原创 纪念真空三极管诞生100周年

作者：陈忠民 

       1906年10月25日，美国科学家德·福雷斯特申请了真空三极管放大器的专利，第二天又向美国电气工程师协会提交了关于三级管放大器的论文。他的专利于1907年1月15日被批准。

美国科学家德·福雷斯特（Lee de Forest，1873～1961）

        福雷斯特的真空三级管建立在前人发明的真空二极管的技术基础之上。1904年，英国伦敦大学的弗莱明发明了真空二极管（Vacuum Diode Tube）。真空二极管只能单向导电，可以对交流电流进行整流，或者对信号进行检波，但是它不能对信号进行放大。没有能够放大信号的器件，电子技术就无法继续发展。

弗莱明发明的真空二极管

      为了提高真空二极管检波灵敏度，福雷斯特在玻璃管内添加了一种栅栏式的金属网，形成电子管的第三个极。他惊讶地看到，这个“栅极”仿佛就像百叶窗，能控制阴极与屏极之间的电子流；只要栅极有微弱电流通过，就可在屏极上获得较大的电流，而且波形与栅极电流完全一致。也就是说，在弗莱明的真空二极管中增加了一个电极，就成了能够起放大作用的新器件，他把这个新器件命名为三极管（Triode）。      

真空三极管原理

        真空三极管除了可以处于“放大”状态外，还可分别处于“饱和”与“截止”状态。“饱和”即从阴极（或者叫发射极，emitter）到屏极（evelope）的电流完全导通，相当于开关开启；“截止”即从阴极到屏极没有电流流过，相当于开关关闭。两种状态可以通过调整栅极上的电压进行控制。因此真空三极管可以充当开关器件，其速度要比继电器快成千上万倍。

        在福雷斯特真空三极管研究成功之后，经过改进还制成了真空四极管（Tetrode）和真空五极管(Pentode)等，它们和真空二极管和真空三极管一起统称为电子管。      

各种各样的电子管

      真空三极管为计算机的诞生铺平了道路，在世界上第一台电子计算机ENIAC里面，电子管是其最基本的元件了。电子管庞大的身躯和巨大的耗电量是两个致命的缺陷，所以会被小巧玲珑的半导体器件取代。但在模拟电路中，电子管的高保真放大特性仍然让与晶体管和集成电路相形见绌。直到今天，以电子管为核心器件的胆机仍是音响发烧友所追逐的目标。就在几年前，我们还可以在发烧主板上看到电子管的踪迹。

带有双三级管的Aopen发烧级主板AX4B-533 Tube（2002年9月）

       福雷斯特自小就喜欢动手，搞了许多的小制作、小发明，参加工作以后更成为多产的发明家，一生获得了多达300余项专利。在福雷斯特的所有发明中，就数真空三极管发明的影响最大，它不仅成为真空电子学的开端，也是电子学历史的开端，推进了人类文明的进程。

       在真空三级管百年诞辰之际，我们这些电子设计为生的工程师们，是否可以从真空三极管的发明中获得一些启示呢？

PS：与真空管一样，CRT显示器的显示管也是一种电真空器件，为了防止灯丝在高温下氧化而燃烧，必须把里面的空气抽干净。白炽灯、日光里面充入惰性气体，也是为了避免灯丝快速氧化。