真空三極管

美國科學家德·福雷斯特（Lee de Forest，1873～1961）

        福雷斯特的真空三級管建立在前人發明的真空二極管的技術基礎之上。1904年，英國倫敦大學的弗萊明發明了真空二極管（Vacuum Diode Tube）。真空二極管只能單向導電，可以對交流電流進行整流，或者對信號進行檢波，但是它不能對信號進行放大。沒有能夠放大信號的器件，電子技術就無法繼續發展。

弗萊明發明的真空二極管

      為了提高真空二極管檢波靈敏度，福雷斯特在玻璃管內添加了一種柵欄式的金屬網，形成電子管的第三個極。他驚訝地看到，這個“柵極”仿佛就像百葉窗，能控制陰極與屏極之間的電子流；只要柵極有微弱電流通過，就可在屏極上獲得較大的電流，而且波形與柵極電流完全一致。也就是說，在弗萊明的真空二極管中增加了一個電極，就成了能夠起放大作用的新器件，他把這個新器件命名為三極管（Triode）。      

真空三極管原理

        真空三極管除了可以處于“放大”狀態外，還可分別處于“飽和”與“截止”狀態。“飽和”即從陰極（或者叫發射極，emitter）到屏極（evelope）的電流完全導通，相當于開關開啟；“截止”即從陰極到屏極沒有電流流過，相當于開關關閉。兩種狀態可以通過調整柵極上的電壓進行控制。因此真空三極管可以充當開關器件，其速度要比繼電器快成千上萬倍。

        在福雷斯特真空三極管研究成功之后，經過改進還制成了真空四極管（Tetrode）和真空五極管(Pentode)等，它們和真空二極管和真空三極管一起統稱為電子管。      

各種各樣的電子管

      真空三極管為計算機的誕生鋪平了道路，在世界上第一臺電子計算機ENIAC里面，電子管是其 基本的元件了。電子管龐大的身軀和巨大的耗電量是兩個致命的缺陷，所以會被小巧玲瓏的半導體器件取代。但在模擬電路中，電子管的高保真放大特性仍然讓與晶體管和集成電路相形見絀。直到今天，以電子管為核心器件的膽機仍是音響發燒友所追逐的目標。就在幾年前，我們還可以在發燒主板上看到電子管的蹤跡。

帶有雙三級管的Aopen發燒級主板AX4B-533 Tube（2002年9月）

       福雷斯特自小就喜歡動手，搞了許多的小制作、小發明，參加工作以后更成為多產的發明家，一生獲得了多達300余項專利。在福雷斯特的所有發明中，就數真空三極管發明的影響 大，它不僅成為真空電子學的開端，也是電子學歷史的開端，推進了人類文明的進程。

       在真空三級管百年誕辰之際，我們這些電子設計為生的工程師們，是否可以從真空三極管的發明中獲得一些啟示呢？

PS：與真空管一樣，CRT顯示器的顯示管也是一種電真空器件，為了防止燈絲在高溫下氧化而燃燒，必須把里面的空氣抽干凈。白熾燈、日光里面充入惰性氣體，也是為了避免燈絲快速氧化。