阴极 电子管的基础知识详细解析

电子管是最早的电信号放大器件之一。阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极和封装在玻璃容器(通常为玻璃管)中的阳极(屏)引线焊接在管座上。利用电场将电子调制信号注入真空的控制栅，在阳极获得信号放大或反馈振荡后不同参数的信号数据。近年来逐渐被半导体材料制成的放大器和集成电路取代。但在一些高保真音响设备中，仍然使用低噪声、高稳定系数的电子管作为音频功放(香港人把电子管功放的使用称为“胆大的机器”)。

内部结构

1.电子管阴极

阴极是用来发射电子的部件，分为氧化物阴极和钍碳化钨阴极。一般来说，氧化物阴极是侧热式的，用特殊的灯丝加热涂有氧化钡的阴极体，放出热电子。使用寿命一般为1000 ~ 3000小时。钍碳化钨阴极一般为直接加热型，通过加热可以产生热离子发射，因此既是灯丝又是阴极。理论上，钍碳化钨阴极的寿命比氧化物阴极长得多，一般在2000 ~ 10000小时以上。钍碳化钨阴极在大功率发射管中应用最广泛，氧化物阴极一般用于输出功率1kW以下的发射管。

近年来，出现了许多网状阴极的大功率发射管。网状阴极由细钍钨丝制成圆柱形，其优点是:

1)因为是用很多钍钨丝做的，所以导电率大。

2)容易实现阴极与栅极之间的间隙更小，有利于提高跨导。

3)由于灯丝为网状结构，单根灯丝电流小，局部磁场弱，所以阴极电流产生的交流声也小。

2.电子管栅极

电子管的网格根据在管内的作用不同分为一个网格和两个网格，有时称为控制网格和幕帘网格。第一栅极的主要作用是控制阴极电流，第二栅极是屏蔽平板电极对第一栅极的影响。格栅结构关系到其机械强度和散热效果，关系到管道能否稳定工作。为了减少电子的渡越时间，栅-阴极间距很短，甚至小于1 mm，因此厂家往往采用机械强度高、导热率高、辐射系数好、熔点高的材料制作栅极，以避免极小间距的热碰撞。第一栅极和第二栅极应严格对齐，使屏幕栅极对电子的拦截很少，可以降低屏幕栅极消耗，提高电流分布增强线。

3.电子管阳极

阳极是收集阴极发射的大部分电子的电极。电子管工作时，由于电子管轰击平板电极表面和其他电极的热辐射，在平板电极处产生大量的热能。因为平板电极的耗散功率密度是每平方厘米几十瓦到几百瓦，对于这样大的功率密度，已经不能胜任使用自然辐射或传导冷却。因此，必须采用强制冷却。常用的有空冷、水冷、蒸发冷却等。

管状销

优点和缺点

由于其体积大、功耗高、发热严重、使用寿命短、功率利用效率低、结构脆弱、电源电压高的缺点，其大部分应用已经被固态器件晶体管所取代。优点:1。电子管负载能力强；2.其线性性能优于晶体管；4.它在高频大功率领域的工作特性优于晶体管，所以在某些地方(如大功率无线电发射设备、高频介质加热设备)仍然发挥着不可替代的作用。

种类

(1)按目的分类

电子管可分为电压放大管、功率放大管、充气管、闸流管、点火管、变频器、整流管、检测管、调谐指示管(电眼)、稳压管等。

(2)根据电极数量分类

电子管按电极数量可分为电压放大器、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。三极以上的电子管也叫多极管或多栅管。

(3)按形状分类

电子管可分为瓶状玻璃管(ST管)、“橡子”管、圆柱形玻璃管(GT管)、大玻璃管(G管)、金属瓷管、小管(又称花生管或指管、MT管)、塔管(灯塔管)、超小管(铅笔管)等。

(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、双极晶体管、双极晶体管、单三极管、功率五极、束四极、束五极、双一极、二极管-五极复合管、束四极管、三极管-五极复合管、三极管-六极复合管、三极管-七极复合管、束功率管等

(5)按阴极加热方式分类

根据阴极的加热方式，电子管可分为直热式阴极管(电流直接通过阴极使其达到热电子发射状态)和侧热式阴极管(通过阴极旁边的灯丝加热阴极)。

(6)屏蔽法分类

电子管按屏蔽方式可分为锐截止屏蔽电子管和远截止屏蔽电子管。

(7)冷却法分类

电子管按冷却方式可分为水冷电子管、风冷电子管和自然冷却电子管。

选择就业/使用

1.根据电子管的用途合理选择电子管的类型

电子管种类繁多，功能各异。选择时，应根据应用电路的具体要求(如电压放大器或功率放大器)选择合适的类型和型号。功率放大器中，电压放大管可以是*，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。动力输出管可以是KT88。EL34、300B、6650C等型号。

2.根据电路要求选择电子管的主要参数

使用电子管时，各电极的电压值(包括灯丝电压、屏电压、幕栅电压等。)应严格遵守产品手册中的规定。电子管类型的选择应根据应用电路的工作电压值和电流值来确定。所选电子管各极的电压值应与应用电路的工作电压值相同或相近，否则电子管的使用寿命会缩短。

使用中应注意的问题

1.电子管每极的电压应严格按顺序连接

即灯丝-偏压-正电压-幕栅电压-激励信号，停机时按相反顺序进行。电子管的灯丝，尤其是钍碳化钨灯丝，非常脆弱，频繁开关对灯丝的影响是致命的。灯丝的冷热阻值相差很大，会产生一定的电磁引力。大多数电子管在频繁开关时都会碰到电极。因此，最好是对灯丝逐步施加电压，这样有利于延长灯管的使用寿命。

2.灯丝电压应在额定值的允许误差范围内使用

一般允许范围为5%，如果能保持在1%以内，有利于延长使用寿命。氧化物阴极电子管灯丝电压高时，会加速氧化钡分解，缩短阴极寿命；灯丝电压低时，钡原子不能迅速扩散到阴极表面，会使阴极“中毒”，即电子管的发射能力无法恢复。当钍碳化钨灯丝阴极的灯丝电压偏高时，灯丝中的钍原子会迅速蒸发，从而缩短阴极寿命。灯丝电压偏低时，阴极会受到正离子轰击而失效。实践证明，使用DC灯丝电源的发射管灯丝，工作一段时间后，正负极性改变一次，可以使整个阴极均匀损耗，同时也改变了灯丝输入端接地的电解电容极性，有助于延长灯管的使用寿命。对于已知使用寿命的灯管，由于阴极发射不足，功率下降，因此可以适当提高灯丝电压和灯丝电流，以延长使用寿命。

3.存放电子管的仓库应干燥、无尘、防潮、防震、通风良好

不要放挥发性和腐蚀性物品。室温在+5℃~+35℃之间，相对湿度不超过80%。电子管应垂直放置，阳极朝下，电子管不应承重。贮存期一般不超过3年，以防真空度降低。电子管长期存放会在内部放出一些气体，降低管内的真空度，使用时要老化。电子管加50%灯丝电压10分钟~ 15分钟，然后加额定灯丝电压30分钟，再加偏压和50%额定阳极电压20分钟~ 30分钟，然后加阳极电压到额定值。这种老化过程可以延长管道的使用寿命。老化时电子管和灯丝的额定工作电压一般可以保持2小时以上，但这种方法不如灯丝的老化效果和上面的正压分级压力好。

4.安装前，检查电子管的外观。不应有气泡、油渍、裂纹和缺陷

对于任何机械损伤，金属零件不得生锈，陶瓷上的污渍可用酒精擦除；金属零件上的铁锈应先用砂纸擦掉，然后用酒精擦掉。检查绝缘电阻时，应使用万用表R×10K档进行检查。1KW以上的管道可用500VMΩ表检查，10KW以上的大功率管道可用1000VMΩ表检查。在安装过程中，要小心缓慢，避免应力振动造成损坏，并沿轴向垂直放置，以保持阳极的垂直同心度。各极应与腔体的弹簧接触良好，否则容易发生高压点火或管道运行不稳定。

5.在工作过程中，发射管的每个电极都应保持良好的通风和其他冷却

如果温度过高，电子管的使用寿命会降低，甚至损坏。对于风冷，注意风道的畅通和防尘；对于水冷系统和蒸发冷却，需要使用软化水或蒸馏水，水量要充足。不允许堵塞、漏气、漏水、漏气。经常检查变送器的工作状态，避免高频点火、机器失谐、寄生振荡等现象。，并尽量避免过大的电网电流，这可能会在短时间内损坏管道。

扩展方法

电子管放大器自70年代回归以来，占据了一定的市场。但是在电子管音响产品中，电子管引起的故障，包括欧美的电子管，并不少见，让人觉得电子管寿命短。然而，这往往不是电子管本身的问题，而是电路设计的缺陷和使用中的问题。需要注意的是，一个质量好的电子管，必须有一个设计正确的电路，足够的散热和周到的减震。

电子管在使用中要有良好的通风散热，温度过热必然会缩短电子管的使用寿命，所以要尽量保持电子管的温度低。电子管怕振动，采取防振措施尽量避免振动很重要。如果达到这两点，电子管的使用寿命至少可以延长一倍。所以电子管设备周围要有一个合适的空房间，尤其是上面，这样才能有良好的对流通风。如果可能，风扇可以用来帮助散热。

当高压电源在电子管阴极达到要求的温度之前施加到阴极上时，其阴极会被损坏，这也将缩短电子管的使用寿命。所以电子管设备如果有预热装置的话，一定要用，比如先打开灯丝低压电源预热，再慢慢施加高压电源。如果没有预热装置，不要急着接通输入信号，而是把音量调到最小，开机20 ~ 30分钟后再使用。如果用旁路整流管给整机提供高压，只是提供了简单有效的高压延时。此外，在正常使用过程中，不要频繁切换电源。

当然，电子管电路设计正确，避免错误使用，电子管就不会英年早逝。电子管用几千个听小时应该是正常的。电路设计中最常见的错误有:管灯丝与阴极电位差过高、管屏或幕栅最大电压、管空控制栅悬空、管灯丝电压过低或过高、管安装位置不当导致电极过热、高压电源无延时装置等。

检查

外观检查

1.观察试管顶部颜色正常的试管。顶部的颜色是银色或黑色。如果顶部已经变成乳白色或浅黑色，则意味着试管已经泄漏或老化。

2.观察管内是否有杂物，轻轻摇动或用手指轻弹玻璃灯泡，然后倒置几次，仔细观察管内是否有碎屑、白色氧化物、碎云母片等杂物。如果电子管内有杂物，说明电子管在中间发生了剧烈的振动，内部极间短路的可能性大。

用万用表检查

1.用万用表R×1测量灯丝电压，并测量电子管两个灯丝引脚的电阻值。正常值只有几欧姆。如果测得的电阻值是无穷大，说明管子的灯丝已经断了。

2.检查电子管是否老化用万用表测量电子管阴极的发射能力，可以判断电子管是否老化。检测时可为电子管灯丝单独提供工作电压(其他极电压不加)，预热2分钟左右，用万用表R×100档测量栅极与阴极之间的电阻值，红色探头接电子管阴极，黑色探头接栅极(表中1.5V电池相当于给电子管加正偏栅电压)。对于普通电子管，栅极和阴极之间的电阻应小于3ω。如果测得的电子管栅极和阴极之间的电阻大于3kω，说明电子管老化。电阻值越大，电子管老化程度越严重。

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