電子管的基礎(chǔ)知識(shí)詳細(xì)解析

電子管，是一種最早期的電信號(hào)放大器件。被封閉在玻璃容器（一般為玻璃管）中的陰極電子發(fā)射部分、控制柵極、加速柵極、陽(yáng)極（屏極）引線被焊在管基上。利用電場(chǎng)對(duì)真空中的控制柵極注入電子調(diào)制信號(hào)，并在陽(yáng)極獲得對(duì)信號(hào)放大或反饋振蕩后的不同參數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)。早期應(yīng)用于電視機(jī)、收音機(jī)擴(kuò)音機(jī)等電子產(chǎn)品中，近年來(lái)逐漸被半導(dǎo)體材料制作的放大器和集成電路取代，但目前在一些高保真的音響器材中，仍然使用低噪聲、穩(wěn)定系數(shù)高的電子管作為音頻功率放大器件（香港人稱使用電子管功率放大器為“膽機(jī)”）。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.電子管的陰極

陰極是用來(lái)放射電子的部件， 分為氧化物陰極和碳化釷鎢陰極。一般來(lái)說(shuō)氧化物陰極是旁熱式的， 它是利用專門的燈絲對(duì)涂有氧化鋇等陰極體加熱， 進(jìn)行熱電子放射。壽命一般在1000 ～ 3000 小時(shí)。碳化釷鎢陰極一般都是直熱式的，通過(guò)加熱即可產(chǎn)生熱電子放射， 所以它既是燈絲又是陰極。理論上碳化釷鎢陰極比氧化物陰極壽命長(zhǎng)得多， 一般在2000 ～ 10000 小時(shí)以上。大功率發(fā)射管應(yīng)用最為廣泛的是碳化釷鎢陰極， 氧化物陰極一般在輸出功率為1kW 以下的發(fā)射管中應(yīng)用。

近年來(lái)采用網(wǎng)狀陰極的大功率發(fā)射管較多。網(wǎng)狀陰極是用較細(xì)的釷鎢絲做成圓筒狀， 其優(yōu)點(diǎn)是：

1）由于它用很多根釷鎢絲編成， 所以導(dǎo)流系數(shù)較大。

2）易于實(shí)現(xiàn)較小的陰柵間距， 有利于提高跨導(dǎo)。

3）由于燈絲是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 單根燈絲的電流較小， 局部磁場(chǎng)較弱， 從而陰極電流所產(chǎn)生的交流聲也較小。

2.電子管的柵極

電子管的柵極根據(jù)它們?cè)诠苤兴鸬淖饔貌煌譃橐粬?、二柵?有時(shí)也稱為控制柵、簾柵。第一柵的主要作用是控制陰極電流， 二柵的作用是屏蔽板極對(duì)第一柵的影響。柵極結(jié)構(gòu)關(guān)系到本身的機(jī)械強(qiáng)度和散熱效果， 關(guān)系到管子可否穩(wěn)定工作。為了減小電子的渡越時(shí)間， 柵陰間距作的很短甚至不到1mm , 因此廠商多采用機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)高、輻射系數(shù)好以及溶點(diǎn)高的材料來(lái)做柵極， 以閉免在很小的間距下發(fā)生熱碰極。一柵和二柵應(yīng)嚴(yán)格對(duì)柵， 這樣簾柵對(duì)電子截獲小， 可減小簾柵耗， 改善電流分配提高性線。

3.電子管的陽(yáng)極

陽(yáng)極是收集陰極發(fā)射出來(lái)的大部分電子的電極。電子管工作時(shí)， 由于電子管轟擊板極表面， 以及其它電極的熱輻射， 在板極產(chǎn)生大量熱能， 因其板極的耗散功率密度是每平方厘米幾十瓦到幾百瓦， 這樣大的功率密度采用自然輻射或傳導(dǎo)的冷卻已不能勝任。故須采用強(qiáng)制冷卻方式。常用的有風(fēng)冷、水冷和蒸發(fā)冷卻等。

電子管引腳

優(yōu)缺點(diǎn)

由于電子管體積大、功耗大、發(fā)熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結(jié)構(gòu)脆弱而且需要高壓電源的缺點(diǎn)，它的絕大部分用途已經(jīng)被固體器件晶體管所取代。優(yōu)點(diǎn)：1、電子管負(fù)載能力強(qiáng)2、線性性能優(yōu)于晶體管3、工作頻率高4、高頻大功率領(lǐng)域的工作特性要比晶體管更好，所以仍然在一些地方（如大功率無(wú)線電發(fā)射設(shè)備，高頻介質(zhì)加熱設(shè)備）繼續(xù)發(fā)揮著不可替代的作用。

種類

（一）按用途分類

電子管按其用途的不同可分為電壓放大管、功率放大管、充氣管、閘流管、引燃管、變頻管、整流管、檢波管、調(diào)諧指示管（電眼）、穩(wěn)壓管等。

（二）按電極數(shù)分類

電子管按其電極數(shù)的不同可分為電壓放大管、三極管、四極管、五極管、六極管、七極管、八極管、九極管和復(fù)合管等。三極以上的電管又稱為多極管或多柵管。

（三）按外形分類

電子管按其外形及外殼材料可分為瓶形玻璃管（ST管）、“橡實(shí)”管、筒形玻璃管（GT管）、大型玻璃管（G式管）、金屬瓷管、小型管（也稱花生管或指形管、MT管）、塔形管（燈塔管）、超小型管（鉛筆形管）等多種。

（四）按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類

電子管按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為單二極管、二極管、雙二極三極管、雙二極管極管、單三極管、功率五極管、束射四極管、束射五極管、雙一極管、二極——五極復(fù)合管、又束射四極管、三極-五極復(fù)合管、三極-六極復(fù)合管、三極-七極復(fù)合管、束射功率各處室等多種類型。

（五）按陰極的加熱方式分類

電子管按陰極的加熱方式可分為直熱式陰極電子管（電流直接通過(guò)陰極使其達(dá)到熱電子發(fā)射狀態(tài)）和旁熱式陰極電子管（通過(guò)陰極旁的燈絲加熱陰極）。

（六）按屏蔽方式分類

電子管按屏蔽方式可分為銳截止屏蔽電子管和遙截止屏蔽電子管。

（七）按冷卻方式分類

電子管按冷卻方式可分為水冷式電子管、風(fēng)冷式電子管和自然冷卻式電子管。

選用

1.按用途合理選擇電子管的類型

電子管的種類繁多，功能各異。選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的電路的具體要求（例如，是電壓放大管還是功率放大管）來(lái)選擇合適的類型及型號(hào)。在功率放大器中，電壓放大管可選用*、6N8P、6N11.12AX7.6922、6DJ8等型號(hào)；電壓驅(qū)動(dòng)管可選用12AU7.12AT7、6SN7.6DJ6.6CG7.6NP8.ECC82.6N6等型號(hào)；功率輸出管可選用KT88.EL34、300B、6650C等型號(hào)。

2.根據(jù)電路要求選用電子管的主要參數(shù)

電子管在使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵照產(chǎn)品手冊(cè)中規(guī)定的各極電壓值（包括燈絲電壓、屏極電壓和簾柵極電壓等）。選用哪種型號(hào)的電子管，還應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的工作電壓值、電流值等參數(shù)而定。所選電子管的各極電壓值應(yīng)與應(yīng)用電路的工作電壓值相同或相近，否則會(huì)縮短電子管的使用壽命。

使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

1.電子管各極的電壓應(yīng)嚴(yán)格按順序進(jìn)行接入

即：燈絲-偏壓-陽(yáng)壓-簾柵壓-激勵(lì)信號(hào)， 關(guān)機(jī)時(shí)按相反的順序進(jìn)行。電子管的燈絲特別是碳化釷鎢燈絲是很脆弱的， 頻繁的開(kāi)關(guān)機(jī)對(duì)燈絲的影響是致命的， 燈絲的冷態(tài)、熱態(tài)電阻值差異較大， 會(huì)產(chǎn)生一定的電磁引力， 大多數(shù)電子管都是在頻繁開(kāi)、關(guān)機(jī)時(shí)碰極。因此在給燈絲加電壓最好是逐漸和分檔加， 對(duì)延長(zhǎng)管子的使用壽命是很有好處的。

2.燈絲電壓應(yīng)在額定值的允許誤差范圍內(nèi)使用

通常允許范圍為5 %, 若能保持在±1%內(nèi)對(duì)延長(zhǎng)壽命是有利的。氧化物陰極電子管燈絲電壓偏高時(shí)， 會(huì)加速氧化鋇的分解而縮短陰極壽命；燈絲電壓偏低時(shí)， 鋇原子不能迅速地?cái)U(kuò)散到陰極表面， 會(huì)使陰極“中毒” 也就是電子管的發(fā)射能力不能再恢復(fù)。碳化釷鎢燈絲陰極的電子管燈絲電壓偏高時(shí)燈絲中的釷原子會(huì)很快蒸發(fā)掉， 縮短陰極壽命， 燈絲電壓偏低時(shí)， 也會(huì)使陰極受正離子轟擊而失效。實(shí)踐證明使用直流燈絲電源的發(fā)射管， 在工作一段時(shí)間后把燈絲正負(fù)極性變換一次， 以使整個(gè)陰極能夠均勻損耗， 同時(shí)把燈絲輸入端對(duì)地接的電解電容極性也隨之改變， 有助于延長(zhǎng)管子壽命。對(duì)于使用壽命已知的管子， 因陰極發(fā)射量不足而功率下降，可適當(dāng)提高燈絲電壓， 加大其燈絲電流來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。

3.貯存電子管的庫(kù)房要求干燥無(wú)塵、防潮、防震、通風(fēng)良好

不得放有易揮發(fā)性腐蝕物品。室溫在+5℃ ～ +35 ℃之間， 相對(duì)濕度不大于80%。電子管應(yīng)垂直放置， 陽(yáng)極向下，管上不得承受重量。貯存期一般不超過(guò)3 年， 以防真空度下降。長(zhǎng)期存放的電子管， 內(nèi)部會(huì)放出一些氣體， 使管內(nèi)真空度下降， 因此在使用時(shí)應(yīng)老煉。將電子管加50 %燈絲電壓保持10min～ 15min , 然后加額定燈絲電壓保持30min , 然后加偏壓， 再加50%額定陽(yáng)極電壓保持20min～ 30min , 再將陽(yáng)極電壓加到額定值。此老煉過(guò)程可延長(zhǎng)管子的使用壽命。一般老煉可將電子管加上燈絲額定工作電壓保持2h 以上，但此法不如上面燈絲、陽(yáng)壓分檔加壓老煉效果好。

4.電子管安裝前應(yīng)檢查外觀不應(yīng)有汽泡、油污、裂縫和任

何機(jī)械性損傷， 金屬件不得有銹蝕陶瓷上的污跡可用酒精擦除；金屬件上的銹蝕先用沙紙擦除， 再用酒精擦凈。檢查絕緣電阻時(shí)應(yīng)用萬(wàn)用表R×10K檔檢查即可， 用于1KW 以上的管子可用500VMΩ表檢查，用于10KW 的大功率管子用1000VMΩ表檢查。安裝時(shí)要小心緩慢地進(jìn)行， 避免受力振動(dòng)而損壞， 要軸向垂直放置， 保持陽(yáng)極的垂直同心度。各極與腔體簧片要接觸良好， 否則易出現(xiàn)高壓打火或管子工作不穩(wěn)定。

5.工作當(dāng)中發(fā)射管各極都要保持良好的通風(fēng)和其他冷卻

溫度過(guò)高會(huì)降低電子管的壽命， 甚至損壞， 對(duì)于風(fēng)冷要注意風(fēng)道暢通防塵；對(duì)于水冷系統(tǒng)、蒸發(fā)冷卻要注意一定要采用軟化水或蒸餾水， 水量要充足。不允許有堵塞、漏風(fēng)、漏水、漏氣現(xiàn)象。經(jīng)常檢查發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)， 不允許發(fā)射機(jī)出現(xiàn)高頻打火、機(jī)器失諧、寄生振蕩等現(xiàn)象， 盡量避免柵流過(guò)大， 短時(shí)間的柵流過(guò)大也可能損壞管子。

延長(zhǎng)方法

自70年代電子管放大器復(fù)出重登音響舞臺(tái)以來(lái)，已占有一定市場(chǎng)，但在電子管音響產(chǎn)品中，電子管引起的故障－－包括歐美電子管在內(nèi)，并不少見(jiàn)，使人產(chǎn)生一種電子管壽命短的看法，然而這卻往往并非電子管本身的問(wèn)題，而是電路設(shè)計(jì)存在缺陷和使用上的問(wèn)題。須知品質(zhì)良好的電子管，還得有正確設(shè)計(jì)的電路，充分的散熱，周到的避震。

在使用上，電子管要有良好的通風(fēng)散熱，溫度的過(guò)熱必然縮短電子管壽命，所以要盡可能使電子管保持較低的溫度。電子管怕振動(dòng)，所以采取防震措施盡量避免振動(dòng)也是很重要的。若做到這兩點(diǎn)，電子管的使用壽命至少可提高一倍。為此，電子管設(shè)備的周圍要有適當(dāng)?shù)目臻g，尤其是它的上方，以便有良好的對(duì)流通風(fēng)，可能的話可用風(fēng)扇幫助散熱。

電子管陰極在尚未達(dá)到要求溫度即加上高壓電源時(shí)，它的陰極將受到損害，同樣會(huì)縮短電子管壽命。所以電子管設(shè)備若有預(yù)熱裝置的話，一定要使用，例如先開(kāi)燈絲低壓電源預(yù)熱，后開(kāi)緩慢施加高壓電源。假如沒(méi)有預(yù)熱裝置，那你不要急著將輸入信號(hào)接入，可將音量關(guān)到最小，待先開(kāi)機(jī)20～30分鐘進(jìn)行溫機(jī)再使用。如果使用旁熱式整流管供給整機(jī)高壓，那正好提供了簡(jiǎn)單又有效的高壓延時(shí)。另外，在正常使用時(shí)，不要頻繁開(kāi)關(guān)電源。

當(dāng)然，如果對(duì)電子管電路進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)，避免錯(cuò)誤運(yùn)用，就能使電子管不致“英年早逝”，電子管使用數(shù)以千計(jì)的聆聽(tīng)時(shí)數(shù)應(yīng)是正常的。電路設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的錯(cuò)誤有電子管燈絲與陰極間的電位差過(guò)高、電子管屏極或簾柵極電壓運(yùn)用至最大值、電子管控制柵極懸空，電子管燈絲電壓過(guò)低或過(guò)高、電子管安裝位置不當(dāng)造成電極過(guò)熱及高壓電源沒(méi)有延時(shí)裝置等。

檢測(cè)

外觀檢查

1.觀察電子管頂部的顏色 正常的電子管，其頂部的顏色是銀色或黑色。若頂部已變成乳白色或淺黑色，則說(shuō)明該電子管已漏氣或老化。

2.觀察管內(nèi)是否有雜物 輕輕搖動(dòng)或用手指輕彈電子管玻殼，再上下顛倒幾下仔細(xì)觀察內(nèi)是否有碎片、白色氧化物、碎云母片等雜物。若電子管內(nèi)有雜物，則說(shuō)明該管經(jīng)過(guò)居中烈振動(dòng)，其內(nèi)部極間短路的可能性較大。

用萬(wàn)用表檢測(cè)

1.測(cè)量燈絲電壓 用萬(wàn)用表R×1檔，測(cè)量電子管的兩個(gè)燈絲引腳的電阻值，正常值只有幾歐姆。若測(cè)得阻值為無(wú)窮大，則說(shuō)明該電子管的燈絲已斷。

2.檢測(cè)電子管是否衰老 通過(guò)用萬(wàn)用表測(cè)量電子管陰極的發(fā)射能力，即可判斷出電子管是否衰老。檢測(cè)時(shí)，可單獨(dú)為電子管的燈絲提供工作電壓（其余各極電壓均不加），預(yù)熱2min左右，用萬(wàn)用表R×100檔，紅表筆接電子管極陰，黑表筆接?xùn)艠O（表內(nèi)1.5V電池相當(dāng)于給電子管加上正偏柵壓），測(cè)量柵、陰極之間的電阻值。正常的電子管，柵、陰極之間的電阻值應(yīng)小于3kΩ。若測(cè)得電子管柵、陰極之間的阻值大于3 kΩ，則說(shuō)明該電子管已衰老。該電阻值越大，電子管的衰老程度越嚴(yán)重。