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电子管
来源:深圳市赛亿科技开发有限公司作者:日期:2017-11-17 14:11:48点击:231次
电子管
 
电子管又叫真空管,美国人称为Tube,英国人称为Valve。J.A.Fleming于1904年制造出第一只二极管Diode,使整流直流电源的使用成为现实;De Forest Lee于1907年在二极管的基础上研制出三极管Triode,使放大器从此登上了历史舞台;之后衍生出的五级管Pentode和束射四极管Beam Tetrode,使电子管可以工作于更高的频率和输出更大的功率。
 
中文名 外文名 表示方法 优点
电子管 Tube 字母“v”“ve” 电子管负载能力强
 
 
 
目录
 
1、电子管的定义
2、电子管的分类
3、电子管的应用
4、电子管的基本参数
5、电子管的工作原理
6、电子管的工作条件
7、电子管的选用
8、电子管的发展史
9、电子管检测方法
10、电子管使用注意事项
11、如何延长电子管放大器的寿命
 
 
 
 
电子管的定义
电子管是一种在气密性封闭容器(一般为玻璃管)中产生电流传导,利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中,近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代,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(香港人称使用电子管功率放大器为“煲胆”)。
 
电子管的分类
 
2.1.按用途分类
电子管按其用途的不同可分为电压放大管、功率大管、充气管、闸流管、引燃管、混频或变频管、整流管、振荡管、检波管、调谐指过管、稳压管等。
2.2.按电极数分类
电子管按其电极数的不同可分为电压放大管、三极管、四极管、五极管、六极管、七极管、八极管、九极管和复合管等。三极以上的电管又称为多极管或多栅管。
2.3.按外形分类
电子管按其外形及外壳材料可分为瓶形玻璃管(ST管)、“橡实”管、筒形玻璃管(GT管)、大型玻璃管(G式管)、金属瓷管、小型管(也称花生管或指形管、MT管)、塔形管、超小型管(铅笔形管)等多种。
2.4.按内部结构分类
电子管按其内部结构可分为单二极管、二极管、双二极三极管、双二极管极管、单三极管、功率五极管、束射四极管、束射五极管、双一极管、二极——五极复合管、又束射四极管、三极-五极复合管、三极-六极复合管、三极-七极复合管、束射功率各处室等多种类型。
2.5.按阴极的加热方式分类
电子管按阴极的加热方式可分为直热式阴极电子管(电流直接通过阴极使其达到热电子发射状态)和旁热式阴极电子管(通过阴极旁的灯丝加热阴极)。
2.6.按屏蔽方式分类
电子管按屏蔽方式可分为锐截止屏蔽电子管和遥截止屏蔽电子管。
2.7.按冷却方式分类
电子管按冷却方式可分为水冷式电子管、风冷式电子管和自然冷却式电子管。
 
电子管的应用:
 
电子管放大器的工作状态决定于放大器栅极电路中所加栅偏压Eg的大少,见图Z,改变栅偏压Eg,阳极电流中的直流分量就要发生变化。当栅极偏压Eg等于截止栅压Ug0的一半时,在交流信号变化的整个周期内均有阳极电流流过,阳极的直流分量最大,失真最小,可是效率最低,这种工作状态我们称甲类工作状态。它适宜于对失真指标要求较高的放大器。
当栅极电压等于截止栅压Ug0时,这时只有在栅极交流信号的正半周内才有阳极电流。这种工作状态叫乙类工作状态,在此状态下可获得较高的工作效率,多用于低频推挽式放大电路。
电子管的基本参数
4.1.灯丝电压
灯丝电压VF是指电子管灯丝的额定工作电压。不同结构和规格的电子管,其灯丝电压也不相同。通常,电子二极管的灯丝电压为1.2V或2.4V(双二极管),三极以上电子管的灯丝电压为6.3V、12.6V(复合管),部分直热式电子管、低内阻管、束射管等的灯丝电压还有2.5V、5V、6V、7.5V、10V、26.5V等多种规格。
4.2.灯丝电流
灯丝电流IF是指电子管灯丝的工作电流。不同结构和规格的电子管,其灯丝电流也不同。例如,同样是束射四极管,FU-7的灯丝电流为0.9mA,而FU-13的灯丝电流却为5A。
4.3.屏极内阻rP
屏极内阻是指在栅极电压VC不变时,屏极电压VA的变化量与其对应的屏极电流IA变化量的比值。
4.4.放大系数μ
放大系数是指在电子管阴极k的表面上,电栅极电压VG和屏极电压VA所形成的两个电场的有效值之比,或指在屏极电流Ia不变时,栅极电压VG的变化与其对应的屏极电压Va的变化的比值。
放大系数用来反映电子管的放大能力。通常将放大系数值大于40的三极电子管称为高放大系数管,将放大系数低于40、高于104 三极电子管称为中放大系数管,将放大系数低于10的三极管称为低放大系数管。
4.5.电导S
电导是指屏极电压VA为定值时,栅极电压VG的变化量与因VG变化引起屏极电流Ia变化化的比值。
电导用来瓜电子管的栅极电压对屏极电流的控制能力。
4.6.极间电容
极间电容是指电子管各电极之间的分布电容。
 
 
电子管的工作原理
 
将一支电子管拆开之後,绘於附图之中,从图可知,当点亮灯丝,灯丝温度逐渐升高,虽然是真空状态,但灯丝温度以辐射热的方式传导至阴极金属板上,等到阴极金属板温度达到电子游离的温度时,电子就会从金属板飞奔而出。此时在电子是带负电的,在屏极加上正电压,电子就会受到吸引而朝屏极金属板飞过去,穿过栅极而形成一电子流。栅极犹如一个开关,当栅极不带电时,电子流会稳定的穿过栅极到达屏极,当在栅极上加入正电压,对于电子是吸引作用,可以增强电子流动的速度与动力;反之在栅极上加入负电压,同性相斥的原理电子必须绕道才能到达屏极,若栅极的结构庞大,则电子流有可能全数被阻隔。
利用栅极可以轻易控制电子流的流量,将输入讯号连接在栅极上,并且加入适当的偏压,并且在屏极串上一个电阻,藉此即可达到讯号放大的目的。电子管也与晶体管一样,具有多种放大形式(事实上,晶体管的放大形式是从电子管延伸过来的应用),结合不同的电子材料如电阻、电感、变压器以及电容等,就可以创造出千变万化的电子产品。
观察电子管的管壁内部可以看到一块类似水银的薄膜黏附在玻璃壁上,这是延长电子管寿命的设计。除了极少部份低压电子管外(并非指工作电压低,而是指电子管内部存在低压气体),大部分的电子管必须抽真空才能正常工作。电子管的接脚为金属脚,虽然以玻璃封装,但玻璃与金属接脚之间仍然有漏气的机会。玻璃管内的金属蒸镀物(即消气剂),会与气体进行作用,它存在的目的就在于吸收气体,以维持电子管内部的真空度。这一层薄薄的金属物氧化之後,会变成白色,表示电子管已经漏气不行了,所以若打破电子管时,这一层蒸镀物质也会变成白色,因此购买老电子管时,也要注意蒸镀物的情况,像水银一样的为佳,若开始苍白、剥落时,就表示这支电子管已经迈入老年了。
电子管的优缺点
由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点,现在它的绝大部分用途已经基本被固体器件晶体管所取代。但是电子管负载能力强,线性性能优于晶体管,在高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好,所以仍然在一些地方(如大功率无线电发射设备)继续发挥着不可替代的作用
 
电子管的工作条件
 
6.1. 晶闸管承受反向阳极电压时,不管门极承受何种电压,晶闸管都处于关短状态。
6.2. 晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
6.3. 晶闸管在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,不论门极电压如何,晶闸管保持导通,即晶闸管导通后,门极失去作用。
6.4. 晶闸管在导通情况下,当主回路电压(或电流)减小到接近于零时,晶闸管关断。
 
电子管的选用
 
7.1.按用途合理选择电子管的类型
电子管的种类繁多,功能各异。选用时,应根据应用的电路的具体要求(例如,是电压放大管还是功率放大管)来选择合适的类型及型号。在功率放大器中,电压放大管可选用*、6N8P、6N11.12AX7.6922、6DJ8等型号;电压驱动管可选用12AU7.12AT7、6SN7.6DJ6.6CG7.6NP8.ECC82.6N6等型号;功率输出管可选用KT88.EL34、300B、6650C等型号。
7.2.根据电路要求选用电子管的主要参数
电子管在使用时应严格遵照产品手册中规定的各极电压值(包括灯丝电压、屏极电压和帘栅极电压等)。选用哪种型号的电子管,还应根据应用电路的工作电压值、电流值等参数而定。所选电子管的各极电压值应与应用电路的工作电压值相同或相近,否则会缩短电子管的使用寿命。
 
 
电子管的发展史
 
1904年,世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了。弗莱明为此获得了这项发明的专利权。人类第一只电子管的诞生,标志着世界从此进入了电子时代。世界上第一台计算机用1.8万只电子管,占地170m*2,重30t,耗电150kW。
说起电子管的发明,我们首先得从“爱迪生效应”谈起。爱迪生这位举世闻名的大发明家,在研究白炽灯的寿命时,在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果,他发现了一个奇怪的现象:金属片虽然没有与灯丝接触,但如果在它们之间加上电压,灯丝就会产生一股电流,趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的?爱迪生也无法解释,但他不失时机地将这一发明注册了专利,并称之为“爱迪生效应”。后来,有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。但最先预见到这一效应具有实用价值的,则是英国物理学家和电气工程师弗莱明。
 
电子管检测方法
 
9.1.外观检查
9.1.1观察电子管顶部的颜色 正常的电子管,其顶部的颜色是银色或黑色。若顶部已变成乳白色或浅黑色,则说明该电子管已漏气或老化。
9.1.2观察管内是否有杂物 轻轻摇动或用手指轻弹电子管玻壳,再上下颠倒几下仔细观察内是否有碎片、白色氧化物、碎云母片等杂物。若电子管内有杂物,则说明该管经过居中烈振动,其内部极间短路的可能性较大。
9.2.用万用表检测
9.2.1.测量灯丝电压 用万用表R×1档,测量电子管的两个灯丝引脚的电阻值,正常值只有几欧姆。若测得阻值为无穷大,则说明该电子管的灯丝已断。
9.2.2.检测电子管是否衰老 通过用万用表测量电子管阴极的发射能力,即可判断出电子管是否衰老。检测时,可单独为电子管的灯丝提供工作电压(其余各极电压均不加),预热2min左右,用万用表R×100档,红表笔接电子管极阴,黑表笔接栅极(表内1.5V电池相当于给电子管加上正偏栅压),测量栅、阴极之间的电阻值。正常的电子管,栅、阴极之间的电阻值应小于3kΩ。若测得电子管栅、阴极之间的阻值大于3 kΩ,则说明该电子管已衰老。该电阻值越大,电子管的衰老程度越严重。
 
电子管使用注意事项
 
10.1.灯丝电压要保持额定值使用,一般允许变动范围为*5%钍钨阴极),过高或过低的灯丝电压都会影响电子管的寿命。
10.2.对强制冷却的电子管
10.3.对阳极为水冷的电子管,必须注意冷却水的流量,不能光凭水管上压力表的指示。当水流量达不到电子管要求的数值时,必须降低板耗使用,以使进出水温差 10℃为宜。接入灯丝电压,必须先启动冷却系统;而在灯兰(丝)电压关断后,作为冷却电子管的水和风仍需继续冷却十分钟,以驱散众热。
10.4.水冷阳极要掌握水的纯度。水中杂质多,阳极表面水垢沉积快。必须定期清除水垢。清洗水垢时可用10一30%的盐酸浸泡,严禁用金属利器刮削阳极表面。
10.5.发射管装入冷却凤道、水套或蒸发锅时,要小心、缓慢地进行。要特别注意防止碰撞管壳、封接处和玻璃突出部位。要保持电子管阳极与水套蒸发锅的同轴度,防止偏移。
10.6.紧固阳极法兰盘螺栓时,要防止工具碰坏管壳;要在对角方位上均匀而缓慢地放紧,不要用力过猛或旋得过死,防止法兰盘变形或橡皮垫移位。
10.7.电子管工作时,其阳流、栅流、板耗、栅耗均不得超过极限值。阳栅流比例要按照整机说明书规定的范围调节,过大或过小的阳、栅流比例会使阳、栅权损耗功率超过规定而损坏电子管。
10.8.备用的电子管半年以上要和设备上使用的电子管交替使用,防止在长期存放中使电子管真空度降低。
10.9.新启用的电子管上机时应进行老化处理。老化处理的方法如下:
10.9.1灯丝老炼:
半压: 10~15分钟,全压:30分钟(存放时间长于6个月则为1-2小时)
10.9.2静态高压老炼:
将电子管栅极引线摘下(即栅极悬空),阳极到隔直电容器的连线断开,然后从额定阳压的 0. 2- 0. 3倍逐步开始升压。老炼时以不超过极限板耗的 60%为限度,保持30min。如果冷却条件不声足规定值,则还应降低老炼时的板耗数值。
10.9.3动态老炼
恢复阳、栅极连线,使电子管在振荡状态逐步升到口压,最后达到额定值即可。如果在升压过程中,出现过流跳闸,则可降低阳压老炼 20min,然后以 500V为一档,每档停留 15- 20min,直工加到额定阳压,保持 30min即可
 
如何延长电子管放大器的寿命
 
自70年代电子管放大器复出重登音响舞台以来,已占有一定市场,但目前的电子管音响产品中,电子管引起的故障--包括欧美电子管在内,并不少见,使人产生一种电子管寿命短的看法,然而这却往往并非电子管本身的问题,而是电路设计存在缺陷和使用上的问题。须知品质良好的电子管,还得有正确设计的电路,充分的散热,周到的避震。
在使用上,电子管要有良好的通风散热,温度的过热必然缩短电子管寿命,所以要尽可能使电子管保持较低的温度。电子管怕振动,所以采取防震措施尽量避免振动也是很重要的。若做到这两点,电子管的使用寿命至少可提高一倍。为此,电子管设备的周围要有适当的空间,尤其是它的上方,以便有良好的对流通风,可能的话可用风扇帮助散热。
电子管阴极在尚未达到要求温度即加上高压电源时,它的阴极将受到损害,同样会缩短电子管寿命。所以电子管设备若有预热装置的话,一定要使用,例如先开灯丝低压电源预热,后开高压电源。假如没有预热装置,那你不要急着将输入信号接入,可将音量关到最小,待先开机20~30分钟进行温机再使用。如果使用旁热式整流管供给整机高压,那正好提供了简单又有效的高压延时。另外,在正常使用时,不要频繁开关电源。
当然,如果对电子管电路进行正确的设计,避免错误运用,就能使电子管不致"英年早逝",电子管使用数以千计的聆听时数应是正常的。电路设计中最常见的错误有电子管灯丝与阴极间的电位差过高、电子管屏极或帘栅极电压运用至最大值、电子管灯丝电压过低或过高、电子管安装位置不当造成电极过热及高压电源没有延时装置等。