电子管的原理（电子管的原理和应用有哪些）
翻译几段德国的实验物理教材（Bergmann Schaefer Lehrbuch der Experimentalphysik 第二卷，电磁学），讲解了电子管的原理。
第四章 4.3.5节 交流电到直流电的转换
使用电子管（第 11.2 节）创建了一种新的整流方法。根据熔入玻璃灯泡中的 2、3 或 5 个金属电极的数量，这些管子被称为二极管、三极管或五极管。具有加热阴极和非加热阳极的二极管只允许电子从阴极流到阳极，因此是非常好的整流器。“二极管”这个名字已经成为“整流器”的同义词。现代半导体整流器也称为二极管。
第五章 5.1.2节 无衰减振荡
在实验物理中，你常常无需理解设备的运行原理就能使用设备，但是这样是不能令人满足的。不过如果你通过一个例子了解一点点它内部的样子，就更容易接受一个“黑盒”。因此，这里就来讲解电子三极管放大器，这是很容易理解的，也是历史上非常重要的。
电子管放大器。在20世纪上半叶通信技术的快速发展主要是基于放大管的发展（图5.7a）。放大管由真空的玻璃管和（最简单的情况下）三个电极构成，玻璃管中熔有电引线：
玻璃灯泡的底座包含电引线。三极管在电路中符号如图 5.7b。
所有电压都是相对于阴极而言的。阳极是正电压， UaU_a 是100-200V；栅极是负电压，UgU_g 是负的几个伏特。只要 UgU_g 大约在-1 V甚至更多，阴极逸出的电子（发射电流 IeI_e ）就不能靠它们的热能逆着栅极电势通过（ IgI_g =0）。但是如果 UgU_g 负得不是太多，阴极的电子可以通过栅网的间隔，达到阳极，因为栅网间隔中的电势比 UgU_g 要正一些（负得少一些）。
栅极电压对于电势分布的影响，可以用一个二维的橡胶模模型来演示。电极之间的势能分布 φe(x,y)\varphi_e(x,y) 位于水平xy平面，可以表示如下：构造一个电极的放大了的模型，其竖直z方向的高度对应于势能负的程度；阴极因此比阳极要更高。然后一个橡胶模在电极上绷紧（图5.8）。膜的倾斜程度对应于局部的电场强度。一个很小的钢球，其重量不会使膜凹陷，从阴极以零速度释放。球在膜上的滚动轨迹对应于电子在电子管中的运动轨迹。我们忽略空间电荷。
栅极区域的电势分布对于放大器的运行很重要，这分布对应于图5.8a所示：栅网的网条比阴极更负一些，因此那些从阴极出来的热能小于0.5eV的电子无法达到栅网。另一方面，网条之间间隔处的电势比阴极更正一些，因此部分电子可以通过，并流向阳极，而另一部分被推回到阴极。到达阳极的电子电流可以通过改变栅极电势来控制。如果 UgU_g 负得更多，电子能通过的栅网间隔之前的区域就缩小了；大部分电子被推回去，在阴极前形成一个负的空间电荷区域，这减少了电子的逸出。阳极电流 IaI_a 就变小了，它总是等于逸出电流 IeI_e 的。只有当 UgU_g 是正的时候，大部分的电子才能通过栅极。
如果一个微小的交流电压叠加在负的栅极直流电压上，在阳极电流中就会产生很大的变化，这变化的波形形状几乎和栅极电压的变化相同（图5.9）。为了放大时尽可能地不产生扭曲，我们在栅极负电压低于-1V的线性特征区域工作。这就是所谓的空间电荷范围，这个范围中阴极前面的负空间电荷限制了发射电流。在正栅极电压的情况下，发射电流 IeI_e 会很快达到饱和区域，这时电流就只依赖于阴极的大小和温度了。
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整流二极管早在 1904 年就存在了，发明放大器三极管的决定性步骤是引入了栅极。 1906 年，奥地利的 Robert von Lieben (1878-1913) 和美国的 Lee de Forest (1873-1961) 几乎同时进行了这方面的第一次尝试。 1911 年，德律风根 (Telefunken，西门子的合资公司) 的奥托·冯·布朗克 (Otto von Bronk) (1872-1951)发明了电子管的高频放大技术。A. Meissner (1883-1958)，也与 Telefunken 合作，于 1913 年实现了反馈和自激励（self-excitation）；英国和美国也有类似的独立发展。
……
在20世纪下半叶，具有可控电导率的半导体（晶体管，第 9.3.2 节）几乎完全取代了电子管。晶体管的主要优点是不需要进行阴极加热和相应的冷却（！）、具有抗断裂性、尺寸小和大规模生产廉价。今天，电子管仅用于需要非常高的输出的场景。
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