真空管概述

“真空管”(Vacuum Tube)，代表玻璃瓶内部抽真空，以利于游离电子的流动，也可有效降低灯丝的氧化损耗。真空管被广泛运用于生活中的各个角落。

一切由电子开始谈起 。电子元件本来就是一项专精的电子物理学，利用材质以及结构上的特性，对电形成不同的反应。例如，利用两片紧贴但不接触的金属 薄板，就可以形成电容;利用以硅为主的材质，经过适当的制程，就可以变成半导体如二极体、电晶体以及IC等;将铜线以绝缘漆封装形成漆包线，将漆包线卷起来就形成电感、加入铁芯则成为变压器、并接在一起就是李玆线。还有其他诸多电子元件，其实都是架构在基础物理现象上的精巧设计。

真空管当然不是无缘无故做几片金属板封装在抽真空的玻璃瓶里进行实验的，它的发展与发明大王爱迪生有着一段故事。电流与电子流动的方向恰巧相反在此之前试问一个小问题：电路分析上“电流”的方向与实际上“电子”流动的方向是否相同?答案是否，电流与电子流的方向是恰巧相反的。过去的科学家无法观察电子流动的方向，于是统一说法，将电池的某一极设定为正极，其电压为正电压，电流由正极流至负极而形成一个封闭的回路。由于大家统一说法与作法，因此多年来并没有发生任何冲突之事，直到了近代科学家有了更精良的设备，观察之后遂推翻了之前的说法：“原来电子是由电池的负端流出来的”!(换言之，电子是从扩大机的喇叭负端流出，而从喇叭正端回流的)。

身为使用者并不需要在意何者为真，只要按照科学家的结论行事就可以了。说这一段就是因为当初爱迪生发明灯泡之后，发现他生产的灯泡灯丝老是从正极端烧断，于是进一步实验在灯泡中加入一块小金属板，点灯之后将金属板连接电表，分别施以正电压以及负电压，观察电流的情形。对于当时的科学而言，位于真空状态下且不连接的金属板，不论如何连接是不可能产生电流的，但怪事发生了，爱迪生发现某种物质(其实就是电子)会透过金属板，会从电池的负极腾空“跳”到正极，此发现当然激起更大的实验动机，此现象便称为“爱迪生效应”。这也是科学家首次质疑电流流动的方向，以及自由电子在空间中流动的现象。

金属之所以能导电，就是因为金属的自由电子较多，便于电子的相互流动，因此电子材料必须由导电性佳的材质制成。电子还有个特性，带负电的电子容易受到正电压的吸引，所谓同性相斥、异性相吸。又从爱迪生效应中得知，当加热金属物质时，活跃于质子外围的自由电子容易产生游离现象，温度高导致电子活性增强，此时若空间中有一正电压强力吸引，游离的电子就会在空间中流动。基于这几个当时已被了解的知识，佛来明(J.A. Fleming)于1904年制造出第一支二极真空管，德福雷斯特(De Forest Lee)将二极管加以改良，于1907年制造出第一支三极管，既然成功研发了三极管，真空管的应用开始实现，真空管的发展从此一日千里。

三极管是最基本的真空管二极管、三极管、五极管，从字面意义代表真空管内部基本“极”的数量。真空管拥有三个最基本的极，第一是“阴极”(Cathode，以K代表)：阴极当然是阴性的，它是释放出电子流的地方，它可以是一块金属板或是灯丝本身，当灯丝加热金属板时，电子就会游离而出，散布在小小的真空玻璃瓶里。第二个极是“屏极”(Plate，以P代表)，基本上它是真空管最外围的金属板，眼睛见到真空管最外层深灰色或黑色的金属板，通常就是屏极。屏极连接正电压，它负责吸引从阴极散发出来的电子(还记得吗?利用异性相吸的原理)，作为电子游离旅行的终点。第三个极为“栅极”(Grid，以G代表)，从构造看来，它犹如一圈圈的细线圈，就如同栅栏一般，固定在阴极与屏极之间，电子流必须通过栅极而到屏极，在栅极之间通电压，可以控制电子的流量，它的作用就如同一个水龙头一般，具有流通与阻挡的功能。真空管光有三个极当然还不算完美，也因此后来的真空管不断改进，在结构上也有了许多的改进之道，以配合不同的放大方式(如超线性接法等)，但该部份的内容已经脱离本文，暂不详述。