世界各國真空管歷史

世界各國真空管歷史

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1904年11月16日，約翰•安布魯斯•弗萊明發明瞭真空管。
真空管是一種電子設備，由抽真空的容器（通常是玻璃或陶瓷）組成，它具有發射電子的陰極（旁熱式是由燈絲加熱，直熱式則燈絲就是陰極）和工作時通常加上高壓的陽極。陰極和陽極之間，自陰極算起，第一個電極稱為柵極，再增加一個電極則稱為簾柵極。第三個電極則稱為遏止柵極，可以消除因加入簾柵極引起的二次電子放射現象。柵極能夠在陰極和陽極之間對電流起到控制作用。已經製造的真空二極管，三極管，四極管，五極管等有幾百種不同的種類和額定功率，在晶體管發明以前，使所有電子學和一切無線電和電視發射與接收裝置的基礎

目前，由於消耗功率及體積的考量，真空管多半隻運用在少數的特定用途中，特別是高功率高頻的通信用途，但近年來，或許是懷舊的氣氛使然，某些特定音響用途的真空管再次流行，形成消費電子領域奇特的風潮。另外，像是陽極射線管，X射線管等等則是屬於特殊的真空管。

英國真空管發展
　
1838年，英國法拉第對1mm/Hg低壓空氣放電、發光、電導度等加以研究，可以說開啟了真空管技術的序幕。二極管的發明人佛萊明也是英國人，1904年他把愛迪生實驗用裝有電極的電燈泡拿來改裝，發明瞭二極管（他稱為振蕩管），現在英國以Valve稱呼真空管，即引用佛萊明的命名。最初佛萊明檢波器與礦石檢波器一樣沒有陽極，不久就加入電陽極，可惜提出專利的時間比Le de Forest稍晚，把真空管之父的美譽拱手讓人。由於英國不像美國那麽迫切需要長途電話，所以真空管的開發腳步並不急。1911年馬可尼公司的蘭尼首度開發出三極管，多用於軍方的無線電收信機，但由於管內真空無法長期保存，工作很不穩定，後來從美國引進球型真空管的排氣，才改良了安定性。1916年BTH推出Type R管，與法國的TM管幾乎一樣。一次大戰中，英國海軍緻力開發發信管，生產大型真空管，1917年Marconi-Osram Valve所生產的Type T1，是最早的大型發信管。1937年，與RCA有關係的馬可尼與GEC兩家公司，發表了International Octal系列真空管，以KT（Kinkless Tetrode）這個型號加入束射功率管的行列，也為英國真空管開闢了另一片天空。不論與6V6同級的KT61，或者與6L6相近的KT66，都獲得許多人的喜愛。稍後所開發的KT88，成為與RCA 6550鼎足而立的產品。

法國的真空管
  
   1908年，Le de Forest到法國宣傳他的新球型管Audion，法國本身沒有設計真空管的經驗，而德國軍力擴充迅速，隨時有爆發歐戰的可能，通信部隊的需求迫在眉睫。1914年大戰前夕，一位美國人保羅皮森，受德律風根的指派在美國收集最新通信器材情報，當他準備返回德國而在倫敦過境時，德國已經對法宣戰。保羅潛入法國被捕，他被引見菲力將軍，並從口袋拿出Audion電子管詳述其優點，菲力將軍立刻安排他在通信部隊成立電子管緊急開發項目，這是法國電子管的起源。保羅找到裏昂一家燈泡廠Grammont合作，推出原筒型的三極管，成品稱為Fotos。雖然法國很晚才加入，但Fotos中的設計精巧，充分發會法國人的創意天份，所以推出後訂單如雪。另一家曾試做過佛萊明管的Generale des Lampes公司也緊急加入生產，產品命名為Metal，而產品編號就以負責開發的法軍通信隊的縮寫-TM(Telegraph Military)命名。TM管是一次大戰中公認最好的三極管，英國馬可尼公司戰后買下專利生產。它所採用的管座/插座設計，可輕易的分離開來，也是真空管的一大突破，四腳結構也在歐洲被長期採用。

德國真空管的起源

1903年，德國人威奈特將放電管上面塗以鋇鈣等鹼性金屬氧化物，開發出氧化膜熱陰極的原型，這項發明對後來的佛萊明二極管有很大的啟示。1906年利班由Braun管得到靈感，以陰極射線Relay的名稱申請專利，日後經過多次改良，在1911年8月發表了新的真空管。新真空管在柏林大學舉行發表會，結果AEG/德律風根、西門子等公司願一起合作進行改良，他們的完成品叫LRS Relay。LRS Relay易受溫度等外在環境與電源電壓的影響，雜音多，燈絲氧化膜也容易剝落，但一次大戰前卻是長距離電話線的主角。德國在1914年決定為民間電話線路開發新真空管，克服LRS Relay的缺點，最後西門子的Type A獲選。Type A師承球型三極真空管，1916年開始發售，一部份用於戰場上竊聽敵軍通信用的手提放大器。之後德國真空管就由西門子與德律風根兩家公司為主導，陸續推出許多真空管。

美國西屋公司的貢獻

美國由於幅員廣闊，對長距離電話特別需要，國營的AT&T與他的製造商西屋電器WH(Westinghouse)，也因此很早就投入相關研究，甚至將觸角延伸到歐洲。西屋公司曾是家電大廠也參與最早的有聲電影開發，並積極介入電話相關製造業。Lede Forest嘗試把他的三極管用在低周波放大而沒有成功，直到1912年終於有些成果，他立刻把中繼放大器權利賣給AT&T/WE，並向西屋公司展示其Audion。當時Audion訊號增強會有失真，管內殘留氣體，陽極電壓提高後容易失控，燈絲壽命極短，物理特性不易維持，每個Audion規格都不固定。這個情況對電話中繼放大器並不合適，曾經在芝加哥大學研究真空技術，同時在西屋公司從事水銀弧光燈中繼器研究的阿諾博士，卻看出Audion的潛力。阿諾博士首先強化Audion電極的結構，再採用氧化皮膜燈絲，降低工作溫度，提高真空度，結果使Audion壽命提高到一千小時。1918年10月，這項成果實際用於費城、紐約、華盛頓間的電話線上，這是世界首度將真空管運用於商用通信電路中，真空管的編號為Type A。之後西屋繼續研究，推出廣為收音機使用的UV管(Unit Vacuum Tube)，比歐洲的四腳管早一年。第一個附有管座的Type M，用於1915年開放的紐約-舊金山大陸橫斷電話線路中，壽命約400小時。1915年推出的Type L燈絲為Type M的兩倍長，壽命則延長為4500小時。一次大戰期間，美國政府責成西屋優先投入軍用真空管開發。軍用管需承受嚴酷的溫度變化、震動、電壓不穩等考驗，西屋公司最有名的軍用管為VT-1與VT-2。最初西屋的電話真空管稱為Telephono Repeater Element，軍用管則稱Vacuum Tube。1920年匹茲堡成立了世界第一家無線廣播局，在KDKA開播，引起很大回響，西屋以Aeriola的品牌投入家用收音機制造。不過以西屋為名所開發的真空管數量並不多，美國主要的直熱式三極管都是Radiotron的產品，有人認為是RCA製造，實際上像112、171、250、245等都是出自西屋手中，西屋在低周波功率管方面技術領先。

通用電器與真空管

通用電器以製造直流發電機、電動機、汽車引擎等而聞名，他們介入無線電通信也是從高周波發電機開始。初期無線電公司為得到高周波連續功率而煞費苦心，最初使用電弧式發信機，但工作不穩定。後來想到利用電力交流發電機，並委託通用電器生產，1906年完成的产品隻能達到10KHz頻率。不過通用預見此後的發展，於是積極投入，1913年完成200KHz，數KW出力的發電機。另一方面，通用的研究室也很快開發出真空管，Pliotron(希臘語，多的意思)與Kenotron（希臘語，真空之意）為通用早期真空管的名字。Pliotron很快朝大型化發展，1914年使用於67KM長距離小型高周波發電機調變實驗成功；而通用也發展出200KW的大規模調變發電機。一次世界大戰期間，通用把技術加以活用，以克裏夫蘭的工廠為中心，生產了多種真空管，大戰中約生產了20多萬個，而西屋責生產了50多萬個，對軍方貢獻良多。

後來居上的美國RCA

一次大戰期間，美國海軍徵收了大西洋橫斷無限電信局（原隸屬於美國馬可尼無線電信公司），並緻力擴充規模，將原來50W高周波發射機改為GE製造的200KW機器。這部機器由GE免費提供，對當時戰爭起了很大的作用。戰爭結束後，英國馬可尼等待軍方歸還電信局，並計劃在美國、歐洲設立多處據點大展鴻圖。美國海軍得知馬可尼的企圖，於是說服GE公司，乾脆買下美國馬可尼，於1919年10月先成立Radio Corporation America(RCA)，第二年正式並購美國馬可尼。由於這層特殊關係，RCA順利取得GE真空管銷售權，同時積極投入無線廣播業務，開發家庭用的機器。1921年RCA推出純鎢燈絲的UV-216，成為一般收音機、留聲機所用的整流專用真空管鼻祖。1920年RCA/GE聯合與AT&T/WE締結互相使用專利權的契約，次年WE加入這個Radio集團，以Radiotron的品牌銷售真空管，並呶力擴展真空管的用途，使得美國成為真空管的大本營。GE製造由RCA負責銷售的Radiotron，最初型號為UV-200、UV-201，外型和GE軍用管類似，內部電極則完全更新，這些GE改良版，成為後來直熱式真空管的標準形狀。由於上述複雜的協議關係，當西屋以自有品牌銷售真空管時，引起RCA強烈不滿，經過長期協調，1925年決定AT&T與WE隻能侷限於民生用無線電收信機的製造和銷售，西屋則另外成立一家格雷堡公司經營一般消費用的家電。至於廣播用發信設備、錄音室用機器、電影音響係統、航空船舶的無線電器材，西屋另外成立Non-Associate公司來銷售真空管。1930年美國實施反市場壟斷法律，這幾家公司組成的「Radio Group」宣佈解體，有先見之明的RCA則早一步成立Radiotron Manufacturing公司，買下GE的哈裏遜工廠，開始自己生產收信管。在Group解體時大家有共識，RCA在1935年以前可生產真空管，而GE與西屋在1935年後才能投入生產。RCA為避免獨佔地位遭非議，1929年起開始授權給中小廠商參與製造真空管，這使得美國製真空管互換性良好，插座種類降到最低，比起歐洲真空管流通性更佳。1936年，RCA發表了最早的束射管6L6，為業界帶來一陣鼓舞。束射管新增陰極同電位之束射形成電極，同時控制柵極與廉柵極的結合，雖然是從四極管發展而來，但它比五極管有更低的陽極特性、更高的效率，以及廉柵極電流低等特性，可以算是真空管發展史上的大躍進。最早的6L6是黑色金屬管，後來才變成玻璃管，被許多大型電唱機和擴大機所採用，輸出規格為6.5瓦。1937年底RCA同時發表輸出4.5瓦的小型6L6，型號為6V6與6V6G，用於一般的收音機中。

以民生為導向的Philips

1891年在荷蘭安特奧芬鄉下由父子共同創業的Philips，到1903年已經成為歐洲第四大燈泡廠。由於荷蘭並未參加一次大戰，所以並未投入軍用管開發。戰後一位無線電工程師Idzerda要求替Philips製造第一號真空管，並以其名字IDZ命名，此人日後成立了無線電臺而相當著名。IDZ也是根據Audion改造而來，得到許多業餘玩家的青睞，Philips在1919年改良為A、B、C三種型號，正式介入真空管制造與發展。

只做專業用真空管的WE

由於WE(Western Electric)是世界最大電話公司AT&T的製造部門，所以他們製造的真空管都以專業用途為主，幾乎沒有民生用管。九０代興起的300B熱潮，把WE的300B捧上天空，這大概也是WE始料未及的。WE很早就因應市場需求，推出104、205、211、212等三極管，同時還把205D、211D等運用在當時幾乎獨占市場的電影院擴大機上（Type 42、43、46等型號）。WE早期的直熱式三極管，陽極為金屬網（後改為黑色金屬板）、氧化膜燈絲，電極頂部有陶瓷的支撐板，製作非常堅固。1937年發表最早的超短波用真空管316A，戲劇性的將300MHz的傳統界線一舉提升到UHF頻帶，此真空管用於飛機的敵我識別係統，可見得WE在這方面的實力。1938年，WE的300B問世，比RCA的2A3晚了幾年。這時已接近三極管的末期，但因累積了過去的技能，所以產生平衡性極佳的傑作。300B和同廠的252A相比，隻用6W的燈絲電力，陽極最大定格（450V/80mA）時可得到將近18瓦的功率（252A輸出8瓦）。比300B稍早的300A在1933年推出，300A的接腳是刺刀式的，為了與2A3競爭因此改成四腳的300B，它們構造、尺寸、特性完全相同。由於300A/300B的優良性能與高信賴性，還有長壽命，不僅是用在WE Type 86、91、92等擴大機上，定電壓電源等工業用、軍用器材也都有使用，直到六０年代美國太空總署內的儀器都還用300B做電源穩壓，它是美國直熱式三極管告別世間珍存的一顆耀眼巨星。1996年WE重開坎薩斯城的生產線，重整旗鼓讓300B復出，但350美元一支的定價早已今非昔比