为什么电子管的出现具有划时代意义？

aouhifi · 发表于 2010-1-5 08:41:15

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1906年，一位穷困潦倒的美国发明家德弗雷斯特，在尝试研制一种用于无线电检波的电管时，突发奇想，在管中加了一根金属丝。

然而，就是这根小小的金属丝，竟影响到20世纪电子技术的发展进程，因为德福雷特斯发现了电子管的放大作用，从而有了真空三极管的发明。真空三极管使人类第一次实现了电信号的放大，为无线电话通信奠定了基础。当年，德福雷特斯曾自豪地宣称：“我发明了空中帝国的王冠。”德弗雷斯特所说的“空中国”指的是无线电，而王冠就是真空三极管。它的出现，也真正标志着人类科技史进入了一个新的时代——电子时代。

小时候，德弗雷斯特的理想是长大后做一名机械技师。但很快，他就被19世纪末的科技的飞速发展所激励。1893年，德弗雷斯特获得了耶鲁大学谢菲尔德理学院的奖学金，进入大学学习。在学校里，班上的同学都把它看成是“学校里最平庸、最神经质的学生”。由于奖学金很少，他不得不经常打工赚钱。就在这一年，他参观了芝加哥世界博览会。

当时，在大名鼎鼎的爱迪生和初出茅庐的青年电学工程师特斯拉之间，爆发了一场关于交流电和直流电优劣之争的论战。在这界博览会上，特斯拉只用了12台交流发电机，就使会场上9万只五颜六色的电灯大放异彩。这场竞赛最后以交流电的胜利而告终，它也给德弗雷斯特留下了深刻的印象，使他对电学产生了超乎寻常的兴趣，决心把电学作为自己的终生奋斗目标。1899年，德弗雷斯特获得了物理学博士学位。

一次改变人生的会面也发生在1899年的秋天。德弗雷斯特在一本杂志上曾读到介绍无线电收发报机的发明人马可尼的文章，对他非常钦佩。就在这一年，马可尼应邀来到美国纽约参加一年一度的国际快艇比赛，用他的无线电装置报道快艇比赛的实况。在5个小时的比赛中，马可尼向报社发去四千多字的新闻报道。

为了满足观众的好奇，马可尼又在港口为公众做了一次现场表演。对马可尼的无线电装置十分着迷的德弗雷斯特，自然也在围观的人群中。等马可尼表演结束，德弗雷斯特还恋恋不舍，盯着收报机要看个究意。马可尼对德弗雷斯特的一举一动很感兴趣，主动地问起他是不是也在从事无线电研究。德弗雷斯特谈起自己很想在这方面做出成绩，苦于没有结果，还向马可尼请教了无线电技术中的一些难题，马可尼都一一作了解答。他还告诉德弗雷斯特，要提高接收机的灵敏度，关键是革新现在用的金属屑检波器。但究竟应该怎样改，他自己也没有想出好办法。

与马可尼的会面，给德弗福斯特留下了深刻的印象，他兴奋极了，相信只要付出努力，很可能新的检波器就会在他的手中诞生。他很快辞去了芝加哥西方电器公司研究所的工作，在纽约泰晤士街租了一间破旧的小屋，开始他的改进检波器的研究。没有了正常的经济收入，就去饭店打工，给人家当家庭教师，来维持自己的生活。为了做检波试验，他节衣缩食，省下钱来购买无线电器材。尽管艰辛，但都没能动摇他的信心和决心。

到了1900年底，在一个严冬的夜晚，在简陋的屋内摊放着实验器材，德弗福斯特将两个自制的电瓶，与一个线圈、电键联成发射机。只要按动电键，线圈就接通电源，发出火花，辐射出电磁信号。在桌子另一头，放着一个接收机，就是将金属屑检波器连到一个电流计上构成的。但是，他一次次地更换金属屑，总见不到电流计指针有明显的变化。这天，当他一面按着电键，一面观察检波器的反应时，他突然发现头顶上的灯光一明一暗地在闪烁。开始，他认为是窗外刮风引起的。但再仔细观察，他发现灯光明暗变化很有规律，似乎同电键的按动有关。德弗福斯特反复按动着电键，煤气灯的火焰不停地闪烁着，他突然闪过一个念头：能不能利用这个现象来搞无线电检波呢？

经过3年的反复试验，他研制成功一种“气体检波器”，并在船只的无线电通信中取得成功。但由于检波效率不高，使用起来也不方便，德弗福斯特并没有满足。他进而从火焰检波中得到启示：既然炽热的火焰能受电磁波的影响，那么，灯泡中炽热的灯丝也应当会有这种影响。于是，他到了用“灯泡”来检测无线电波，开始了真空电子管的研制。

可就在德弗福斯特的研究步步深入时，1904年的一天，却传来了弗莱明已经发明真空二极管的消息。对他来说，这仿佛是一个晴天霹雳，经过短暂的犹豫和思想斗争，他决定继续沿着这一方向探索下去。他找来介绍弗莱明发明真空二极管的报刊和文章，一遍遍研读，终于找到了突破口。他发现，弗莱明的二极管虽比金属屑检波器前进了一步，但它只能用于整波和检波，还不能放大电信号。于是，德弗雷斯特决心通过改进弗莱明的真空二极管，做出新的发明。

电子管功率放大机

他请灯泡厂的技师帮忙，制作了几个真空管，用白金丝作灯丝，再在灯丝附近装了一小块金属屏。德弗雷斯特把它装在无线电接收机上代替老式的金属屑检波器，果然效果很好。接着，他又在真空管里封进一片锡箔，把它安置在灯丝与金属屏之间，成为第三个电极。再一试，奇迹出现了：只要在这第三极上加个不大的信号，金属屏上的电流就起变化，而且变化的规律同所加的信号一致。他马上意识到，这是一个不寻常的电极，它能控制屏极的电流，只要屏极的电流变化比信号的变化大，就说明这信号被放大了。

德弗雷斯特不急于公布他的发现，而是继续他的试验，用改变这小锡箔的形状和在两极之间的位置作试验，提高控制的灵敏度。最后发现，用金属丝代替小锡箱，效果最好。于是他用一根白金丝绕成网状，封装在灯丝与金属屏之间。由于三极管的控制极像一个网栅，德弗雷斯特把它叫做“栅极”。于是，他的电子管就有了三个“极”——丝极(阴极)、屏极(阳极)和栅极。其中，栅极像一个非常灵敏的控制闸，按照施加信号的变化，有规律地改变着屏极电流的大小。真空三极管的屏极电流比栅极电流大多，因此微小的电信号经过真空三极管就放大了许多倍。

一种具有划时代意义的电子管——世界上第一个真空三极管，就这样诞生了。1906年6月26日，德弗雷斯特向美国专利局申报了真空三极管的发明专利。后人把这一天当作真空三极管的诞生日。

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