電子管（Vacuum Tube）又稱真空管，是一種最早期的電信號放大器件。電子管除應用于電話放大器、海上和空中通訊外，也廣泛滲透到家庭娛樂領域。
1904年，英國物理學家弗萊明創造出了世界上第一只電子管，標志著世界從此進入了電子時代。僅僅經過數十年的發展，到了1960年前后，西方國家的無線電工業已經能夠做到年產10億只無線電電子管。此時電子管被應用于無線通訊的中轉站、音樂的播放器的功放、軍事領域中的微型行波管、航空航天領域中的雷達等。
電子管通過利用燈絲對陰極加熱后，陰極表面電子溢出產生電子云，電子云在屏極高壓電場作用下向屏極運動。被封閉在玻璃容器（一般為玻璃管）中的陰極電子發射部分、控制柵極、加速柵極、陽極（屏極）引線被焊在管基上。利用電場對真空中的控制柵極注入電子調制信號，并在陽極獲得對信號放大或反饋振蕩后的不同參數信號數據。其主要結構包括柵極、陰極和陽極三部分。通常按照內部結構的不同可分為二極管、三極管、四極管等多種類型。
歷史沿革
1883年，發明大王托馬斯·愛迪生在一次實驗中觀察到一個奇怪的現象，當時，他正在進行燈絲（碳絲）的壽命測試，他在真空電燈泡內部碳絲附近安裝了一小截銅絲，但銅絲并沒有接在任何電極上。也就是說，銅絲沒有通電。碳絲正常通電后，開始發光發熱。過了一會，愛迪生斷開電源。他無意中發現，銅絲上竟然也產生了電流。當時的他并沒有辦法解釋這種現象，但卻給它命名為“愛迪生效應”。1897年，英國物理學家約瑟夫·約翰·湯姆生（Joseph John Thomson）發現了電子，人們才明白愛迪生效應是一種熱電子發射現象（Thermionic emission）。
1904年，英國物理學家約翰·弗萊明（John Ambrose Fleming）利用托馬斯·愛迪生效應發明了電子管（或真空管），結構和愛迪生的燈泡類似，因為有兩個電極（涌出電子的燈絲為陰極，接收電子的金屬片為陽極）而被稱為電子二極管（或真空二極管），這使得愛迪生效應具有了實用技巧，因此弗萊明獲得了這項發明的專利權。人類第一只電子管的誕生，標志著世界從此進入了電子時代。
1906年，美國發明家李·德福雷斯特（Lee de Forest）通過在二極管的燈絲和金屬片陰陽兩極之間增加一個電極——一根波浪形的金屬絲，發明了電子三極管。后來金屬絲被改成金屬網，故稱柵極。柵極的表現與陽極十分類似，其作用取決于它和陰極之間的電壓差。當施加在柵極上的電壓比陰極低時，從陰極發射的部分電子將受到阻礙而無法到達陽極，柵極上的電壓比陰極低得越多，這種阻礙效應就越大，直至完全阻隔；反之，當柵極上的電壓比陰極高時，它反而開始吸引電子，助陰極一臂之力將更多電子傳到陽極。結果是，稍微改變一下柵極上的電壓，就可以對陽極上的電壓產生很大影響，因而三極管常用作無線電通信中的信號放大器。
1945 年，貝爾實驗室開始對包括硅和鍺在內的幾種新材料進行研究，探索其潛在應用前景。一個專門的“半導體小組”成立了，威廉·肖克利 (William Shockley) 擔任組長，成員包括約翰·巴丁 (John Bardeen) 和沃爾特·布拉頓 (Walter Brattain)。在1947年，實現了第一個半導體晶體管，也就是基于鍺半導體的具有放大功能的點接觸式晶體管。
晶體管是電子管的發展與延續隨著電子管科技的發展，人們對生產的機械在體積上向體積越來越小的方向發展，由于電子管的體積大，而且在移動過程中容易損壞，越來越多的表現出其的弊端，于是人們開始尋找和開發電子管的可替代產品。隨著后來的晶體管的出現，已越來越多的機械不再使用電子管。晶體管的出現是人類在電子方面一個大的飛躍。
時間來到1960年前后，此時西方國家的無線電工業已經能夠做到年產10億只無線電電子管。電子管除應用于電話放大器、海上和空中通訊外，也廣泛應用于廣播電視領域，將新聞、教育節目、文藝和音樂播送到千家萬戶。繼三極電子管以后，又出現了四極管、五極管、六極管、七極管，更多極的電子管和復合管，形成了包括收信管、發射管、低頻管、高頻管、微波管和超小型管等系列。
但當前電子管并未完全被淘汰，其在音樂、工業、軍事、醫療、航空航天等領域還是有少量應用的。比如用電子管制成的音樂外放，聲音溫暖耐聽，音樂感好，氛圍好的特點。在某些型號的戰機電子系統的組成中也是重要的組成部分。
組成結構
常用的電子管有二極管、三極管、束射四極管和五極管等幾種主要類型。它們都具有發射電子的陰極和收集電子的陽極，還有一個柵極或幾個柵極不等(二極管除外)，這些電極常常是圓柱形的結構，安置成同軸系統，陰極位于中心，陽極包圍在其他電極之外。除了電極之外，還有許多附屬零件。這些共同組成了一個完整的電子管系統。。
陰極
陰極是用來放射電子的部件，分為氧化物陰極和碳化釷鎢陰極。一般來說氧化物陰極是旁熱式的，它是利用專門的燈絲對涂有氧化鋇等陰極體加熱，進行熱電子放射。壽命一般在1000~3000小時。碳化釷鎢陰極一般都是直熱式的，通過加熱即可產生熱電子放射，所以它既是燈絲又是陰極。理論上碳化釷鎢陰極比氧化物陰極壽命長得多，一般在2000~10000小時以上。近年來采用網狀陰極的大功率發射管較多。網狀陰極是用較細的釷鎢絲做成圓筒狀，其優點是導流系數較大、易于實現較小的陰柵間距，有利于提高跨導。
陽極
陽極是收集陰極發射出來的大部分電子的電極。電子管工作時，由于電子管轟擊板極表面，以及其它電極的熱輻射，在板極產生大量熱能，因其板極的耗散功率密度是每平方厘米幾十瓦到幾百瓦，這樣大的功率密度采用自然輻射或傳導的冷卻已不能勝任。故須采用強制冷卻方式。常用的有風冷、水冷和蒸發冷卻等。
柵極
電子管的柵極根據它們在管中所起的作用不同分為一柵、二柵，有時也稱為控制柵、簾柵。第一柵的主要作用是控制陰極電流，二柵的作用是屏蔽板極對第一柵的影響。柵極結構關系到本身的機械強度和散熱效果，關系到管子可否穩定工作。為了減小電子的渡越時間，柵陰間距做的很短甚至不到1mm，因此廠商多采用機械強度高、導熱系數高、輻射系數好以及熔點高的材料來做柵極，以避免在很小的間距下發生熱碰極。
管殼和管腳
殘留在電子管內的氣體必須非常稀薄，達到所謂高真空的程度，高度真空是保證陰極發射能力不受損害和電子在管內正常運動的必要條件，要保持高度真空必須有密封的管殼。 一般電子管都采用玻璃和金屬的外殼，電極引線由玻璃芯柱部分引出。小型的電子管采用平底玻璃殼，電極直接從平底引出。
工作原理
電子管，是一種最早期的電信號放大器件。其工作原理大概如下：當燈絲加電后，燈絲溫度逐漸升高，雖然是真空狀態，但燈絲（旁熱式）溫度以輻射熱的方式傳導至陰極金屬板上，等到陰極金屬板溫度升高，表面電子的動能克服了逸出功時，熱電子就會從金屬板飛奔而出，在金屬表面形成一層動態的電子云。因為電子是帶負電的，在屏極加上正電壓，電子就會受到吸引而朝屏極金屬板飛過去，穿過柵極而形成一電子流。柵極猶如一個開關，當柵極不帶電時，電子流會穩定的穿過柵極到達屏極，而且有一部分電子打在柵極上，當在柵極上加入正電壓，對于電子是吸引作用，可以增強電子流動的速度與動力，而且更多的電子打在柵極上被柵極吸收形成柵流，剩余的電子穿過柵極到達屏極形成屏流；反之在柵極上加入負電壓，同性相斥的原理，部分電子必須繞道網孔才能到達屏極，若柵極的結構過密或負電壓過大，則電子流有可能全數被阻隔。由于柵極和陰極離得更近，利用柵極可以輕易控制電子流的流量，將輸入信號連接在柵極上，并且加入適當的偏壓，而且在屏極接上一個負載，當柵極電流有一個細小的變化時，在屏極上就會得到一個較大的變化屏流，藉此即可達到信號放大的目的。
產品優缺點
與半導體器件相比電子管既有優點也有缺點。
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產品分類
按用途分：可分為電壓放大管、功率放大管、充氣管、閘流管、引燃管、混頻或變頻管、整流管、振蕩管、檢波管、調諧指示管、穩壓管等。其中，整流管是將交變電流變換成單向電流的電子管，一般來說，整流管都是二極管；檢波管則是從高頻交變信號中檢出低頻調制信號的電子管，通常是由二極管或三極管完成此功能；功率放大管是在功率放大設備中作放大低頻信號的電子管，通常采用功率三極管。
按電極數分：分為二極管、三極管、四極管、五極管、六極管、七極管、八極管、九極管和復合管等。三極以上的電子管又稱為多極管或多柵管。多極電子管與二極管的區別是在陰極和陽極之間增加了若干個柵極，最多甚至可增加到7個柵極，成為9極管，但極少應用，以具有3個柵極的五極管最為普遍。其中，最簡單的是二極管，它是由一個陰極和一個陽極(屏極)裝在真空度很高的玻璃殼內構成的。由于二極管具有單向導電性，所以常用作整流和檢波；在二極管的陰極和陽極之間加上一個柵極，則構成三極管，它—般作放大管用；五極管：在四極管陽極與簾柵極之間加一個抑制柵極，用來抑制二次電子的交換，則構成五極管。
按內部結構分：有單二極管、雙二極管、單三極管、雙三極管、束射四極管、五極管、功率五極管、二極-五極復合管、三極-五極復合管、三極-六極復合管、三極-七極復合管。其中，單二極管內部只有一只二極管，通常用于大功率的整流電路，而二極管內部復合有兩只功能相同的二極管，輸出電流比單二極管要大。此外，通常在一只玻殼內封裝兩個特性相同的三極管，稱為雙三極管。
按陰極加熱方式分：有直熱式陰極管和旁熱式陰極管。其中，直熱式陰極管是電流直接通過陰極使其達到熱電子發射狀態，而旁熱式陰極管則是通過陰極旁的燈絲加熱陰極。
按冷卻方式分：有水冷式電子管、風冷式電子管和自然冷卻式電子管。其中，風冷是一種比較簡單的冷卻方式，強制風冷是利用風機產生的高壓快速氣流將電子管和其他大型射頻元件散發的熱量帶走。強制風冷在大功率發射機中一般是與蒸發冷卻或水冷卻共用。發射機水冷電子管的板極均做成外露形式，安裝在一個銅制的水套內，冷卻水高速流過板極和水套內壁之間的間隙，使板極外壁和湍流水進行熱交換，并將熱量帶走。
應用領域
音樂
電子管功放由于體積大、制作工藝復雜、使用壽命短等問題逐漸被晶體管功放取代，但電子管功放又具有聲音溫暖耐聽，音樂感好，氛圍好的特點。晶體管功與電子管功放相比在音質方面顯得有些尖刺發燥，聽起來比較硬朗，不夠柔和。因此電子管功放仍受到一些音樂愛好者的喜愛。
軍事
電子管在軍事領域主要用來制造行波管（TWT）及某些型號飛機的電子系統上。軍事部門非常需要小型TWT。微型TWT在1980年代問世后不久，就被用于飛機和艦船的電子戰系統中，以防御雷達制導導彈。在1990年代初期，設備設計人員開始將微型TWT與緊湊的高壓電源集成在一起以為設備供電，并使用固態放大器來驅動設備。組合創建了所謂的微波功率模塊或MPM。由于其體積小，重量輕和效率高，MPM放大器可立即用于諸如“捕食者”和“全球鷹”之類的軍用無人機的雷達和通信發射器中，以及電子對策中。據forecastinternational網站2020年8月18日報道，美國海軍供應系統/航空武器系統指揮部授予Teledyne防務電子公司一份2360萬美元固定價格合同（N00383-20-D-XU01），旨在對EA-18GEA-18G電子戰機的ALQ-99電子戰系統電子管進行維修維護，合同期五年，預計2025年8月完成。
航空航天
在航空電子設備中得到廣泛使用的只有兩種類型的微波管——大功率脈沖磁控管和微波三極管:前者用于氣象雷達;后者用于測距設備和空中交通管制應答器。因為固態器件還不能在C或X波段產生氣象雷達所要求的功率,因此即使在晶體管縱橫的時代,這些管子都不可能被完全取代。如果并聯幾個固體器件,固態器件工藝水平正好能達到測距設備和空中交通管制應答器所要求的1千兆赫1千瓦或更低的功率。但是能滿足這些要求的固體設備,在造價、牢固或可靠性方面都不可能與微波管型的設備相比。
無線通訊
超高頻電子管用于方向性極高的接收裝備和無線電信號的發射裝備，這樣的無線電通訊裝備被用來避免外來的干擾。發射站的信號在不太遠的地方被中轉站所接收，中轉站將接收來的信號放大后又發射到接下去的一站，這樣一直傳到線路末端的最后—‘個接收站。
醫療
電子管在醫療領域中應用非常廣泛，例如在理療儀器中，中波、短波、超短波、微波、超聲波等治療機、手術電刀、電灼儀；醫療儀器配用的交流電子穩壓器等，都大量使用各類型號的電子管，作為檢波，整流、放大、高頻振蕩等之用。它具有性能穩定，輸出功率大等特點。在這方面使用中還離不開電子管。另外，一些特殊的電子管如示波器上的示波管，產生X線的X射線管更是醫學領域不可缺少的。
技術參數
電子管的參數是一個非常重要的指標，其主要參數有：燈絲電壓、燈絲電流、屏極電流、屏極內阻、屏極電阻、簾柵極電壓、極間電容、放大系數、跨導、輸出功率等。
燈絲電壓（Vf）：電子管燈絲的額定工作電壓。不同結構和規格的電子管，其燈絲電壓也不相同。通常，電子二極管的燈絲電壓為：1.2V或2.4V(雙二極管)，三極以上電子管的燈絲電壓為：6.3V、12.6V(復合管)，部分直熱式電子管、低內阻管、束射管等的燈絲電壓還有：2.5V、5V、6V、7.5V、10V、26.5V等多種規格。
燈絲電流（If）：電子管燈絲的工作電流。不同結構和規格的電子管，其燈絲電流也不同。例如：同樣是束射四極管，FU—7的燈絲電流為0.9mA，而FU—13的燈絲電流卻為5A。
屏極內阻（Ri）：在柵極電壓Ug不變時，屏極電壓Ua的變化量與其對應的屏極電流Ia變化量的比值。
放大系數（μ）：在電子管陰極K的表面上，由柵極電壓Ug和屏極電壓Ua所形成的兩個電場的有效值之比，或指在屏極電流Ia變化時，柵極電壓Ug的變化與其對應的屏極電壓Ua變化的比值。放大系數用來反映電子管的放大能力。通常將放大系數值大于40的三極電子管稱為高放大系數管，將放大系數低于40、高于10的三極電子管稱為中放大系數管，將放大系數低于10的三極管稱為低放大系數管。
跨導：屏極電壓Ua為定值時，柵極電壓Ug的變化量與因Ug變化引起屏極電流Ia變化量的比值。跨導用來反應電子管的柵極電壓對屏極電流控制能力。
極間電容：電子管各電極之間分布電容。另外，在上述參數的基礎上還設有極限參數，極限參數是絕對不允許超值使用的。否則，輕則縮短電子管壽命，重則導致電子管報廢甚至釀成事故。
參考資料 >
電子管的發展史.華強電子網.2023-09-06
【無線電史話】您從未聽說過的11個最偉大的真空電子管在六七十年代獨領風騷.網易.2023-11-09
Teledyne公司獲EA-18G飛機電子管維修合同.航空簡報.2023-11-09
TheVacuumTube’sManyModern.tedium.2023-11-10