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北京赛车预测: 三极电子管

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两壶居士 发表于 2013-6-12 16:32:35 | 只看该作者 |只看大图 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
本帖最后由 两壶居士 于 2013-6-13 12:01 编辑

三极电子管
作者:沈肇熙

    三极电子管比二极电子管只多了一个电极,但它是技术科学上的巨大成就,有着许多巧妙的用途。如果我们把二极电子管当做一个代替人们工作的自动开关,那末三极电子管就是能够让少数电子去管理大量电子自动地为人们工作的工具。在收音机里面的许多活动,都离不开三极管的基本作用。
    三极电子管是怎样工作的?


    对二极电子管,重点考虑的是管内电阻的变化;而对三极电子管,重点是考虑管内电流的变化。二极电子管里的电阻只能够陡变;而三极电子管里的电流却能够逐渐的由大变小又由小变大。多加一个电极,就是为了达到这个目的。尽管三极管和二极管的用法基本不同,但都不外是对散布在管内的自由电子——空间电荷——的适当运用。




    自由电子在管内的分布由阴极到屏极是很不均匀的。普通电子管中间是阴极,是一个细长的圆筒子,向四围放射电子;屏极也是一个比较大的圆筒子,它吸引这些电子就成为电流。愈靠近阴极,电子的密度愈大;愈接近屏极,电子密度愈小。所以要改变管内电流的大小,有效的办法是从贴近阴极的地方着手。在这里一控制就是一大批的电子。所以三极管中多加的一个起控制作用的叫做“栅极”,就恰好放在这里。(注1)但是太贴近了,阴极辐射的热量就会烧毁栅极或使栅极发高热也放射电子;栅极的轻微幌动会碰着阴极;此外栅极紧紧地包围着阴极会形成一个很大的没有好处的电容器。若不是这些顾虑,无线电工程师们早就想把三极管的栅极更靠拢阴极,做成更灵敏的控制器。栅极的位置是这样的重要,所以做栅极用的金属线径往往要精密到1/1000寸,工作时线径的变化要不超过9/10000寸。(注2)这种线现在都是用最不怕热的钨或钼做成的。
    为什么这一个电极叫做“栅极”呢,因为它是用细线绕成的一个圆筒子,上面有许多相当大的空隙,像一个栏栅。受栅极控制的电子,就从这些空隙里穿过去再跑向屏极。如果线很粗而中间的空隙很小,那末许多电子不是钻进栅极去就是撞着栅极又返回来,栅极也起不了控制大批电子从阴极到屏极的作用。
    很显然的,在栅极上加一些正电荷(例如拿一个电池的负极接阴极,正极接栅极)抵消了阴极附近空间电荷的作用,让更多的由阴极放射出来的电子可以突破空间电荷的包围,更均匀的散布开来,使管内电子的密度普遍的增加,所以同样的屏极电压而屏极电流就增大了;相反的,在栅极上加一些负电荷(例如拿一个电池的正极接阴极,负极接栅极),便助长了空间电荷的作用,阴极放射出来的电子更不容易突过重围向管内散布,电子的密度普遍减少,同样的屏压而屏流就减少。因此栅极上放上或多或少的正电荷,屏流就有或多或少的增加;栅极上放上或多或少的负电荷,屏流就有或多或少的减少。如果栅极和阴极间接上交流电压(等于栅极上的电荷忽正忽负,忽多忽少),屏流的变化情况就等于在一个直流电流上又加了一个交流电流。如果不看屏流的直流部分单看它的交流部分,这效应就更明显:栅极电压怎样变化,屏流也跟着怎样变化。这实际就是栅极上很少的电荷,自动地管理着由屏极流到管外的大量电荷,在巧妙的进行工作。(注3)






    自然,要改变屏流,我们也同样可以用改变屏压的办法来得到。不过屏极隔阴极附近的空间电荷太远。屏极上增加一些正电荷能够抵消空间电荷的作用并不大;屏极上减少一些正电荷,也不容易使空间电荷的作用就显得特别大。因此,往往数十倍甚至数百倍于栅极电压变化的屏极电压变化,才可以产生同样屏流的变化。在控制屏流的效果上,屏压远不如栅压。三极电子管有一个特性常数叫做“放大系数”,简写为“μ”,就表示产生同样屏流的变化,屏压比栅压要大的倍数。栅极愈靠近阴极同时屏极隔阴极愈远,μ就愈大。μ愈大的电子管,栅极的控制作用愈灵敏,愈可以让小的电压起巨大的作用。有一种所谓“高μ三极管”,就是根据这样的原理制成的。
    但是,μ大的电子管,屏极隔得远,从阴间发射出来的电子要分布到更大的空间,所以管内的电子密度是普遍的减小了。我们比较一个良导电体和绝缘体的内部情形,就知道任何东西所含电子密度大电阻就小,电子密度小电阻就大,可见μ大的电子管内部电阻一般都很大。例如6F5的μ大到100,它的内阻是66000欧;而μ较小的电子管如6c5,它的μ是20,内阻就只有10000欧。μ更小的电子管如45,它的μ是3.5,而内阻只有1700欧。(注4

    以后我们讨论电子管的放大作用时,还要说明任何一级用电子管做的放大器,它放大电压的倍数绝不会超过电子管本身的放大系数μ,所以专作为一个电压放大管,μ是愈大愈好。但我们时常需要用电子管来做功率放大管,要求这电子管有效地输出电功率来推动其他东西工作。例如收音机里最末一个推动扬声器的电子管就必须是功率电子管。功率放大管很像一个发电机,它的内阻愈小,工作效率就愈高。所以我们绝不能用高μ电子管做功率电子管。有一类电子管,叫做“通用管”,勉强可以放大电压又能够输出电功率。如像56型三极管,它的μ是13.8,比起上面说过的功率放大管45型来。μ的值大了约4倍;而比起高μ管6F5来,μ的值已经小了7倍。

    发信机里所用的电子管多数是功率放大管,μ的值大约是10—35。以后我们还要谈到四极和五极电子管,它们的μ值一般都相当高,所以和低μ三极管比较起来,它们并不能做成理想的功率放大管。
    谈到电子管的内阻,应当注意到实际上有两种不同的内阻存在,这和电子管的屏流有交流和直流两部分是对应的。把直流电压加到屏、阴极上,管内的电流无论是多大或多小,只要有电流,总可以用这电流除电压得出一个电阻的数值来,这是直流电阻,也叫做“静态电阻”;但当我们把交流电压加到屏、阴极上时,相应于交流电压的变化我们得到屏流的变化,例如屏压变化1O伏,屏流变化1毫安,那末对交流电流来说,电阻就是10/0.001=10000欧。这个电阻又叫做“动态电阻”,普通简称为“屏阻”?!捌磷琛笔堑缱庸艿牧硪桓鎏匦猿J?。
    当屏极的电压已经很高,能够把阴极放射的电子全部吸引过去时,再增加屏压并不能增加屏流。这时候直流电阻尽管有一定数值,但屏阻是无穷大,所以这两种电阻是有很大区别的。一般和μ连系起来所谈的内阻,都是指对电流变化的“屏阻”。简写为γp。
    三极电子管还有一个特性常数叫做“互导”,简写为Gm,它代表微小的栅压变化所产生屏流变化的关系。例如栅压增加1伏,屏流增加1毫安,那末Gm就等于0.0011=1000微漠。求Gm和求电阻不同,求电阻是用电流除电压,而求Gm是用电压除电流。电阻的单位从前是用欧姆,现在简写为“欧”;互导的单位从前是“姆欧”,现在简写为“漠”。(注5)
    同样号码的两个电子管相比,主要是比较栅极电压对屏流的影响,所以就看它们的Gm数值的大小,Gm大的那一个性能就好些;但不同型的两个电子管,功用不同,不能这样比较。许多电子管测验器可以直接读出电子管的Gm值来。普通三极管的Gm大约是2000到200微漠。Gm往往有很大的变化,电子管的工作仍旧良好。
怎样使用三极电子管的问题,我们准备结合着分析各种电子管的特性曲线来谈,这里所介绍的,还只是一些三极管的基本知识。

(蓝色粗体字为楼主所加)
注释与说明:
1. 我认为作者这种用电子密度来解释栅极控制效率的说法虽然很形象,但并不很科学。我们之所以把栅极做得很靠近阴极,关键是要使相同的控制电压产生更大的电场强度,场强越大,控制效果就越好。
2. 这里好像有点问题,9/100001/1000很接近,我是从光盘版的“无线电”上复制的,上面有很多输入错误,原文如何就不知道了。另外线径的单位也应该不是“寸”而是“英寸”。
3. 这里起实质作用的还是栅极电压产生的场强和空间电荷的场强对电子的共同作用力。作者这样解释可能是想叙述得更通俗易懂点。
4. 文中举例用的电子管45、56(还有27、30等)都是很老的型号,大概是30年代的产品,性能参数比较落后,质量远不及60年代国产的双三极管6N1,6N2等“花生管”。
5. 互导:它是电阻的倒数,文中说它的单位是“姆欧”(漠),现在的国际单位制称它为“西门子”,用英文字母“S”表示,mA/V即“毫西门子”用mS表示。文中说的“微漠”即“微西门子”,用μS表示。
6. 放大因数μ、内阻γp(现在用Ri表示)和互导gm(现在称跨导,用S表示)电子管的三种重要的参数,请各位务必弄懂它们的含义,三者之间的关系是:μ= gm×Ri 。其中最能说明电子管质量高低的就是互导。老式电子管的互导一般都在2mA/V,而60年代以后生产的电子管的互导可达10mA/V以上。如国产6C16的跨导达24mA/V,双三极管6N6的跨导也达11mA/V左右,连最常用的双三极管的跨导也有4.35mA/V。当然,我们在选择使用电子管是也不是把跨导当作唯一的标准。比如,6N2的跨导就不大,只有2mA/V,但它的μ很高(接近100)我们常用它作前置低放。

前一篇文章:二极电子管的故事
//www.xko6z.cn/thread-18808-1-1.html
后一篇文章:多极电子管
//www.xko6z.cn/thread-18887-1-1.html



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精彩评论17

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2#
数码之家 发表于 2013-6-12 17:21:41 | 只看该作者
  很喜欢的文章,谢谢楼主分享!
3#
goodays 发表于 2013-6-12 17:23:13 | 只看该作者
例如栅压增加1伏,屏流增加1毫安,那末Gm就等于0.0011=1000微漠。

这个0.0011貌似有点儿问题,居士请再看下。这个“漠”是不是姆欧的音译???
4#
龙虾 发表于 2013-6-12 18:48:37 | 只看该作者
又完完整整地看了一遍。琢磨起来其实电子管有些东西真不容易理解。假如电子三极管里充着的不是热电子,而是盐水,它还可以放大吗?看来是不行的了。但为什么不行,区别到底在哪里?这好像是个很复杂的问题。
5#
★电子流氓★ 发表于 2013-6-12 19:07:48 | 只看该作者
前来学习了、、、、、
6#
 楼主| 两壶居士 发表于 2013-6-12 19:19:44 | 只看该作者
本帖最后由 两壶居士 于 2013-6-12 19:26 编辑
龙虾 发表于 2013-6-12 18:48
又完完整整地看了一遍。琢磨起来其实电子管有些东西真不容易理解。假如电子三极管里充着的不是热电子,而是 ...


虽然工作中的电子管里"充满"了热电子,实际上电子与电子之间是有相当大的空隙的.所以别说充水,就是空气没有抽干净,电子管也是不能很好的工作的.
电子管中要求的真空必需达到0.07mm水银柱左右.两个空气分子的距离相当于两颗罂粟籽住在50平米的房间里的情况.
我倒觉得电子管的工作原理比晶体管的容易理解得多,要说清晶体三极管的工作原理,首先得讲清电子,空穴,P型N型,还有复合等等一系列艰深难懂的概念.反正我是看了N遍才慢慢理解的.
7#
龙虾 发表于 2013-6-12 19:39:24 | 只看该作者
负栅压的抑制作用是比较好理解的,它把电子云压缩在阴极附近,而单向导电性也不至于引起太大的栅极电流。

但正栅压就不好理解了。它把电子云吸引过来,却不落在栅极而从旁边溜过去,好象是讲不通。

晶体管的原理我知道,发射极注入载流子到基区,载流子的复合需要时间,趁载流子还未复合,就从集电极抽走。电子管不同,电子进入栅极形成栅流并不需要复合时间,感觉电子都会被栅极所私吞,又怎么能加大屏流?栅极网能吸引电子却又让它们从旁边飞走,这大概要用量子力学的势阱来解释吧?
8#
goodays 发表于 2013-6-12 19:49:43 | 只看该作者
龙虾 发表于 2013-6-12 19:39
负栅压的抑制作用是比较好理解的,它把电子云压缩在阴极附近,而单向导电性也不至于引起太大的栅极电流。
...

正栅压是,我想应当是栅压对阴极发射电子有一个吸引加速作用,被加速的电子应该能有较大机率冲过栅网,况且栅网也很稀疏。而且栅网的形状也决定了电场的作用范围和强度,并不是所有向屏极跑过去的电子都被栅网吸收了。
9#
龙虾 发表于 2013-6-12 20:16:39 | 只看该作者
goodays 发表于 2013-6-12 19:49
正栅压是,我想应当是栅压对阴极发射电子有一个吸引加速作用,被加速的电子应该能有较大机率冲过栅网,况 ...

用相对负栅压来解释不知道行不行。譬如屏极电压100伏,栅极在1/2的位置上,这样栅极悬空也会有50伏的电压。如果栅极加40伏电压,实际上就已经是负电压了。
10#
 楼主| 两壶居士 发表于 2013-6-12 21:11:05 | 只看该作者
goodays 发表于 2013-6-12 19:49
正栅压是,我想应当是栅压对阴极发射电子有一个吸引加速作用,被加速的电子应该能有较大机率冲过栅网,况 ...

正解!这有点像基极对载流子的作用一样,从发射极来的载流子有一部分与基极的少子复合,但绝大多数都没有复合的机会,最后到集电极去了.
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