真空管

一切由電子開始談起 。 電子元件本來(lái)就是一項(xiàng)專精的電子物理學(xué)，利用材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)上的特性，對(duì)電形成不同的反應(yīng)。例如，利用兩片緊貼但不接觸的金屬 薄板，就可以形成電容；利用以硅為主的材質(zhì)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)闹瞥蹋�就可以變成半�?dǎo)體如二極體、電晶體以及IC等；將銅線以絕緣漆封裝形成漆包線，將漆包線卷起來(lái)就形成電感、加入鐵芯則成為變壓器、并接在一起就是李玆線。還有其他諸多電子元件，其實(shí)都是架構(gòu)在基礎(chǔ)物理現(xiàn)象上的精巧設(shè)計(jì)。

真空管當(dāng)然不是無(wú)緣無(wú)故做幾片金屬板封裝在抽真空的玻璃瓶里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，它的發(fā)展與發(fā)明大王愛(ài)迪生有著一段故事。

電流與電子流動(dòng)的方向恰巧相反

在此之前試問(wèn)一個(gè)小問(wèn)題：電路分析上“電流”的方向與實(shí)際上“電子”流動(dòng)的方向是否相同？答案是否定的，電流與電子流的方向是恰巧相反的。過(guò)去的科學(xué)家無(wú)法觀察電子流動(dòng)的方向，于是統(tǒng)一說(shuō)法，將電池的某一極設(shè)定為正極，其電壓為正電壓，電流由正極流至負(fù)極而形成一個(gè)封閉的回路。由于大家統(tǒng)一說(shuō)法與作法，因此多年來(lái)并沒(méi)有發(fā)生任何沖突之事，直到了近代科學(xué)家有了更精良的設(shè)備，觀察之后遂推翻了之前的說(shuō)法：“原來(lái)電子是由電池的負(fù)端流出來(lái)的”�。〒Q言之，電子是從擴(kuò)大機(jī)的喇叭負(fù)端流出，而從喇叭正端回流的）

身為使用者并不需要在意何者為真，只要按照科學(xué)家的結(jié)論行事就可以了。說(shuō)這一段就是因?yàn)楫?dāng)初愛(ài)迪生發(fā)明燈泡之后，發(fā)現(xiàn)他生產(chǎn)的燈泡燈絲老是從正極端燒斷，于是進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)在燈泡中加入一塊小金屬板，點(diǎn)燈之后將金屬板連接電表，分別施以正電壓以及負(fù)電壓，觀察電流的情形。 對(duì)于當(dāng)時(shí)的科學(xué)而言，位于真空狀態(tài)下且不連接的金屬板，不論如何連接是不可能產(chǎn)生電流的，但怪事發(fā)生了，愛(ài)迪生發(fā)現(xiàn)某種物質(zhì)（其實(shí)就是電子）會(huì)透過(guò)金屬板，會(huì)從電池的負(fù)極騰空“跳”到正極，此發(fā)現(xiàn)當(dāng)然激起更大的實(shí)驗(yàn)動(dòng)機(jī)，此現(xiàn)象便稱為“愛(ài)迪生效應(yīng)”。這也是科學(xué)家首次質(zhì)疑電流流動(dòng)的方向，以及自由電子在空間中流動(dòng)的現(xiàn)象。

金屬之所以能導(dǎo)電，就是因?yàn)榻饘俚淖杂呻娮虞^多，便于電子的相互流動(dòng)，因此電子材料必須由導(dǎo)電性佳的 材質(zhì)制成。電子還有個(gè)特性，帶負(fù)電的電子容易受到正電壓的吸引，所謂同性相斥、異性

相吸。又從愛(ài)迪生效應(yīng)中得知，當(dāng)加熱金屬物質(zhì)時(shí)，活躍于質(zhì)子外圍的自由電子容易產(chǎn)生游離現(xiàn)象，溫度高導(dǎo)致電子活性增強(qiáng)，此時(shí)若空間中有一正電壓強(qiáng)力吸引，游離的電子就會(huì)在空間中流動(dòng)�；�于這幾個(gè)當(dāng)時(shí)已被了解的知識(shí)，佛來(lái)明（J.A. Fleming）于1904年制造出第一支二極真空管，德福雷斯特（De Forest Lee）將二極管加以改良，于1907年制造出第一支三極管，既然成功研發(fā)了三極管，真空管的應(yīng)用開始實(shí)現(xiàn)，真空管的發(fā)展從此一日千里。

三極管是最基本的真空管

二極管、三極管、五極管，從字面意義代表真空管內(nèi)部基本“極”的數(shù)量。真空管擁有三個(gè)最基本的極，第一是“陰極”（Cathode，以K代表）：陰極當(dāng)然是陰性的，它是釋放出電子流的地方，它可以是一塊金屬板或是燈絲本身，當(dāng)燈絲加熱金屬板時(shí)，電子就會(huì)游離而出，散布在小小的真空玻璃瓶里。第二個(gè)極是“屏極”（Plate，以P代表），基本上它是真空管最外圍的金屬板，眼睛見(jiàn)到真空管最外層深灰色或黑色的金屬板，通常就是屏極。屏極連接正電壓，它負(fù)責(zé)吸引從陰極散發(fā)出來(lái)的電子（還記得嗎？利用異性相吸的原理），作為電子游離旅行的終點(diǎn)。第三個(gè)極為“柵極”（Grid，以G代表），從構(gòu)造看來(lái)，它猶如一圈圈的細(xì)線圈，就如同柵欄一般，固定在陰極與屏極之間，電子流必須通過(guò)柵極而到屏極，在柵極之間通電壓，可以控制電子的流量，它的作用就如同一個(gè)水龍頭一般，具有流通與阻擋的功能。

真空管光有三個(gè)極當(dāng)然還不算完美，也因此后來(lái)的真空管不斷改進(jìn)，在結(jié)構(gòu)上也有了許多的改進(jìn)之道，以配合不同的放大方式（如超線性接法等），但該部份的內(nèi)容已經(jīng)脫離本文，暫不詳述。

引擎運(yùn)轉(zhuǎn)必須要有燃料，真空管的動(dòng)作動(dòng)力為電能。真空管的電極當(dāng)中，最重要的應(yīng)屬陰極，它負(fù)責(zé)將電子釋放出來(lái)，作為一切動(dòng)作的基本。最早的真空管由于構(gòu)造及理論簡(jiǎn)單，直接將燈絲充當(dāng)陰極使用，換句話說(shuō)，當(dāng)燈絲點(diǎn)亮?xí)r，由于燈絲溫度提高，電子就從燈絲釋放出來(lái)，經(jīng)過(guò)柵極直奔屏極。這種真空管就叫做“直熱式真空管”，這次專題的主角300B，就是屬于這類型的真空管，相較于其他現(xiàn)代化的五極真空管，300B的構(gòu)造簡(jiǎn)單，性能好，輸出功率也低。

燈絲（Filament）可以使用不同的材質(zhì)制成，由于直熱式三極管直接將燈絲當(dāng)作陰極，因此燈絲的特性直接影響著直熱式真空管的性能�；�本上，真空管的燈絲主要可分成三種材質(zhì)構(gòu)成，第一 種當(dāng)然是耐高溫的鎢絲。將純度高的鎢絲抽成細(xì)絲，卷繞成狀在真空管的最內(nèi)層，通電之后即可發(fā)出溫度。但鎢絲必須加溫到兩千余度時(shí)，電子才能發(fā)散，因此以鎢絲制成燈絲的真空管點(diǎn)燃時(shí)，會(huì)發(fā)出光輝耀眼的亮度，同時(shí)溫度高得嚇人。別意外，不是真空管要燒掉了，而是它本如此！但將鎢絲點(diǎn)亮需要消耗較大的電力，唯一的優(yōu)點(diǎn)是鎢絲甚為耐用，普遍運(yùn)用于較大功率或長(zhǎng)壽命的真空管上。筆者經(jīng)常聽到人說(shuō)：“那支真空管點(diǎn)起來(lái)那么亮，一定兩三下就掛點(diǎn)了”。其實(shí)并不然，在某些情況下這種真空管的壽命可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，拿來(lái)當(dāng)作家里的燈泡，既耐用又有裝飾的作用，一舉數(shù)得！

另一種燈絲采用釷鎢合金，它只需將燈絲加溫至千余度即可工作，相較之下較省電力。最常使用的應(yīng)為氧化堿土燈絲，它的作法是在燈絲外，涂上一層厚厚的氧化堿土，看起來(lái)接近白灰色的物質(zhì)，它只需要加溫至約700度（看起來(lái)約暗紅色），即可獲得足量的電子，因此工作溫度最低、也最節(jié)省電力，一般而言只須供應(yīng)6.3V左右的直流，就可以正常工作。

直熱式真空管當(dāng)然有它天生的優(yōu)點(diǎn)，但卻有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，那就是陰極容易受到燈絲的溫度而改變特性。當(dāng)燈絲電壓變動(dòng)時(shí)，或以交流電供應(yīng)燈絲時(shí)，陰極呈現(xiàn)在不穩(wěn)定的狀態(tài)下。因此有人主張直熱式真空管應(yīng)采用直流供電，也有人強(qiáng)調(diào)必須以交流供電以免損傷陰極，這種爭(zhēng)論過(guò)去在音響界早已成為一個(gè)爭(zhēng)論不休的話題。筆者無(wú)意在此引起話題，反正各方堅(jiān)持各有道理，只要聽起來(lái)沒(méi)問(wèn)題，管子耐用好聽就行了。如果您有研究上的心得，筆者相當(dāng)樂(lè)于接受。