电⼦元器件基础知识之什么是电⼦管
电⼦管是⼀种在⽓密性封闭容器(⼀般为玻璃管)中产⽣电流传导,以获得信号放⼤或振荡的电⼦器件。早期应⽤于电视机、收⾳机扩⾳机等电⼦产品中,近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代,但⽬前在⼀些⾼保真⾳响器材中,仍然使⽤电⼦管作为⾳频功率放⼤器件。
电⼦管在电器中⽤字母“V”或“VE”表⽰,旧标准⽤字母“G”表⽰。
⼆、电⼦管的种类
(⼀)按⽤途分类
电⼦管按其⽤途的不同可分为电压放⼤管、功率⼤管、充⽓管、闸流管、引燃管、混频或变频管、整流管、振荡管、检波管、调谐指过管、稳压管等。
(⼆)按电极数分类
电⼦管按其电极数的不同可分为电压放⼤管、三极管、四极管、五极管、六极管、攻极管、⼋极管、九极管和复合管等。三极以上的电管⼜称为多极管或多栅管。
(三)按外形分类
电⼦管按其外形及外壳材料可分为瓶形玻璃管(ST管)、“橡实”管、筒形玻璃管(GT管)、⼤型玻璃管(G式管)、⾦属瓷管、⼩型管(也称花⽣管或指形管、MT管)、塔形管、超⼩型管(铅笔形管)等多种。
(四)按内部结构分类
电⼦管按其内部结构可分为单⼆极管、⼆极管、双⼆极三极管、双⼆极管极管、单三极管、功率五极管、束射四极管、束射五极管、双⼀极管、⼆极——五极复合管、⼜束射四极管、三极-五极复合管、三极-六极复合管、三极-七极复合管、束射功率各处室等多种类型。
(五)按阴极的加热⽅式分类
电⼦管按阴极的加热⽅式可分为直热式阴极电⼦管和旁热式阴极电⼦管。
(六)按屏蔽⽅式分类
电⼦管按屏蔽⽅式可分为锐截⽌屏蔽电⼦管和遥截⽌屏蔽电⼦管。
(七)按冷却⽅式分类
电⼦管按冷却⽅式可分为⽔冷式电⼦管、风冷式电⼦管和⾃然冷却式电⼦管。
三、电⼦管的选⽤经验介绍
1.按⽤途合理选择电⼦管的类型
电⼦管的种类繁多,功能各异。选⽤时,应根据应⽤的电路的具体要求(例如,是电压放⼤管还是功率放⼤管)来选择合适的类型及型号。在功率放⼤器中,电压放⼤管可选⽤6N4、6N8P、6N11、12AX7、6922、6DJ8等型号;电压驱动管可选⽤12AU7、12AT7、6SN7、6DJ6、6CG7、6NP8、ECC82、6N6等型号;功率输出管可选⽤KT88、EL34、300B、6650C等型号。
2.根据电路要求选⽤电⼦管的主要参数
电⼦管在使⽤时应严格遵照产品⼿册中规定的各极电压值(包括灯丝电压、屏极电压和帘栅极电压等)。选⽤哪种型号
电⼦管在使⽤时应严格遵照产品⼿册中规定的各极电压值(包括灯丝电压、屏极电压和帘栅极电压等)。选⽤哪种型号的电⼦管,还应根据应⽤电路的⼯作电压值、电流值等参数⽽定。所选电⼦管的各极电压值应与应⽤电路的⼯作电压值相同或相近,否则会缩短电⼦管的使⽤寿命。
3.主要参数应相同或相近
电⼦管损坏后,若⽆同型号电⼦管更换,也可以使⽤主要参数相同或相近的其它型号电⼦管来代换。代换管的灯丝电压不能超过额定值的+5%,屏极电压和帘栅极电压不能超过额定值,耗散功率应相同,否则会缩短电⼦管的使⽤寿命。
4.管脚数量及管脚排列应相同
电⼦管有四脚管、五脚管、⼩七脚管、⼋脚管(俗称“南京管”)、⼩九脚管(俗称“北京管”)。常⽤的四脚管有
EG1~1.25/10、EG1~0.3/8.5等型号,五肢管有FU-7等型号,⼩七脚管有6A2、6K4、6J4、6J5等型号,⼋脚管有
6P6P、6J8P等型号,⼩九脚管有6N1、6N2、6N3、6N11、6P1、6P14、6P15、6U1等型号。
四、电⼦管的引脚排列
引脚数量相同的电⼦管,其内部结构、引脚排列及功能等往往不相同,这⼀点在代称时应注意。对于型号不清、外形相同的电⼦管,业余条件下可以通过观察其内部结构并⽤万⽤表电阻档配合测量等⽅法来识别
⼆极电⼦管
⼆极电⼦管分为整流⼆极管、阻尼⼆极管和充⽓⼆极管等,其内部由阴极K、屏极A和灯丝F等组成。
⼆极电⼦管有直热式和间热式之分。直热式⼆极电⼦管的灯丝F与阴极K为⼀体,称为丝极。间热式⼆极电⼦管的灯丝F 与阴极K之间是隔离的。
(⼆)三极电⼦管
三极电⼦管由外壳、灯丝F、屏极(也称板极或阳极)A、栅极G、阴极k及管脚等组成。其中,灯丝⽤来加热阴极。阴极k(类似于半导体三极管的发射极和场效应管的源极)在温度升⾼到⼀定值时开始发射电⼦。栅极G(也称控制栅极。类似于半导体三极管的基极和场效应管的栅极)⽤来控制阴极发射电⼦的数量,即控制阴极电流的⼤⼩。屏极A(类似于半导体三极管的集电极和场效应晶体管的漏极)⽤来收集阴极所发射的电⼦。
三极电⼦管⼀般⽤于放⼤电路中,它按阴极的加热⽅式可分为直热式阴极三极电⼦管和间热式阴极三极电⼦管。
常⽤的中、⼩功率三极电⼦管有6N1~6N4、6N6、6N8P、6N9P、6N11、6DJ8、12AX7、12AU7、12AT7、
6C3~6C5等型号。常⽤的⼤功率三极电⼦管有211、845、WE300B、6N5P、6N13P等型号。
(三)四极电⼦管
普通四极电⼦管较三极电⼦管增加了⼀个栅极,⼀般⽤于⾼频放⼤等电路。代表型号有6J3、6J5等。
(四)五极电⼦管
五极电⼦管是在三极电⼦管的屏极A与栅极G之间加⼊两个⽹状的栅极。其中⼀个栅极为帘栅极,它接固定的正电压,⽤于对阴极发出的正电⼦进⾏加速,同时还对屏极起屏蔽作⽤。另⼀个栅极为抑制栅极,它与阴极同电位,⽤来抑制屏极产⽣的⼆次电⼦发射。五极电⼦管的放⼤系数较三极电⼦管要⼤。常⽤的五极电⼦管有6J1(T)~6J5(T)、
6P14、6P15、EL12、EL35、WE-350B等型号。
(五)束射四极管
束射四极管也称电⼦注管,它在三极管的基础上增加了⼀对集束电极。此电极与阴极(较三极管、五极管的阴极粗⼤⽽扁平)相连,其作⽤是迫使电⼦沿垂直于阴极扁平⾯的⽅向成束状射向屏极,屏极电流较⼤。常⽤的束射四极管有
6P1、6P6、6V6、6P3P、6L6GC、FU-7、6CA7、EL34、KT66、KT88等型号。
(六)七极电⼦管
(六)七极电⼦管
七极电⼦管较五极管增加了两个栅极,如图11-7所⽰。七极管早期应⽤于收⾳机中作⾼放管或变频管,现在已很少使⽤。
(七)复合电⼦管
复合电⼦管除双三极管,还有⼆极-五极管、三极-五极管、三极-六极管、三极-七极管等多种结构类型。常见的⼆极-五极管有6B8等型号,三极-五极管有6F1~6F3、6AN8、6U8等型号,三极-七极管有6U1等型号。
五、电⼦管的主要参数有哪些?
电⼦管的主要参数有灯丝电压、灯丝电流、屏极电流、屏极内阻、屏极电压、帘栅极电压、极间电容、放⼤系数、电导、输出功率等。
(⼀)灯丝电压
灯丝电压VF是指电⼦管灯丝的额定⼯作电压。不同结构和规格的电⼦管,其灯丝电压也不相同。通常,电⼦⼆极管的灯丝电压为1.2V或2.4V(双⼆极管),三极以上电⼦管的灯丝电压为6.3V、12.6V(复合管),部分直热式电⼦管、低内阻管、束射管等的灯丝电压还有2.5V、5V、6V、7.5V、10V、26.5V等多种规格。
(⼆)灯丝电流
灯丝电流IF是指电⼦管灯丝的⼯作电流。不同结构和规格的电⼦管,其灯丝电流也不同。例如,同样是束射四极
管,FU-7的灯丝电流为0.9mA,⽽FU-13的灯丝电流却为5A。
(三)屏极内阻rP
屏极内阻是指在栅极电压VC不变时,屏极电压VA的变化量与其对应的屏极电流IA变化量的⽐值。
(四)放⼤系数µ
放⼤系数是指在电⼦管阴极k的表⾯上,电栅极电压VG和屏极电压VA所形成的两个电场的有效值之⽐,或指在屏极电流Ia不变时,栅极电压VG的变化与其对应的屏极电压Va的变化的⽐值。放⼤系数⽤
来反映电⼦管的放⼤能⼒。通常将放⼤系数值⼤于40的三极电⼦管称为⾼放⼤系数管,将放⼤系数低于40、⾼于104
三极电⼦管称为中放⼤系数管,将放⼤系数低于10的三极管称为低放⼤系数管。
(五)电导S
电导是指屏极电压VA为定值时,栅极电压VG的变化量与因VG变化引起屏极电流Ia变化化的⽐值。电导⽤来⽠电⼦管的栅极电压对屏极电流的控制能⼒。
(六)极间电容
极间电容是指电⼦管各电极之间的分布电容
六、电⼦管的检测经验
(⼀)外观检查
1.观察电⼦管顶部的颜⾊正常的电⼦管,其顶部的颜⾊是银⾊或⿊⾊。若顶部已变成乳⽩⾊或浅⿊⾊,则说明该电⼦管已漏⽓或⽼化。
2.观察管内是否有杂物
轻轻摇动或⽤⼿指轻弹电⼦管玻壳,再上下颠倒⼏下仔细观察内是否有碎⽚、⽩⾊氧化物、碎云母⽚等杂物。若电⼦管内有杂物,则说明该管经过居中烈振动,其内部极间短路的可能性较⼤。
(⼆)⽤万⽤表检测
1.测量灯丝电压⽤万⽤表R×1档,测量电⼦管的两个灯丝引脚的电阻值,正常值只有⼏欧姆。若测得阻值为⽆穷⼤,则说明该电⼦管的灯丝已断。
2.检测电⼦管是否衰⽼
通过⽤万⽤表测量电⼦管阴极的发射能⼒,即可判断出电⼦管是否衰⽼。检测时,可单独为电⼦管的灯丝提供⼯作电压(其余各极电压均不加),预热2min左右,⽤万⽤表R×100档,红表笔接电⼦管极阴,⿊表笔接栅极(表内1.5V电池相当于给电⼦管加上正偏栅压),测量栅、阴极之间的电阻值。正常的电⼦管,栅、阴极之间的电阻值应⼩于3kΩ。若测得电⼦管栅、阴极之间的阻值⼤于3 kΩ,则说明该电⼦管已衰⽼。该电阻值越⼤,电⼦管的衰⽼程度越严重。
电⼦管的基本参数:
1.灯丝电压:V;
2.灯丝电流:mA;
3.阳极电压:V;
4.阳极电流:mA;
5.栅极电压:V;
6.栅极电流:mA;
7.阴极接⼊电阻:Ω;
电子器件有哪些8.输出功率:W;
9.跨导:mA/v; 10.内阻: kΩ。
⼏个常⽤值的计算:
放⼤因数 µ=阳极电压Uak/栅极电压Ugk
表⽰在维持阳极电流不变的情况下,阳极电压与栅极电压的⽐值。
跨导 S=阳极电流Ia/栅极电压Ugk
表⽰在维持阳极电压不变的情况下,栅极电压若有⼀个单位(如mV)的电压变化时将引起阳极电流有多少个单位的变化。
内阻 Ri=栅极电压Uak/阳极电流Ia
表⽰在维持栅极电压不变的情况下,阳极电流若有⼀个单位(如mA)的电压变化时将引起阳极电压有多少个单位的变化。
上⾯的⼏个值也可以表述为放⼤因数 µ=跨导S乘以内阻Ri
先说这些,各位要是觉得可以瞧下去,下回再说⼏种常见的管型和结构⼯作原理等等等等。
这回就先说电⼦管的构造和⼯作原理吧。照顾⼀下咱的⽼习惯,以后所涉及的管型和单元电路均以国产管为例,在最后我会结合⾃⼰的使⽤体会简要说说部分常见的国产管和进⼝管的各⾃特点以及代换。
在讨论之前咱们先得把讨论的范围作⼀界定,即仅限于真空式电⼦管。
不管是⼆极,三极还是更多电极的真空式电⼦管,它们都具有⼀个共同结构就是由抽成⼏近真空的玻璃(或⾦属,陶瓷)外壳及封装在壳⾥的灯丝,阴极和阳极组成。直热式电⼦管的灯丝就是阴极,三极以上的多极管还有各种栅极。
先说⼆极管:
考虑⼀块被加热的⾦属板,当它的温度达到摄⽒800度以上时,会形成电⼦的加速运动,以⾄能够摆脱⾦属板本⾝对它们的吸引⽽逃逸到⾦属表⾯以外的空间。若在这⼀空间加上⼀个⼗⼏⾄⼏万伏的正向电压(踏雪留痕在上⾯说到的显象管,阳极上就加有7000—27000伏的⾼压),这些电⼦就会被吸引飞向正向电压极,流经电源⽽形成回路电流。
把⾦属板(阴极),加热源(灯丝),正向电压极板(阳极)封装在⼀个适当的壳⾥,即上⾯说的玻璃(或⾦属,陶瓷)封装壳,再抽成⼏近真空,就是电⼦⼆极管。
需要说明的是由于制造⼯艺,杂质附着以及材料本⾝等原因,管内会残留微量余⽓,成品管都在管内涂敷了⼀层吸⽓剂。吸⽓剂⼀般使⽤掺氮的蒸散型锆铝或锆钒材料。⽬前除特殊⽤途外(如超⾼频和⾼压整流等),为便于使⽤和增加⼀⾄性,均为两只⼆极管,或⼆极三极,或三极三极以及⼆极五极等合装在⼀个管壳内,这就是复合管。
接下来说三极管:
⼆极管的结构决定了它的单向导电的性质,当在阴极与阳极之间再加上⼀个带适当电压的极点,这个电压就会改变阴极的表⾯电位,从⽽影响了阴极热电⼦飞向阳极的数量,这就是调制极,⼀般是⽤⾦属丝做成螺旋状的栅⽹,所以⼜把它称为栅极。这就是四季青朋友所说的阀门功能了。由此可以知道,当作为被放⼤的信号电压加在栅极----阴极之间时,由于它的变化必然会使阳极电流发⽣相应的变化,⼜由于阳极电压远⾼于阴极,因此栅阴极间微⼩的电压变化同样能使阳极产⽣相应的⼏⼗⾄上百倍的电压变化,这就是三极管放⼤电压信号的原理。
上图上图!⽼否牺牲了⼀颗管⼦,开肠破肚给各位瞧瞧:
这是颗⽤于⾼频放⼤的通⽤双三极管6N1。1是吸⽓剂;2是灯丝阴极和栅极的组合体;3就是阳极。
现在打破玻壳,注意吸⽓剂颜⾊的变化,换句话说,⼀旦管⼦的吸⽓剂变成这种乳⽩⾊,不管玻壳破裂与否这颗管⼦都没⽤了。
瞧清楚!
1:阳极;2:栅极,栅极⾥⽩⾊部分是栅极和阴极的绝缘层;3 就是阴极,这是个扁型⾦属管,灯丝就包在⾥⾯啦。
再接下来说说多栅极管:
常见的多栅管有四极,五极和七极管,先说五极和七极管,四极较为特殊⽽且⽬前在商品功放⾥超过半数以上的机种⽤的就是这东西,放在后⾯说。
五极管的结构类似于三极管,不同的是它⽐三极管多了两个栅极,即帘栅极和抑制栅极。在⼀般应⽤中帘栅极上加的直流电压与阳极等值,它的作⽤是帮助阳极共同吸引穿过栅极的电⼦,使其加速飞向阳极,所以就同体积的电⼦管⽽⾔,加有帘栅极管⼦的阳极电流要⽐没有帘栅极的三极管⼤。另外帘栅极还起着屏蔽的作⽤,因此提⾼了电路⼯作的稳定性。
在了解抑制栅极的作⽤前先说⼀个现象:⼆次电⼦。灯丝在加热阴极的同时阳极也会被随之加热,所
以当从阴极飞出的电⼦撞到阳极上时,就会从阳极的极板上打出⼀部分电⼦来,这就是⼆次电⼦。在实际应⽤中,抑制栅极⼀定和阴极相连(所以有些管⼦在内部就已经将其连接好了),增加抑制栅极的⽬的就是利⽤抑制栅极和阴极的等电位抑制⼆次电⼦避免其落⼊帘栅极。在这种状态下,⼆次电⼦就会重新被阳极吸引⽽再次飞向阳极。
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