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《无线电》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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常用元器件的识别与使用(三十三)——历史悠久的电子管

2012-10-29 14:41:14

常用元器件的识别与使用(三十三)

历史悠久的电子管

◎张晓东

电子管(electron tube)在港台地区通称“胆”,它是一种在密闭的玻璃管等容器内产生电流传导,并通过电场对处于真空或稀薄气体中的电子流进行有效控制,以完成整流、检波、信号放大或振荡任务的电子器件。因常用电子管的管壳内几乎全被抽成真空,仅个别管壳内被充入少量惰性气体或汞蒸气等,所以电子管有真空管(vacuum tube)和充气管(gas filled tube)之分。常用电子管几乎全部为真空管。

电子管作为一种历史悠久的电子器件,在电子技术的发展过程中,做出过很大贡献。后来由于半导体器件问世及快速发展,电子管逐步让位并退出越来越多的领域中。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,尤其受到音响“发烧友”的追捧和青睐。《无线电》杂志近年来对早期电子管收音机的生动介绍,以及对业余条件下制作“胆机”(电子管功放机)的介绍,不仅抒发了许多老读者的怀旧情结,更激发起了许多青少年无线电爱好者的动手兴趣。因此,掌握普通电子管的识别与使用方法,仍然是很有必要的。

1.如何识别电子管

(1)结构及特性

电子管的种类很多,用途也各不相同。但由于它们几乎都是利用电场对真空中的自由电子传输进行有效控制的器件,所以尽管在结构上各有特点,但其基本部件却有许多相同之处,大体上都是由基座、加热灯丝、电极和管壳所组成。其中,电极是电子管的关键结构件,通常有阴极、屏极和栅极等三种电极,它们都是由各种不同的金属或合金(如镍、钼、钨、铬、铜、铁及其合金)所制成。

图1所示是常用小型电子管的结构图。由图可知,阴极位于电子管的中央,为锯齿形或圆筒形状,其任务是被灯丝加热后发射电子。极(亦称极或板极)位于各电极的最外层,有平板形、矩形、圆筒形和椭圆形等种,其任务是接收从阴极发射来的电子,形成极电流。栅极是用很细的金属丝或金属网成的圆筒形、椭圆形或矩形栅栏,它位于阴极与极之间,其作用是控制从阴极发射出来、并最终到达极的电子数量,实现最基本的放大电压信号功能

不同类型的电子管,栅极的层数也不同,三极管只有一个栅极(即控制栅极)。在三极管的栅极和屏极间加入一网状电极——帘栅极,就构成放大能力大幅提升、可用于高频电路的普通四极管。在四极管的帘栅极和屏极之间再加入一网状电极——抑制栅极,就构成能够抑制屏极“二次电子发射”、使屏极特性曲线起始段变得平滑的五极管。还有一种常用的束射四极管(也叫集射四极管),它是指有阴极、控制栅极、帘栅极、屏极和集射屏的四极管,其中集射屏装在帘栅极和屏极之间,并与阴极相联,可使电子流从集射屏的开口处集中射向屏极,不仅增大了屏流,而且同样能够有效抑制屏极的“二次电子发射”、进一步增强放大能力。束射四极管几乎全部都是能够产生较大屏极电流的功率管,其放大能力明显优于普通三极管,综合性能高于五极管,使用非常普遍。如果电子管内部连一个栅极都没有,就构成了只有阴极和屏极、具有整流或检波作用的二极管。

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图1  小型电子管结构图

电子管的阴极加热方式可分为直热式和旁热式(也称间热式)两种,直热式电子管的阴极和加热灯丝“合二为一”,而旁热式电子管的阴极和加热灯丝是彼此靠近且分离的。当电子管控制栅极的栅圈间距相等时,其屏极电流随栅极电压变负有较陡的截止特性,称作锐截止管;当栅圈的间距有疏密时,其屏极电流随栅极电压变负时截止较慢,称为遥截止管或“变跨导管”、“变μ管”。

电子管的各电极安装在绝缘基座上,被密封在抽去空气的真空管壳内管壳几乎都采用了玻璃外壳也有加金属外壳的。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,电子管内会残留微量余气,为保证管内真空度,成品管都在管内安置或在管内壁涂敷了一层消气剂(也称吸气剂、除气剂)。消气剂一般使用掺氮的蒸散型锆铝或锆钒材料。为便于使用和增加一致性,常将两只相同的电子管或不同的两个电子管合装在一个管壳内,这就是所谓的“复合管”。

(2)外形及种类

常用电子管的外形实物如图2所示。按其大小可分为大型管、小型管(花生管、指形管或MT管)和超小型管(铅笔形管)等,图2(a)所示为最常见的小型管大型玻璃管(G式管);按其形状不同,可分为瓶形玻璃管(ST)、筒形玻璃管(GT管、金属玻璃管)、球形管、锁式管等,图2(b)所示为最常见的筒形玻璃管和瓶形玻璃管;按外壳材料不同,可分为图2(c)所示的玻璃管、金属管两大类;按管脚数量不同,可分4、5、6、7、8、9、11、12、14、20、25脚等,图2(d)所示为最常用的7脚和9脚电子管;按电极数不同,可分为二极管、三极管、四极管、束射四极管、五极管、六极管、七极管和复合管等,图2(e)所示为最常用的束射四极管和复合管——双三极管、双二极管;按用途不同,可分为电压放大管、功率放大管、混频或变频管、整流管、检波管、调谐指示管等,图2(f)所示为最常用的电压放大管、功率放大管和整流管。

小型电子管由于具有一系列的优点而得到普及使用,国际上作为推荐品种,具有广泛的国际互换性。

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(a)按大小区分      

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(b)按形状区分

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(c)按外壳区分            

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(d)按管脚区分

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(e)按电极区分                              

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(f)按用途区分

 

 

图2  常用电子管的分类

3)基本参数

电子管在一般应用下的主要参数电压UF(V)、灯丝电流IF(mA)、屏极电压UA(V)极电流IA(mA)、栅极电压UG(V)、栅极电压UG2(V)、抑制栅极电压UG3(V)、阴极与灯丝间电压UKF(V)、负载电阻RL(kΩ)、内Ri(kΩ)、输出功率PO(W)、放大系μ(无单位)、跨S(mA/V)等。

电子各种放大电路中,与放大器效果关系最密切的参数为跨导S、内Ri和放大系数μ,其定义和相互间的关系如下:

①跨S(mA/V)。也称“互导”,这是指极电压固定不变时,电流的变化量ΔIA与对应栅极电压变化量ΔUG的比值,即S=ΔIAUG,单位为mA/V。跨导S表征了电子管栅极电压对屏极电流控制能力。一般三极管的跨导值为0.5~10mA/V,S值越大,说明栅极电压对屏极电流的控制能力越强。

内阻Ri(kΩ)。这是指栅极电压固定不变极电压的变化量ΔUA对应屏电流变化量ΔIA的比值,即Ri=ΔUAIA单位为它表征了电子管屏极电压对屏极电流的控制能力。一般三极管的内阻值约在0.5~100kΩ之间,内阻愈小,屏极电压控制屏极电流的能力就越强。

放大系数μ。这是指在保持电流变化量ΔIA一定的条件下,屏极电压的变化量ΔUA与对应栅极电压变化量ΔUG的比值,即μΔUAUG。它表征了电子管栅极电压对屏极电流的控制能力较之电压对屏极电流的影响强多少倍。一般三极管的放大系数为2.5~100,μ值越大,说明电子管的放大品质越高。

跨导S内阻Ri和放大系数μ三者的关系,可用μS×Ri来表示。该公式被称为电子管的内部方程式。如果知道了三个参数中的任意两个,便可求出余下的一个。

(4)型号命名

国产电子管型号命名数字开头和字母开头两大类型,各类型一般均包括四个部分,其格式和含义如图3所示

数字开头的型号命名,主要用于放大、收信、小型整流、调谐指示等电子管,其格式和含义见图3(a)。第一部分用数字表示灯丝电压的整数部分,其中“1”代表灯丝电压为1.2V,“2”代表灯丝电压2.4V,“5”代表灯丝电压5V,“6”代表灯丝电压为6.3V,“12”代表灯丝电压12.6V第二部分用字母表示管的结构及类别其中“A”代表“双控制栅变频管”,“B”代表“双二极五极管”,“C”代表“三极管”,“D”代表“二极管”,“E”代表“调谐指示管”,“F”代表“三极五极管”,“G”代表“双二极三极管”,“H”代表“双二极管”,“J”代表“锐截止五极管和束射四极管”,“K”代表“遥截止五极管和束射四极管”,“N”代表“双三极管”,“P”代表“输出五极管和束射四极管”,“S”代表“四极管”,“Z”代表“小功率整流二极管”等。第三部分用数字表示同类型管的序号(区分规格、性能等)例如,6N1和6N2都是双三极管,但前者为中等放大系数后者有较高的放大系数。第四部分用字母表示电子管外壳的材料和形其中“P”代表普通玻璃外壳管,“K”代表金属陶瓷管,“J”代表橡实管,无字母代表φ19~22.5mm的小型玻璃管(即花生管)等。例如,6A2型表示灯丝电压6.3V七极变频管,为小型玻璃管;6P1型表示灯丝电压6.3V输出束射四极管,为小型玻璃管;6P6P型表示灯丝电压6.3V输出束射四极管,为普通玻璃

 

(a)以数字开头                  

 

(b)以字母开头

图3  国产电子管的命名规则

以字母开头的型号命名,主要用于发射、高压整流、稳压、闸流等电子管,其格式和含义见图3(b)。第一部分用字母表示电子管的类别,其中“F”代表“发射管”,“FD”代表“长波或短波发射管”,“FU”代表“超短波发射管”,“FC”代表“分米波发射管”,“FL”代表“厘米波发射管”,“FM”代表“脉冲发射管”,“E”代表“真空高压整流二极管”,“EQ”代表“充气整流二极管”,“EG代表“汞气整流二极管”,“EM”代表“真空脉冲整流二极管”,“T”代表“调制管”,“WY”代表“稳压管”,“ZQ”代表“充气闸流管”等。第二部分用数字表示同类序号,主要区分规格、性能等,一般多在序号前面增加上短“-”号。第三部分用字母表示外壳的形具体与以数字起首的第四部分相同。第四部分用字母表示管子冷却方式,其中“S”代表水冷管,“F”代表风冷管充气整流管的第四部分常用分数来表示,分子表示允许的屏极电流平均安培数(即整流电流值),分母表示最大反峰电压千伏数。而有些电子管则省略了第三、四部分。例如FU-5型表示发射专用三极管FU-7

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