电子管简介(一)

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以前的无线电收信放大设备,大量使用电子管器件,来完成所需要的整流、检波、放大、变频等工作,被称为无线电设备的心脏。本文就一般收信放大设备中的电子管作一浅近介绍。

一般电子管的外形很容易辨认,大都是用玻璃作外壳的玻璃管,也有用金属作外壳的金属管,见图①(5)。早期的玻璃管大都是葫芦形和圆柱形,见图①(1)(2)(3),这种管子都有管基,管脚在管基上。近期的玻璃管是体积小的花生管和超小型管,它们的管脚就在管壳下面,见图①(4)(6)(7)(8)。超小型管的管脚多是做成软引线。有些管子管顶做成一个极(栅极或阳极)的引线,见图①(1)(2)(4)。

图1
图1 🔍原图 (893×585)

电子管是电子流的控制器件。因此,它的基本结构必然是有一个发射电子的电极,一个收集电子的电极和一个控制电子的电极。而且电子的运动应在没有稠密气体分子阻碍的真空环境里,这些电极就密封在构成真空的外壳里。

电子管里发射电子的电极叫阴极。一般都使用热阴极,即用加热的灯丝使一种专用氧化物在一定温度下发射电子。热阴极分直热式和间热式两种。见图②(a)。直热式阴极灯丝本身就是阴极,它的热惯性小,使用直流电,灯丝电压一般是1.2伏,如变频管1A2等。直热式若用交流电加热会使电子发射产生波动,影响使用(热惯性大的直热式也可使用交流电)。间热式阴极一般是圆筒状,里面放灯丝,它的热惯性大,使用交流电,灯丝电压一般是5伏、6.3伏,如整流管5Z2P、6Z4。灯丝表面涂上氧化铝绝缘层,以和阴极绝缘。

图2
图2 🔍原图 (447×784)

电子管里收集电子的电极叫阳极(也叫屏极、板极),通常做成围在阴极外面筒状或板状,见图③。阳极吸收电子要消耗功率发热,为了把热散掉,阳极多要经过黑化处理(热辐射能力强)。小功率的检波管阳极都不经黑化。

图3
图3 🔍原图 (604×408)

一个阴极和一个阳极装在真空的管壳里就可组成一个二极管,符号如图②(b)。二极管的两个电极外加一个电压,若阳极电位比阴极正,阴极发射的电子就被阳极吸引,构成电流,二极管是“通”的状态。反之,若阳极电位比阴极负,则电子被阳极拒斥,没有电流,二极管是“断”的状态,见图(4)。利用二极管的这种“通”“断”状态就可以完成整流、检波等工作,不过用作整流的二极管的功率较大,不能和作检波用的二极管任意换用。

图4
图4 🔍原图 (458×648)

电子管里控制电子的电极叫栅极,它是处在阴极和阳极之间一个网状电极,见图⑤。电子可以从它的空隙中通过。栅极的作用和水闸控制水流的道理相似,栅极本身电位的变化,可以控制阴极发射的电子到达阳极的多少。栅极电位越负,拒斥电子的能力越强,由阴极通过栅极的电子就越少,栅极电位负到一定程度,可以阻拦一切电子通过,阳极不能获得电子,这种状态叫作电子管的“截止”。

栅极的栅丝有两种绕法,如图⑤。一种是栅丝距离是均匀的,它控制电子的能力按照电位的变化也较均匀,在不大的负电位下,就可使管子截止。装这种栅极的管子通常叫锐截止式,如五极管6J1。另一种栅极是栅丝绕得两头密中间稀,控制电子的能力也是两头强中间弱,在很负的电位下才能使管子完全截止。装有这种栅极的管子叫遥截止式或叫变μ管,如五极管6K4。

在二极管的阴极和阳极之间装上一个栅极,就组成了三极管。这个栅极通常在使用时加一定的负电压,以免过多的电子被它吸收(但也有极少量的高速电子打在栅极上,构成栅流)。在这个基础上,栅极再加一变化的信号如正弦波电压,栅极的瞬时电位就有时负的多些,有时负的少些,相应地阴极发射的电子就有时通过栅极的少些和多些,形成和栅极所加电压变化规律一样的电子流,被阳极吸收。这个电子流能量是由阳极电源(通称乙电或B电)供给的。可以在阳极回路中形成比在栅极上所加信号强多少倍的信号,这就是三极管的放大作用,见图⑥。就好像水闸不大的动作,就可以使被控制的强大水流有较大变化的道理一样。三极管的这个栅极一般叫控制栅极。

图5
图5 🔍原图 (510×271)

放大管的基本参数:

(1)放大系数μ,意义是为了使阳极电流作同样变化所需的阳极电压变化数值与栅压变化数值之比。它表示栅压对阳极电流的影响比阳极电压对阳极电流的影响大多少倍。μ值大,管子的放大能力就大。

(2)跨导S,意义是在阳极电压固定的条件下,栅压变化单位电压时阳极电流能变动多少毫安。跨导的大小表示管子工作效率高低。跨导高的管子,栅极上加上很小的变动电压,就能引起阳极电流很大变化。跨导单位是毫安/伏。

(3)内阻Ri,意义是在其它各极电压固定时,阳极电压变化与相应的阳极电流的变化的比值,单位是千欧。

三极管里,栅极和阳极间再加装一栅极(叫帘栅或第二栅),就构成四极管。这个帘栅极在使用时加一与阳极相同或略小的正电压,隔离了阳极与控制栅极,加大了阳极和阴极的距离,减弱了阳极对电子流的控制,相应地增强了控制栅对电子流的控制,即μ值增大,Ri增大。但经过控制栅的电子,由于被帘栅加速后打在阳极上,致使阳极可能被高能量电子打出所谓二次电子,被帘栅吸收。严重时,二次电子大于从阴极过来的电子,出现阳极电压增高,电流反而下降的“负阻”现象,完全破坏了正常的工作。这个严重的缺点限制了四极管的使用。

为了克服四极管的缺点,在帘栅和阳极间再加一栅极(叫抑制栅或第三栅)构成五极管。抑制栅电位和阴极相同,有效地抑制了二次电子现象,而且更增大了μ值和内阻Ri,现在一般放大管和一些功率管都用五极管,如高频放大用的6J1。

四极管的另一种改进是把原来两个栅极的栅丝对齐(即栅极的空隙对齐),在阳极和帘栅间的两侧设置两个零电位(即与阴极等电位)的屏,叫束射屏。这两个措施使由阴极到达阳极的电子流集中在无束射屏的两侧,且在栅丝空隙中集成束状,这种密度大的束状电子流抑制了二次电子现象,也保证了足够的阳极电流,使管子有一定功率输出,这就是平常用的束射四极管,如6P1,见图⑦。

图6
图6 🔍原图 (560×560)

多栅管中,还有七个电极的变频管,如6A2,见图(8)。它有两个控制栅(第一栅和第三栅),分别加入输入信号和本振信号,使电子流受这两个信号控制,以在阳极回路中用并联谐振回路取出这两个信号之差的“差频信号”。

图7
图7 🔍原图 (976×378)

为了使用方便,还常将两个或几个电子管管芯合装在一个管壳里,构成复合管。它们有的共用一个阴极,有的分用阴极,但都彼此独立,互不影响。有的彼此间还装有隔离片,使用时,隔离片接地,起到隔离作用防止相互干扰。复合管平常使用不少,如有对称参数的双三极管6N1,用作检波和低放的双二极三极管6G2,见图⑧。

最后谈谈电子管的使用。在使用一般收信放大管时,对有管基的管子要拿住管腰插入或拔出管座,对没有管基的花生管要垂直地插入或拔出管座,切不可左右晃动,否则管针处玻壳易裂碎。小型管的排气封口处,大都在管顶,使用时要小心保护,碰断或破裂都会造成管子漏气,不能使用。(邓树臣)