電子管的工作原理是什么？

　　燈絲對陰極加熱產生電子云，電子云在屏極高壓下向屏極運動，在陰極與屏極間還有柵極，柵極電壓的高低就控制了流向屏極電子量的多少。

　　電子管的發明與盤尼西林以及輪胎的發現一樣具有戲劇性：在實驗室中靠近窗戶幾個未清洗的實驗皿，不經意從窗外飄來一些霉菌落在實驗皿上，科學家驚訝的發現某些落入實驗皿中的霉菌，可以抑制壞菌的擴散與成長，加以實驗分析之後這種霉菌就成為了有效且使用廣泛的抗生素之一；同樣的情景也發生在研究橡膠的實驗中，偶然打破裝在玻璃杯里的硫黃，倒入融化的橡膠液體中，凝固後橡膠變成了堅硬且頗富韌性的材質。電子管當然不是無緣無故做幾片金屬板封裝在抽真空的玻璃瓶里進行實驗的，它與發明大王愛迪生有著一段故事。當初愛迪生發明燈泡之後，發現他生產的燈泡燈絲老是從正極端燒斷，于是進一步實驗在燈泡中加入一塊小金屬板，點燈之後將金屬板連接電表，分別施以正電壓以及負電壓，觀察電流的情形。對于當時的科學而言，位于真空狀態下且不連接的金屬板，不論如何連接是不可能產生電流的，但怪事發生了，愛迪生發現某種物質（其實就是電子）會透過金屬板，會從電池的負極騰空「跳」到正極，此發現當然激起更大的實驗動機，此現象便稱為「愛迪生效應」。這也是科學家首次質疑電流流動的方向，以及自由電子在空間中流動的現象。

　　金屬之所以能導電，就是因為金屬的自由電子較多，便于電子的相互流動，因此電子材料必須由導電性佳的材質制成。電子還有個特性，帶負電的電子容易受到正電壓的吸引，所謂同性相斥、異性相吸。又從愛迪生效應中得知，當加熱金屬物質時，活躍于質子外圍的自由電子容易產生游離現象，溫度高導致電子活性增強，此時若空間中有一正電壓強力吸引，游離的電子就會在空間中流動?；哆@幾個當時已被了解的知識，弗來明（J．A. Fleming）于1904年制造出第一支二極電子管，李德科士（De Forest Lee）將二極管加以改良，于1907年制造出第一支三極管，既然成功研發了二極管，電子管的應用開始實現，電子管的發展從此一日千里。（詳見圖1）

　　三極管是最基本的電子管

　　電子管又稱「真空管」 （Vacuum Tube），代表玻璃瓶內部抽真空，以利于游離電子的流動，也可有效降低燈絲的氧化損耗。二極管、三極管、五極管，從字面意義代表電子管內部基本「極」的數量。電子管擁有三個最基本的極，第一是「陰極」（Cathode，以K代表）：陰極當然是陰性的，它是釋放出電子流的地方，它可以是一塊金屬板或是燈絲本身，當燈絲加熱金屬板時，電子就會游離而出，散布在小小的真空玻璃瓶里。第二個極是「屏極」（Plate，以P代表），基本上它是電子管最外圍的金屬板，眼睛見到電子管最外層深灰色或黑色的金屬板，通常就是屏極。屏極連接正電壓，它負責吸引從陰極散發出來的電子（利用異性相吸的原理），作為電子游離旅行的終點。第三個極為「柵極」（Gird，以G代表），從構造看來，它猶如一圈圈的細線圈，就如同柵欄一般，固定在陰極與屏極之間，電子流必須通過柵極而到屏極，在柵極之間通電壓，可以控制電子的流量，它的作用就如同一個水龍頭一般，具有流通與阻擋的功能。

　　最早的電子管由于構造原理簡單，直接將燈絲充當陰極使用，換句話說，當燈絲點亮時，由于燈絲溫度提高，電子就從燈絲釋放出來，經過柵極直奔屏極。這種電子管就叫“直熱式電子管”。 300B，就是屬于這種類型的電子管，相較於其他現代化的五極電子管， 300B 的構造簡單，輸出功率也低。 直熱式電子管當然有它天生的優點，但卻有一個致命的缺點，那就是陰極容易因燈絲的溫度變化而改變特性。當燈絲電壓變動時，或以交流電供應燈絲時，陰極呈現在不穩定的狀態下。因此有人主張直熱式電子管應采用直流供電，也有人強調必須以交流供電以免損傷陰極，這種爭論過去在音響界早已成為一個爭論不休的話題。

　　旁熱式電子管的穩定度較高

　　為了解決直熱式電子管的燈絲問題，電子管設計者決定讓燈絲與陰極分家獨立，在燈絲的旁邊套上一圈金屬套筒，讓燈絲直接對金屬板加熱，電子從金屬板散發出來，這種加熱方式就稱為「旁熱式電子管」。

　　電子管的工作原理

　　現在，我們更進一步來看看最簡單的電子管工作原理。

　　將一支電子管拆開之後，繪於附圖之中，從圖可知，當點亮燈絲，燈絲溫度逐漸升高，雖然是真空狀態，但燈絲溫度以輻射熱的方式傳導至陰極金屬板上，等到陰極金屬板溫度達到電子游離的溫度時，電子就會從金屬板飛奔而出。此時在電子是帶負電的，在屏極加上正電壓，電子就會受到吸引而朝屏極金屬板飛過去，穿過柵極而形成一電子流。柵極猶如一個開關，當柵極不帶電時，電子流會穩定的穿過柵極到達屏極，當在柵極上加入正電壓，對于電子是吸引作用，可以增強電子流動的速度與動力；反之在柵極上加入負電壓，同性相斥的原理電子必須繞道才能到達屏極，若柵極的結構龐大，則電子流有可能全數被阻隔。

　　利用柵極可以輕易控制電子流的流量，將輸入訊號連接在柵極上，并且加入適當的偏壓，并且在屏極串上一個電阻，藉此即可達到訊號放大的目的。電子管也與晶體管一樣，具有多種放大形式（事實上，晶體管的放大形式是從電子管延伸過來的應用），結合不同的電子材料如電阻、電感、變壓器以及電容等，就可以創造出千變萬化的電子產品。

　　觀察電子管的管壁內部可以看到一塊類似水銀的薄膜黏附在玻璃壁上，這是延長電子管壽命的設計。除了極少部份低壓電子管外（并非指工作電壓低，而是指電子管內部存在低壓氣體），大部分的電子管必須抽真空才能正常工作。電子管的接腳為金屬腳，雖然以玻璃封裝，但玻璃與金屬接腳之間仍然有漏氣的機會。玻璃管內的金屬蒸鍍物（即消氣劑），會與氣體進行作用，它存在的目的就在于吸收氣體，以維持電子管內部的真空度。這一層薄薄的金屬物氧化之後，會變成白色，表示電子管已經漏氣不行了，所以若打破電子管時，這一層蒸鍍物質也會變成白色，因此購買老電子管時，也要注意蒸鍍物的情況，像水銀一樣的為佳，若開始蒼白、剝落時，就表示這支電子管已經邁入老年了。