GVG BLOG: [影音]真空管技術解構

真空管（Vacuum tube）是一種電子元件（或作：電子零件）。因為參與工作的電極被封裝在一個真空的(主流是玻璃)容器內，所以被稱為真空管。在中國大陸，真空管則會被稱為電子管。在香港和中國廣東地區，真空管有時又會被稱作「膽」。

* 在二十世紀中期前，因半導體（如：晶体管）尚未普及（見右圖），基本上當時所有的電子器材均使用真空管，形成了當時對真空管的需求。所以當時有各式各樣的真空管面世。它們不單止功能不同，連外觀也很不同。不過，我們也可以把它的功能歸納為在電路中控制電子的流動。
* 可是，在半導體技術的發展譜及和平民化下，真空管因成本高、不耐用、體積大、效能低等原因，最後被半導體取代了。但是，我們還可以在音響，電視機與電腦的顯示器（陰極射線管），還有微波爐及太空衛星的高頻發射機看見真空管的身影。另外，像是阳极射线管，X射线管等等則是屬於特殊的真空管。

歷史

真空管的歷史需要從愛迪生講起。1880年，他有天好奇地在燈泡中多放了一個電極，且灑了點箔片，結果發現了奇特的現象：第三極通正電時，箔片毫無反應；但通負電時，箔片隨即翻騰漂浮。當時愛迪生不知道此現象的起由，但由於他不經意的發現，這個現象後來被稱為愛迪生效應。一直到1901年，理察森 (Owen Willans Richardson)才提出定律，說明電子的激發態引起箔片漂浮，後更以此拿到1928年的諾貝爾物理獎。接著佛萊明(John Ambrose Fleming)在1904年發展出二極管，德佛瑞斯特(Lee De Forest)更在1907年作出第一個三極管。

結構和功能

其實，真空管的類型有很多。現就以現代較常用的三極管和五極管來講解真空管之結構。為了能讓大家能更仔細了解真空管的細微結構，本頁之部份圖片運用了顯微鏡把真空管之結構放大。

真空管具有發射電子的阴极(K)（旁熱式是由燈絲(F)加熱，直熱式則燈絲就是陰極）和工作時通常加上高压的阳极(P)。
燈絲(F)是一種極細的金屬絲，而電流通過其中，使金屬絲產生光和熱，而去激發陰極來放射電子。
柵極(G)它一定置於陰極與屏極之間。柵極加電壓是抑制電子通過柵極的量，所以能够在阴极和阳极之间对电流起到控制作用。
除氣劑

真空管中設有一物件，稱為除氣劑。一般由鋇、鋁、鎂等活潑金屬合金製成。在抽出管中空氣後，將管中各元件及除氣劑加熱至紅熱，這樣就可以吸收管內電極所含之氣體，

利用一圍繞管子之高頻電磁場而使除氣劑迅速升華，除氣劑就吸收管子中的氣體。在反應過後，玻璃管內壁積存銀色的除氣劑披覆層。若把一枝真管體的玻璃管打破或一枝真空管漏氣時，玻璃管內壁積存銀色的除氣劑便會退色，同時也表示該真空管不能被使用。

基本運作原理

其實，多極的真空管(如：三、四、五...極管)是由二極管演變出來，它們也是分享著共同的基本結構和原理。所以，本文也是先介紹二極管。

以下為真空二極管之入門簡介

以下為真空三極管之入門簡介

真空管內需要被抽真空之原因

電子在於其放射過程中，因會與空氣中之組成分子相撞而產生阻力，因此電子經由如空氣之類的介質來移動的話，將會比在真空狀態來的困難，所以若想輕鬆的達成電子放射之移動過程，需將產生電子放射及電子收集之各項元件，也就是燈絲、陰極、柵極、屏極等封裝於玻璃管內，且將其內部成為真空狀態，才能使電子之放射動作達成最高效率，而此玻璃管也就是所謂的真空管。^[3]若然真空度不足，更會發出藍光和嚴重影響真空管之工作表現。發出藍光的原因是被陰極射出的電子擊打管中的空氣，令空氣的原子被激發至激態。

真空管可被分為2大類別，分別是直熱式和旁熱式。

直熱式真空管是較早誕生的。它有一個致命的缺點，那就是陰極容易受到燈絲的溫度而改變特性。當燈絲電壓變動時，或以交流電供應燈絲時，陰極呈現在不穩定的狀態下。^[4]
旁熱式真空管作工相對較穩定。由於金屬套筒的體積與儲熱量遠遠大於傳統的燈絲，因此即使燈絲暫時的溫度變動，甚至暫時幾秒鐘的停止加熱，金屬板的溫度變化改變有限，這也就是為什麼某些擴大機關機之後，它還能唱十多秒的主要原因，

是因為電源供應部分有大容量電容器內部餘電未放完。 ^[5]