真空管

真空管（英语：Vacuum Tube）是一种在电路中控制电子流动的电子元件。参与工作的电极被封装在一个真空的容器内（管壁大多为玻璃），因而得名^[1]。在中国大陆，真空管则会被称为“电子管”。电子工业早期年代，在香港和广东省，真空管会被称作“胆”。一般来说真空管内都是真空。但随著发展也不一定：有充气震荡管、充气稳压管及水银整流管。

在二十世纪中期前，因半导体尚未普及，基本上当时所有的电子器材都使用真空管，形成了当时对真空管的需求。但在半导体技术的发展普及和平民化下，真空管因成本高、不耐用、体积大、效能低等原因，最后被半导体取代了。但是可以在音响扩大机、微波炉及人造卫星的高频发射机看见真空管的身影；许多音响特别使用真空管是因为其特殊音质，在音响界、老旧的真空管常与最新的数位IC共存。另外，像是电视机与电脑阴极射线管显示器内的阴极射线管以及X光机的X射线管等则是属于特殊的真空管。

对于大功率放大（如百万瓦电台）及卫星（微波大功率）而言，大功率真空管及行波管仍是唯一的选择。对于高频电焊机及X射线机，它仍是主流器件。

历史

常用的6922双三极真空管

真空管的历史可溯自改良灯泡的商人汤玛斯·爱迪生。1880年某日，他好奇地在灯泡中多放了一个电极，且洒了点箔片，结果发现了奇特的现象：第三极通正电时，箔片毫无反应；但通负电时，箔片随即翻腾漂浮。当时爱迪生不知道此现象的起由，但由于他不经意的发现，这个现象后来被称为爱迪生效应。一直到1901年，欧文·理查森提出定律，说明电子的激发态引起箔片漂浮，后更以此拿到1928年的诺贝尔物理奖。接著约翰·弗莱明在1904年发展出二极管，李·德佛瑞斯特更在1907年作出第一个三极管。

结构

真空管具有发射电子的阴极（K）和工作时通常加上高压的阳极或称屏极（P）。灯丝(F)是一种极细的金属丝，而电流通过其中，使金属丝产生光和热，而去激发阴极来放射电子。栅极（G）它一定置于阴极与屏极之间。栅极加电压是抑制电子通过栅极的量，所以能够在阴极和阳极之间对电流起到控制作用。

三极真空管之主要结构
真空管之底座结构

为保持管内的真空状态，真空管中设有一物件，称为除气剂。一般由钡、铝、镁等活泼金属合金制成。在抽出管中空气后，将管中各元件及除气剂加热至红热，这样就可以吸收管内电极所含之气体^[2]。利用一围绕管子之高频电磁场而使除气剂迅速升华，除气剂就吸收管子中的气体。在反应过后，玻璃管内壁积存银色的除气剂披覆层。若把管体的玻璃管打破或漏气时，玻璃管内壁积存银色的除气剂便会退色，同时也表示该真空管不能被使用。

玻璃管内壁除气剂退色之过程
除气环

运作原理

多极的真空管（如：三、四、五...极管）由二极管演变而来，它们的基本结构和原理是相同的。

二极管

真空二极管运作原理

如图中所示，

将加热电压加于真空二极管的灯丝之上，将阴极加热至红热，从而使阴极的电子被激发（因此灯丝和阴极发出红光）。
相较于阳极，阴极有更多的电子处于较高能量的激发态。因此，电子更容易被从阴极发射。
当阴极接在电源的负极，阳极接在电源的正极时，两极间的电势差形成电场，使得阴极的电子跳跃至阳极。与之相反，若电势差的方向逆转，电子无法轻易地离开阳极跳跃至阴极。
移动的电子形成电流。因为电子只能从阴极移至阳极，所以工作中的真空二极管具有单向导电性。

三极管

三极管运作原理

在真空二极管的基础上，三极管在阴极和阳极之间添加了一个栅极。通过在栅极和阳极间加上栅极电压，可以使栅极带上负电荷。由于电荷同性相斥，通过改变栅极的电场强度，就可以改变电子通过栅极的流量，从而起到放大作用。

抽真空

管内有空气之示意图

电子在于其放射过程中，因会与空气中之组成分子相撞而产生阻力，因此电子经由如空气之类的介质来移动的话，将会比在真空状态来的困难，所以若想轻松的达成电子放射之移动过程，需将产生电子放射及电子收集之各项元件，也就是灯丝、阴极、栅极、屏极等封装于玻璃管内，且将其内部成为真空状态，才能使电子之放射动作达成最高效率。若然真空度不足，会因为被阴极射出的电子击打管中的空气，令空气的原子被激发至激态发出红光，并严重影响真空管之工作表现^[2]。另一方面电子打到玻璃也会产生蓝光并产生二次电子反射噪音。

分类

直热式及旁热式构造比较

依加热方式

真空管可被分为2大类别，分别是直热式和旁热式。直热式真空管是较早诞生的。它有一个致命的缺点，就是阴极容易受到灯丝的温度而改变特性。当灯丝电压变动时，或以交流电供应灯丝时，阴极呈现在不稳定的状态下。旁热式真空管作工相对较稳定。由于金属套筒的体积与储热量远远大于传统的灯丝，因此即使灯丝暂时的温度变动，甚至暂时几秒钟的停止加热，金属板的温度变化改变有限，这也就是为什么某些扩大机关机之后，它还能唱十多秒的主要原因，是因为灯丝未冷却且电源供应部分有大容量电容器内部馀电未放完^[3]。