谈谈电子器件

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电子设备中常用的电阻器、电容器等,通常称为元件。电子器件则是指电子管、离子管、半导体管(或晶体管)而言。可以说,电子器件是利用电子在真空、气体或固体中的运动或能量状态的改变所起的作用而制成的器件的统称。利用电子器件,可以完成一些特殊的功能,例如可以把交流电变为直流电(整流),或者把信号放大等等。没有电子器件,就没有电子技术。所以要学习电子技术,首先要了解电子器件。

1.电子管:电子管是电子器件的前辈,本世纪初就投入了实际应用,是电子技术发展的开路先锋。最常用的电子管具有一个密封的管壳,内部抽到高真空,管内有一个阴极,能够发射电子。这些电子在真空中最终飞向电位较高的阳极(或叫屏极、板极),形成电子流。电子流还可以受到其它电极的控制。因为管内是高度真空,所以它们又称为“真空管”。

大多数电子管的阴极,是利用灯丝通电加热,使温度升高,从而发射电子。这类管子叫热阴极电子管。有些管子的阴极并不加热,而是依靠照射上去的光线能量使阴极发射电子的,叫光电管。如果电子以较大的速度撞到一个电极上,也可以使被撞的电极发射出电子来,而且撞上去一个电子,可以发射出几个电子来,使电子增加,称为二次发射。光电倍增管就是利用光电发射和二次发射的原理构成的。

电子管按照它们的电极数目来分,有二极管、三极管、四极管、五极管等。按照它们的用途来分,有整流管、检波管、放大管、变频管等。按照它们适合工作在什么频率来分,则有低频管、高频管、超高频管、微波管等。当高速的电子撞在荧光剂上时,能使在荧光剂的被撞处发光,发光的颜色与荧光刺的种类有关。示波管和电视接收机中的显象管就是利用这个原理制成的,它们都是电子管,可以用来显示波形或图象,采用能产生几种不同颜色的荧光剂做显象管,可看彩色电视。有些收音机里装有发光的调谐指示管,也是利用了这种原理。图1是各种型号的电子管的外形图。图2是几种常用的电子管符号。电子管的管壳大都是用玻璃制成,也可以用金属做管壳。大型的电子管有1米多高,小的则比手指还要细些。一个管壳里如果装有二、三个管芯的称为孪生管。我们见到的几种电子管收音机里就有几个到十几个不同用途的电子管。

图1
图1 🔍原图 (923×594)
图2
图2 🔍原图 (525×229)

2.离子管:离子管和电子管是“兄弟”,它们的内部也抽成真空,然后充以适当的气体或蒸汽,所以也叫做充气管。气体原子或分子在外加能量的条件下分离为电子和带正电荷的离子。这类管子中的电流,除靠电子外,正离子也起作用。离子管的名称是由此来的。小功率离子管的外形与电子管类似,不过当管内的正离子与电子相遇而复合时,将释放出能量而发光。流经管子的电流愈大,发光愈强。发光的颜色,由所充气体决定。充氖气则发红光,充水银蒸汽则发兰光。离子管的符号也与电子管差不多,不过在管内多加一个黑点,象征充有气体。图3表示充气二极管和充气三极管(即闸流管)的符号。还有一种冷阴极离子管,它们的阴极既不用灯丝加热,也不需用光照射,亦能工作。验电笔里装着的小氖气灯泡,就是一种冷阴极离子管。当管子的两极间加上较高的电压时,它就导电发光,好象灯泡“点燃”了。若电压太低(例如在70伏以下),则管中的气体不导电,也不发光。我们可以注意到,当验电笔的氖泡经过一个高阻值限流电阻接到交流电源时,正、反向都可通过电流,它的两根电极周围都能产生一层光。这种现象属于辉光放电。

图3
图3 🔍原图 (257×201)

冷阴极管导电的原理,是由于管内空间总有极少量的气体分子受紫外线、X光以及宇宙线等的辐射而电离。当外加的电压高时,电子和正离子将分别飞向阳极和阴极,速度增大,碰到别的气体分子,又可使它们电离,运动着的带电粒子增加了,就意味着电流的增大。此外,当正离子撞到阴极表面时,又可把阴极中的电子打出来,称为二次发射,来维持电流不断地流通,这个电流,是受到外部所接的限流电阻的限制的。

辉光数码管的工作原理与氖泡是一样的,不过在结构上它具有一个阳极和十个阴极,阴极的形状做成0、1、2、3、……9字样,哪一个阴极接通,管子就显示出相应的数目字。图4(a)和(b)表示这种管子的外形和代表符号。利用离子管也可以产生激光,例如氦——氖激光器、二氧化碳激光器、氩气体激光器等等。

图4
图4 🔍原图 (598×325)

3.半导体管:电子管和离子管是电子器件的老一代,它们体积大,重量较重,耗电较多。因此人们探索用新的电子器件来代替它们。研究的结果,在40年代末,出现了半导体管,这是电子技术发展的一个里程碑。它们是用半导体晶体材料制成的,所以我国把它们称为晶体管,也叫做半导体管或者固体器件。图5a为普通晶体二极管外形及符号。图5b为晶体三极管的外形及符号。半导体管虽然问世较迟,但是后生可畏。它们的生命力很强,现在也已经形成一个庞杂的家谱。例如,按材料分,有硅、锗、砷化镓管等。按制造工艺分,有合金、平面、台面、外延管等。按用途分,有整流管、检波管、稳压管、光敏二极管、发光二极管、放大管、开关管等。还有按封装分,有金属壳封装、塑料封装等。

图5
图5 🔍原图 (852×1412)

半导体管是新一代的电子器体,在许多电子设备中逐渐代替了它们的前辈。在收音机和电视机中,以前采用电子管,现在则基本上晶体管化了。可是这并不意味着电子管、离子管将会完全淘汰,因为还有不少场合,可以发挥它们的优势。例如电视机中的显象管,无线电发射台中的大功率放大管,目前还是采用电子管。在工作频率很高的微波设备中,电子管仍有很大用武之地。随着科学的发展,新的电子器件将会层出不穷。目前应用较多的集成组件,将在下一部分介绍。(沈尚贤 王志宏)