真空三极管之父--德·福雷斯特（Lee de Forest，1873～1961）

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Lee De Forest (August 26, 1873 – June 30, 1961) was an American inventor with over 180 patents to his credit. De Forest invented the Audion, a vacuum tube that takes relatively weak electrical signals and amplifies them. De Forest is one of the fathers of the "electronic age", as the Audion helped to usher in the widespread use of electronics. He is also credited with one of the principal inventions which brought sound to motion pictures.

He was involved in several patent lawsuits and he spent a substantial part of his income from his inventions on the legal bills. He had four marriages and 25 companies, he was defrauded by business partners, and he was once indicted for mail fraud, but was later acquitted.

He typically signed his name "Lee de Forest." He was a charter member of the Institute of Radio Engineers, one of the two predecessors of the IEEE (the other was the American Institute of Electrical Engineers).

 

Lee De Forest (1873～1961)
　　美国发明家。1873年 8月26日生于美国依阿华州康斯尔布拉夫斯，1961年6月30日卒于加利福尼亚的好莱坞。1896年毕业于耶鲁大学谢菲尔德技术学院。1899年在耶鲁大学获物理学博士学位。1899年以后曾建立无线电报公司，后在费德勒尔电话公司任职。1912年参与创立无线电工程学院。德福雷斯特一生共获 300多项专利。这些专利涉及电子学的广泛领域，如外科手术用射频电刀、高频反馈电路、无线电报、无线电发信系统、无线电接收系统、扬声器、光电池、无线电扫描电视系统、彩色电视、电子群聚方法等。1906年，德福雷斯特制成第一个真空三极管，称为奥迪恩管，是他的最重要的一项发明。早期的奥迪恩管真空度很低，是借助气体电离放大作用工作的，因而极不稳定。所以，它在振荡、放大、检波等方面的实际应用进展缓慢。直到1912年，美国电话电报公司的H.阿诺德和通用电气公司的I.朗缪尔研制成高真空管，才使三极电子管走上实用阶段。在电子学的发展史上，奥迪恩管的发明具有划时代的意义。德福雷斯特曾获美国无线电工程师协会荣誉奖章等多种荣誉奖励。

 

德·福雷斯特孩提时期并不出众，被老师认为是个平庸的孩子，唯一的爱好是拆装各种机械小玩艺。一次偶然的机会邂逅了无线电发明家马可尼，激发了他创新无线电检波装置的热情。1906年，德·福雷斯特在弗莱明发明的真空二极电子管里，加进一个极——“栅极”，经过反复试验，终于发明了真空三极电子管，并于1907年向美国专利局申报了发明专利。因发明新型电子管，德·福雷斯特竟无辜受到美国纽约联邦法院的传讯。有人控告他推销积压产品，进行商业诈骗。法官判决说，德·福雷斯特发明的电子管是一个“毫无价值的玻璃管”。1912年，顶着随时可能入狱的压力，德·福雷斯特来到加利福尼亚帕洛·阿尔托小镇，坚持不懈地改进三极管。 在爱默生大街913号小木屋，德·福雷斯特把若干个三极管连接起来，与电话机话筒、耳机相互连接，再把他那只“走时相当准确的英格索尔手表”放在话筒前方，手表的“滴哒”声几乎把耳朵震聋，这就是最早的电子扩音机。由于三极管可以放大微弱信号，所以很快被应用于信号发生器、电台、雷达、收音机等电子设备，成为电子领域中最重要的器件。真空三极电子管的诞生是一项划时代的发明，成为电子工业革命的开端。

真空管（Vacuum tube）是一种电子元件，在电路中控制电子的流动。参与工作的电极被封装在一个真空的容器内（管壁大多为玻璃），因而得名。在中国大陆，真空管则会被称为“电子管”。在香港和中国广东地区，真空管有时又会被称作“胆”。
在二十世纪中期前，因半导体尚未普及，基本上当时所有的电子器材均使用真空管，形成了当时对真空管的需求。但在半导体技术的发展普及和平民化下，真空管因成本高、不耐用、体积大、效能低等原因，最后被半导体取代了。但是可以在音响、微波炉及人造卫星的高频发射机看见真空管的身影。部份战斗机为防止核爆造成的电磁脉冲损坏，机上的电子设备亦采用真空管。另外，像是电视机与电脑CRT显示器内的阴极射线管以及X光机的X射线管等则是属于特殊的真空管。

 

 

福雷斯特的真空三级管建立在前人发明的真空二极管的技术基础之上。1904年，英国伦敦大学的弗莱明发明了真空二极管（Vacuum Diode Tube）。真空二极管只能单向导电，可以对交流电流进行整流，或者对信号进行检波，但是它不能对信号进行放大。没有能够放大信号的器件，电子技术就无法继续发展。

 

弗莱明发明的真空二极管.jpg

 

为了提高真空二极管检波灵敏度，福雷斯特在玻璃管内添加了一种栅栏式的金属网，形成电子管的第三个极。他惊讶地看到，这个“栅极”仿佛就像百叶窗，能控制阴极与屏极之间的电子流；只要栅极有微弱电流通过，就可在屏极上获得较大的电流，而且波形与栅极电流完全一致。也就是说，在弗莱明的真空二极管中增加了一个电极，就成了能够起放大作用的新器件，他把这个新器件命名为三极管（Triode）。

真空三极管除了可以处于“放大”状态外，还可分别处于“饱和”与“截止”状态。“饱和”即从阴极（或者叫发射极，emitter）到屏极（evelope）的电流完全导通，相当于开关开启；“截止”即从阴极到屏极没有电流流过，相当于开关关闭。两种状态可以通过调整栅极上的电压进行控制。因此真空三极管可以充当开关器件，其速度要比继电器快成千上万倍。

真空三极管原理.jpg

在福雷斯特真空三极管研究成功之后，经过改进还制成了真空四极管（Tetrode）和真空五极管(Pentode)等，它们和真空二极管和真空三极管一起统称为电子管。

真空三极管为计算机的诞生铺平了道路，在世界上第一台电子计算机ENIAC里面，电子管是其最基本的元件了。电子管庞大的身躯和巨大的耗电量是两个致命的缺陷，所以会被小巧玲珑的半导体器件取代。但在模拟电路中，电子管的高保真放大特性仍然让与晶体管和集成电路相形见绌。直到今天，以电子管为核心器件的胆机仍是音响发烧友所追逐的目标。就在几年前，我们还可以在发烧主板上看到电子管的踪迹。