这个电子指的既是物理学上的电子也是半导体电子行业的电子。半导体电子元件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。比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。今天要为大家讲的,是人类历史上第一只电子器件,真空管的故事。
70年前的今天,1945年4月18日,英国电气工程师和物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明(以下简称约翰·弗莱明)去世,如果你不知道他,那么我告诉你在中学物理中左力右电两大定则之一,用于判断感应电流方向的右手定则,就是他发明的。除了这个,世界上第一个半导体电子器件真空管,也是出自他之手。


真空管的出世可溯自灯泡的发明人托马斯·爱迪生。1880年某日,爱迪生在做灯泡实验时好奇地在灯泡中多放了一个电极,且洒了点箔片,结果发现了奇特的现象:第三极通正电时,箔片毫无反应;但通负电时,箔片随即翻腾漂浮,接通电流表,发现指针会移动。爱迪生百思不得其解,为什么会有电流通过呢,这块金属片并没有和灯丝接触。今天我们知道在灯泡真空状态下,炽热的灯丝会让电子活泼好动,当有电压时则向一方移动。为纪念爱迪生的这项发现,特命名为爱迪生现象。
1901年,欧文·理查森提出定律,说明电子的激发态引起箔片漂浮,后更以此拿到1928年的诺贝尔物理奖。接着在1904年,在研究改进无线电报接收机中的检波器时,约翰·弗莱明设想采用爱迪生效应进行检波。弗莱明在真空玻璃管内封装入两个金属片,给阳极板加上高频交变电压后,出现了爱迪生效应,在交流电通过这个装置时被变成了直流电。弗莱明把这种装有两个电极的管子叫作真空二极管,它具有整流和检波两种作用,弗莱明将此项发明用于无线电检波,并于1904年11月16日在英国取得专利。
1920年,用真空管做出的广播电台与收音机在美国一播出,就震惊世界,人类第一次发现,声音可以透过电波传送,甚至于在1933年电视机发明时的震撼都远不如收音机。其后用真空管做的电脑、配合雷达的磁控管、人造卫星都相继问世,真空管一时风头无俩。
但随着技术的进步,尤其是1970年起晶体管的出现,原先使用真空管的设备,逐渐被晶体管取代,几乎所有设备都不再使用真空管,除了音响厂商。由于晶体管声音音效远不如真空管,也因此,今天我们还能够在音响产品上看到真空管。
一般认为,晶体管声音容易偏薄、偏硬,真空管声音则较丰润、较生动。其实这是一种比较粗浅的说法,两种设备的工作性质本身就是不一样的,晶体管是电流放大,真空管是电压放大,知道最后才将高电压低电流转换为低电压高电流来驱动喇叭。而耐高压的零件,品质都不会太差,好音质也可能是这些好零件所赐。不好听的真空管音响比比皆是,好听的晶体管音响也不是没有,一切都取决于线路设计、零件品质及精良设计上,单纯靠晶体管还是真空管是不足以下定论的。
一代产品的衰落必定意味着更好一代的兴起。从真空管到晶体管,再到现在越来越小的芯片,半导体电子产业发展可谓日新月异,开启人类半导体电子大门的真空管功不可没。