电子学/真空管
第一个真空二极管是由托马斯·爱迪生于1904年制造的。这些最初的电子管只能用于整流。三年后的1907年，李·德福雷斯特发明了三极管，它可以放大电压和功率。
真空管也称为热离子管、热离子阀、电子管、阀以及简单的管。
虽然对于大多数电子产品，真空管已被晶体管取代，但仍然有一些用途需要使用真空管。真空管常用于高端Hi Fi放大器，并且由于其“温暖”的音调，通常比晶体管更受欢迎。它们在吉他放大器中也通常更受青睐，这既是因为它们在过载时具有更平滑的削波，也因为音调更温暖。
最后，真空管用于高频通信（在会损坏固态元件的频率下），以及卫星和军事通信，因为它们具有耐用性（它们比固态元件更能抵抗太阳辐射，并且不受电磁脉冲的影响）。
无源元件没有增益，也不是阀门
- 稳压器：一种有源元件，它接受一系列电压并输出一个恒定电压。
真空管是一个（通常是玻璃）容器，从中抽出空气。管内有两个或多个“元件”。
- 阴极：（电子发射器）有一个电加热灯丝（你通常可以看到它发出红光），它会发出电子，这些电子穿过真空到达阳极（电子接收器）。
- 阳极（又称板极）：是一个导电（通常是金属）板，连接到正电压。负电子从阴极流向阳极。
只有阴极和阳极元件的真空管是二极管。只有当阳极相对于阴极具有正电压时，电流才会流动。
- 网格：金属栅格或网格放置在阴极和阳极之间，以产生可以放大信号的器件。
注意：一个具有3个元件（一个网格）的管是三极管，具有2个网格的是四极管，具有3个网格的是五极管。
阴极和阳极之间的网格控制电子流。通过对网格施加负电压，可以控制电子流。这是真空管放大器的基础。
真空管包含加热灯丝。这类似于在标准灯泡中发现的灯丝。灯丝通常在低电压下运行（6V 和 12V 常见，尽管可以找到各种灯丝电压的电子管）。灯丝被阴极包围。灯丝的结构是将阴极加热到大约 800 摄氏度，此时阴极开始发射电子。电子通常漂浮在阴极的表面，这被称为空间电荷。阳极通常保持比阴极更正，因此它将电子从阴极拉出。
从阴极到阳极方向的电压差称为正向偏置，是正常工作模式。如果施加到阳极的电压相对于阴极变为负值，则不会有电子流动。在电子学中，真空电子管或阀门是一种控制电流的器件。通过密封容器中的真空。真空管依靠热电子发射从热灯丝发射电子。
以下是各种电子管参数的解释
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| Va（或 Vp） | 阳极（板极）电压（更准确地说，是 Vak 或 Vpk，因为它是相对于阴极的电压） |
| Ia（或 Ip） | 阳极电流 |
| Ra（或 Rp） | 阳极负载电阻 |
| ra（或 rp） | 阳极电阻（内部。与 Ra/Rp 分开，不要混淆） |
| Vg | 控制栅极电压（更准确地说，是 Vgk，因为它也相对于阴极） |
| Vk | 阴极电压 |
| Ik | 阴极电流 |
| Vg2 | 屏栅电压 |
| Ig2 | 屏栅电流 |
真空管二极管仅包含两个电极（除了加热器）：阴极和阳极。灯丝加热阴极，产生空间电荷。然后，阳极上的相对正电压将电子从阴极吸收到阳极，产生二极管的单向电流。电流不会从阳极流向阴极。
与硅二极管一样，真空管二极管可用于各种功能。例如，它们可用于倍压器、包络检波器和整流器。
常见的整流管有：5AR4/GZ-34、5V4-GA、GZ37、5U4-G/GA/GB、5Y3-G/GA、5R4GYB 和 5R4-G/GY/GYA。不同的整流管具有不同的最大电压、电流额定值和正向压降。有些具有 5V 灯丝，而其他则具有 6.3V。有些比其他的消耗更多的灯丝电流。
有些整流器是半波（单二极管），有些是全波，包含一个阴极，但有两个阳极，每个波形一半一个，如右侧的全波整流器图像所示。
| 电子管类型 | 最大交流电压 | 峰值反向电压 | 最大直流电压 | 最大直流毫安 | 正向压降 | 灯丝电压 | 灯丝电流 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5AR4-G/GY/GYA | 750 | 3100 | 358 | 250 | 67 | 5 | 2000 |
| 5AR4-GYB | 900 | 3100 | 362 | 250 | 63 | 5 | 2000 |
| 5Y3-G/GA | 350 | 1400 | 365 | 125 | 60 | 5 | 2000 |
| 5U4-GB | 450 | 1550 | 375 | 275 | 50 | 5 | 3000 |
| 5U4-G | 450 | 1550 | 381 | 225 | 44 | 5 | 3000 |
| 5U4-GA | 450 | 1550 | 381 | 250 | 44 | 5 | 3000 |
| GZ37 | 450 | 1000 | 388 | 350 | 37 | 5 | 2800 |
| 5V4-GA | 375 | 1400 | 400 | 175 | 25 | 5 | 2000 |
| 5AR4/GZ-34 | 425 | 1500 | 415 | 250 | 10 | 5 | 1900 |
| 6CA4/EZ81 | 450 | 1300 | 500 | 150 | 20 | 6.3 | 1000 |
速调管是一种用于产生微波能量的真空管。该器件与磁控管相关，但并不相同。速调管是在磁控管之后发明的。
速调管的工作原理称为速度调制。
速调管是一个细长的真空管。一端有一个电子枪（加热器、阴极、束形成器），另一端有一个阳极。中间有一系列环形谐振腔结构，使电子束穿过孔。
第一个和最后一个谐振腔在电气上连接在一起。
在阴极处，电子束相对平滑。电子束的密度自然会略有增加和减少。当电子束穿过谐振腔的孔时，电子束的任何变化都会导致腔体静止电磁（EM）场的一些变化。腔体的EM场开始振荡。然后，腔体的振荡EM场会对穿过的电子产生影响，使其通过速度变慢或变快。
当电子受到第一个腔体的电磁场影响时，它们的速率会发生变化。这种速度的变化称为速度调制。当电子到达最后一个腔体时，电子束中形成了明确的电子团。这些电子团与最后一个腔体强烈相互作用，导致其以更明显的幅度振荡。一部分最后一个腔体的能量被提取出来，并反馈到第一个腔体以增强其振荡。第一个腔体更强的振荡会产生电子束中更强的电子团聚，从而导致最后一个腔体更强的振荡，以此类推。这就是正反馈。
输出的微波能量被提取出来，用于高功率微波设备，例如远程初级雷达系统。
速调管是一种相干微波源，因为它可以产生具有恒定相位的输出。当与信号处理结合使用时，这是一个有用的属性，可以测量雷达目标属性，例如多普勒频移。
相关的微波真空管有行波管（TWT）和行波放大器（TWA）。一种结合了这些器件和速调管某些方面的混合器件被称为双速调管。
磁控管用于产生微波。
这是最初用于生产微波的设备，发明于第二次世界大战期间，用于雷达设备。
磁控管的工作原理称为速度调制。
包含阴极的圆形腔室被多个谐振腔包围并连接。腔室的壁是阳极。腔体的尺寸决定了输出信号的频率。一个强磁场穿过腔室，由一个强大的磁铁产生。阴极类似于大多数热电子管，但由于大多数磁控管中使用的功率水平，需要坚固的结构。早期的实验设计使用直接加热的阴极。现代的高功率设计使用一个坚固的管状阴极，其中包含一个加热元件。
阴极表面上的自然激发电子被吸引到腔室中，朝向外壁或阳极。当电子向外移动时，它们穿过产生垂直于运动方向和磁场方向的力的磁场。电子移动得越快，产生的侧向力就越大。结果是电子在向腔室外部移动时围绕中心阴极旋转。
当电子经过谐振腔的入口时，会对腔体中静止的电磁（EM）场产生扰动。腔体开始振荡。当另一个电子经过腔体时，它也会与内部电磁场相互作用。电子的运动可以被腔场减慢或加速。随着更多的电子与腔体电磁场相互作用，腔体内部的振荡增强，对经过电子的影响也更加明显。
最终，在中心腔室内形成了一组电子一起旋转。任何落后于一组的电子都会受到谐振腔场的推动。任何速度过快的电子都会被腔体吸收多余的能量。这就是速度调制效应。谐振和电子相互作用的频率约为 GHz。（每秒 10^9 个周期）
为了从磁控管输出信号，其中一个腔体用一个狭缝或探针连接，以将能量引导到波导中进行分配。
用于雷达的磁控管以短持续时间和高电流脉冲工作。用于微波炉的磁控管以连续的低电流驱动。
用于二战轰炸机的磁控管（由英国皇家空军操作）有时被封在一个屏蔽盒中，以便机组人员可以加热他们的飞行餐，因此出现了第一批微波炉。
阴极射线管或 CRT 是一种特殊的真空管，当电子束撞击磷光体表面时，会在上面产生图像。电视机、计算机、自动取款机、电子游戏机、摄像机、显示器、示波器和雷达显示器都包含阴极射线管。使用多束电子的荧光屏使 CRT 能够显示数百万种颜色。
第一个阴极射线管扫描装置是由德国科学家卡尔·费迪南德·布劳恩于 1897 年发明的。布劳恩引入了一种带有荧光屏的 CRT，称为阴极射线示波器。当电子束撞击屏幕时，屏幕会发出可见光。
电视显像管基本上是阴极射线管。电子束由电加热灯丝产生，该电子束由两个磁场引导到屏幕上的特定位置。电子束移动得非常快，以至于人眼不仅可以看到一个特定点，还可以同时看到屏幕上的所有点，从而形成可变的图像。
- 颜色是通过同时激活 3 个或更多不同颜色的屏幕点并以可变的程度实现的。
这两个磁场，一个是用于垂直偏转，一个是用于水平偏转，它们由外部线圈提供给电子束。
示波器显像管基本上与电视显像管相同，但电子束由内部金属部件提供的两个静电场引导。这是必要的，因为示波器使用非常广泛的同步频率进行偏转，而电视机使用固定频率，因此在如此宽的频率范围内驱动大型线圈非常困难。对于相同尺寸的屏幕，示波器显像管比电视显像管深得多，因为偏转角很小。电视显像管的偏转角为 90°。
