世界上第一只電子管是英國弗萊明發(fā)明的二極管。
1882年,弗萊明曾擔(dān)任愛迪生電光公司技術(shù)顧問。1884年,弗萊明出訪美國時拜會了愛迪生,共同討論了電發(fā)光的問題。愛迪生向弗萊明展示了一年前他在進(jìn)行白熾燈研究時,發(fā)現(xiàn)的一個有趣現(xiàn)象(人們稱之為愛迪生效應(yīng)):把一根電極密封在碳絲燈泡內(nèi),靠近燈絲,當(dāng)電流通過燈絲使之發(fā)熱時,金屬板極上就有電流流過。愛迪生進(jìn)一步試驗讓板極通過電流計與燈絲的陽極相連時有電流,而與燈絲陰極相連時則沒有電流。
弗萊明對這一現(xiàn)象非常感興趣,回國后,他對此進(jìn)行了一些研究,認(rèn)為:在燈絲板極之間的空間是電的單行路。
1896年,馬可尼無線電報公司成立,弗萊明被聘為顧問。在研究改進(jìn)無線電報接收機(jī)中的檢波器時,他就設(shè)想采用愛迪生效應(yīng)進(jìn)行檢波。弗萊明在真空玻璃管內(nèi)封裝入兩個金屬片,給陽極板加上高頻交變電壓后,出現(xiàn)了愛迪生效應(yīng),在交流電通過這個裝置時被變成了直流電。弗萊明把這種裝有兩個電極的管子叫作真空二極管,它具有整流和檢波兩種作用,這是人類歷史上第一只電子器件。弗萊明將此項發(fā)明用于無線電檢波,并于1904年11月16日在英國取得專利。
電子管
電子管又稱「真空管」 (Vacuum Tube),代表玻璃瓶內(nèi)部抽真空,以利于游離電子的流動,也可有效降低燈絲的氧化損耗。二極管、三極管、五極管,從字面意義代表電子管內(nèi)部基本「極」的數(shù)量。電子管擁有三個最基本的極,第一是「陰極」(Cathode,以K代表):陰極當(dāng)然是陰性的,它是釋放出電子流的地方,它可以是一塊金屬板或是燈絲本身,當(dāng)燈絲加熱金屬板時,電子就會游離而出,散布在小小的真空玻璃瓶里。第二個極是「屏極」(Plate,以P代表),基本上它是電子管最外圍的金屬板,眼睛見到電子管最外層深灰色或黑色的金屬板,通常就是屏極。屏極連接正電壓,它負(fù)責(zé)吸引從陰極散發(fā)出來的電子(利用異性相吸的原理),作為電子游離旅行的終點。第三個極為「柵極」(Gird,以G代表),從構(gòu)造看來,它猶如一圈圈的細(xì)線圈,就如同柵欄一般,固定在陰極與屏極之間,電子流必須通過柵極而到屏極,在柵極之間通電壓,可以控制電子的流量,它的作用就如同一個水龍頭一般,具有流通與阻擋的功能。
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