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滴答-滴答-滴滴答
1918年,在荷兰海牙动物园大大厅里举办的展览会上展出了一件当时看来还十分新奇的东西,那就是使整个大厅都能听到的“滴答、滴滴答”电码声的收报装置,结果使得带着矿石收音机(用矿石检波器进行检波)出现的无线电爱好者纷纷摘掉了他们的耳机。这是因为在所展出的收报机中应用了真空三极管来放大信号,并推动一只扬声器。也许真空三极管诞生的那一刻,它自己都没有想到能如此的改变世界,如果说二极管开启了电子时代,那么三级管的诞生让人类正式进入电子时代。
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背景
19世纪末至20世纪初,无线电通信正迅速发展。当时主要使用的电子设备是二极管,但它有一些限制,如无法放大信号和频率限制。由于这些限制,科学家和工程师迫切需要一种更强大和多功能的电子器件。
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发明过程
自从佛莱明发明真空二极管后,即有人想把二极管改造成能放大电流或电信号的新颖真空管。但是真空二极管除了发射电子的阴极以外,单是一个接受电子的阳极是不够的,因为至少需要有一个信号输入电极,还要有一个信号输出电极,因此至少需要三个电极,
大概1906前后,美国电气工程师李·德·弗雷斯特(Lee De Forest)在真空二极管的阴极和阳极之间加入一个栅网状的电极(后简称栅极),于是第一个能够放大电信号的真空三极管就诞生了。
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原理
栅极的作用有点像百叶窗,栅极完全打开的时候,阴极发射出去的电子可以畅通无阻的通过栅极而跑到阳极上,形成电流,正好比百叶窗叶板全部开启时阳光可以径直射到房间。但是栅极逐步关闭时,通过栅极跑向阳极的电子数目就逐渐减小,电流逐渐减小。
如何控制栅极的开启或关闭呢?在栅极上加一个电信号就能达到这个目的。如果栅极的电压比阴极低许多,那么带负电的自由电子从阴极运动至栅极附近时,由于受到栅极负电压对它的排斥力,迫使电子返回到阴极附近,因此此时栅极相当于处于关闭状态。
随着栅极电压逐步提高,栅极对自由电子的排斥力越来越小,这是就会有越来越多的电子穿过栅网跑向阳极,阳极电流逐渐增大。
当栅极电压接近甚至等于阴极电压时,栅极几乎不阻碍自由电子跑向阳极,此时阳极相当于完全开启状态。
阳极电流大小完全随栅极电压的变化而变化,而且由于栅极非常靠近阴极,很小的电压变化就可以控制阳极电流的大小,讲输入信号从栅极输入,阳极输出的电信号随栅极电压变化而变化,但是比输入信号大得多,起到信号放大的作用。
我们来看真空三极管的工作过程:

- 构成:真空三极管的阴极和阳极之间的空间是真空的,因此被称为"真空"三极管。
- 阴极发射:通过加热阴极,它会发射出大量的自由电子。这些电子具有负电荷。
- 栅极控制:当在栅极上施加适当的电压时,栅极会在阴极和阳极之间形成电场。这个电场可以控制从阴极发射出的电子的流动。正电压会吸引电子,使电子流减少,而负电压会排斥电子,使电子流增加。
- 电子流控制:栅极的电场通过控制电子流的数量来实现信号的放大或控制。电子流的大小取决于栅极电压相对于阴极的电压。
- 动产生了放大的信号。
总结一下,真空三极管的工作原理是通过控制栅极电场来控制从阴极发射的电子流。这使得真空三极管可以作为电子放大器,用于放大电信号。这种放大的能力为通信和广播技术的发展提供了基础,并且对现代电子设备的发展有着重要影响。
真空三极管原理图
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应用和影响
真空三极管的发明引发了电子技术的重大革命。它被广泛应用于通信、广播和音频设备中,使得无线电通信成为可能,并开启了广播时代。真空三极管的发展也为后来的电子设备,如晶体管和现代集成电路的发展奠定了基础。
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结论
真空三极管的发明彻底改变了现代科技的面貌。它不仅为通信技术的发展提供了巨大助力,还铺平了许多其他领域的道路。今天,我们身边的许多电子设备都离不开这一重要的发明。