古き良きチューブを過去の遺物として片付けたくなるかもしれません。結局のところ、栄光の電球の中のいくつかの金属片が、今日のトランジスタや集積回路にどのように耐えられるのでしょうか。チューブは家庭用電化製品の店頭での地位を失いましたが、ラジオやテレビ放送、産業用暖房、電子レンジ、衛星など、非常に高い（GHz範囲）周波数で大量の電力が必要な場所では、依然として重要ではありません通信、粒子加速器、レーダー、電磁兵器に加えて、放射線計、X線装置、オーディオファンアンプなど、より低い電力レベルと周波数を必要とするいくつかのアプリケーション。
20年前、ほとんどのディスプレイは真空管を使用していました。あなたの家の周りにもいくつかのチューブが潜んでいる可能性があることを知っていましたか？あなたの電子レンジの中心にマグネトロン管を置くか、むしろソケットに座っています。その仕事は、オーブンに入れたものを加熱するために使用される高出力および高周波RF信号を生成することです。内部にチューブが付いた別の家庭用デバイスは、古いブラウン管テレビです。これは、新しいフラットスクリーンテレビに交換された後、屋根裏部屋の段ボール箱に置かれている可能性があります。CRTは、「ブラウン管」の略-これらのチューブは、受信したビデオ信号を表示するために使用されます。 LCDやLEDディスプレイと比較すると、非常に重く、大きく、非効率的ですが、他のテクノロジーが登場する前に、それらは仕事を成し遂げました。現代の世界の多くが依然としてそれらに依存しているため、それらについて学ぶことは良い考えです。ほとんどのTV送信機は、トランジスタよりも高周波で効率的であるため、出力デバイスとして真空管を使用します。マグネトロン真空管がなければ、安価な電子レンジは存在しませんでした。なぜなら、半導体の代替品が発明されたのはごく最近であり、高価なままだからです。発振器、増幅器、ミキサーなどの多くの回路は、古典的な管、特に三極真空管のため、管で説明し、それらがどのように機能するかを確認するのが簡単です。少数のコンポーネントでバイアスをかけ、それらの増幅率、バイアスなどを計算するのは非常に簡単です。
真空管はどのように機能しますか？
通常の真空管は、エジソン効果とも呼ばれる熱電子放出と呼ばれる現象に基づいて機能します。蒸し暑い部屋で並んで待っている暑い夏の日だと想像してみてください。壁の横にある長さに沿ってヒーターがあり、他の人も並んで待っていて、誰かが暖房をオンにすると、人々はヒーター–次に、誰かが窓を開けて冷たい風を吹き込み、全員がそこに移動します。真空管内で熱電子放出が発生する場合、ヒーターのある壁が陰極であり、フィラメントによって加熱され、人が電子であり、窓が陽極です。ほとんどの真空管では、円筒形の陰極がフィラメント（電球の陰極とあまり変わらない）によって加熱され、正に帯電した陽極に引き付けられる負の電子を陰極に放出させ、電流を陽極に流します。そして陰極から（覚えておいてください、電流は電子とは逆方向に流れます）。
以下では、真空管の進化について説明します。ダイオード、トライオード、テトラード、ペントード、およびマグネトロン、CRT、X線管などの特殊なタイプの真空管です。
最初はダイオードがありました
これは最も単純な真空管で利用されます–フィラメント、カソード、アノードで構成されるダイオード。電流は中央のフィラメントを通って流れ、電球のように、フィラメントを加熱して発光させ、熱放射を放出させます。加熱されたフィラメントは周囲の円筒形の陰極を加熱し、仕事関数を克服するのに十分なエネルギーを電子に与え、空間電荷領域と呼ばれる電子の雲を加熱された陰極の周りに形成させます。正に帯電した陽極は空間電荷領域から電子を引き付け、管内に電流を流しますが、陽極が負の場合はどうなるでしょうか。高校の物理学の授業で電荷が反発することからわかるように、負の陽極は電子を反発し、電流は流れません。空気が電子の流れを妨げるため、これはすべて真空中で起こります。これは、ダイオードを使用してACを整流する方法です。
古き良き三極真空管のようなものはありません！
1906年、リー・ド・フォレストと呼ばれるアメリカ人エンジニアが、アノードとカソードの間に制御グリッドと呼ばれるグリッドを追加すると、アノード電流を制御できることを発見しました。三極真空管の構造はダイオードに似ていますが、グリッドは非常に細いモビルデニウムワイヤーで作られています。制御は、電圧でグリッドにバイアスをかけることによって実現されます。電圧は通常、カソードに対して負です。電圧が負であるほど、電流は低くなります。グリッドが負の場合、電子をはじき、アノード電流を減少させます。正の場合、より多くのアノード電流が流れますが、グリッドが小さなアノードになり、グリッド電流が形成され、チューブが損傷する可能性があります。
三極真空管およびその他の「グリッド」チューブは通常、グリッドとグランドの間に高い値の抵抗を接続し、カソードとグランドの間に低い値の抵抗を接続することによってバイアスされます。管を流れる電流は陰極抵抗器に電圧降下を引き起こし、接地に対して陰極電圧を増加させます。カソードはグリッドが接続されているグランドよりも高い電位にあるため、グリッドはカソードに対して負です。
三極真空管やその他の通常のチューブは、スイッチ、アンプ、ミキサーとして使用でき、他にも多くの用途から選択できます。グリッドに信号を印加し、アノード電流を誘導することで信号を増幅できます。アノードと電源の間に抵抗を追加すると、アノード抵抗とチューブが作用するため、増幅された信号をアノード電圧から取り出すことができます。分圧器に似ていますが、トライオード部分は入力信号の電圧に応じて抵抗を変化させます。
救助への四極管！
初期の三極真空管は、低ゲインと高寄生容量に悩まされていました。1920年代に、最初のグリッドとアノードの間に2番目の（スクリーン）グリッドを配置すると、ゲインが増加し、寄生容量が減少することがわかりました。新しいチューブは、ギリシャ語で4つの（テトラ）方法（ode、suffix）を意味するtetrodeと名付けられました。 。新しい四極管は完全ではなく、寄生振動を引き起こす可能性のある二次電子放出によって引き起こされる負性抵抗に悩まされていました。二次放出は、第2グリッド電圧がアノード電圧よりも高いときに発生し、電子がアノードに衝突して他の電子をノックアウトし、電子がポジティブスクリーングリッドに引き付けられることでアノード電流が低下し、グリッド電流。
五極管–最後のフロンティア？
二次電子放出を低減する方法の研究により、1926年にオランダのエンジニアであるBernhard DHTellegenとGillesHolstによって五極管が発明されました。スクリーングリッドとアノードの間にサプレッサーグリッドと呼ばれる第3のグリッドを追加すると、アノードからノックアウトされた電子がグランドまたは陰極。オーディオファンの使用は言うまでもなく、送信機の四極管は500MHzまで、三極真空管はギガヘルツの範囲まで良好に機能するため、今日、五極管は50MHz未満の送信機で使用されています。
さまざまな種類の真空管
これらの「通常の」チューブとは別に、さまざまな用途向けに設計された多くの特殊な工業用および商用チューブがあります。
マグネトロン
マグネトロンはなく、チューブのアノードと2つの強力な磁石の間に位置し、全体のチューブ状に成形共振空洞と、ダイオードに似ています。電圧が印加されると、チューブが発振を開始し、電子がアノードの空洞を通過して、口笛と同様のプロセスで無線周波数信号を生成します。
X線管
X線管は、医療または研究目的でX線を生成するために使用されます。真空管ダイオードに十分な高電圧が印加されると、X線が放出され、電圧が高くなるほど波長が短くなります。電子が陽極に当たることによって引き起こされる陽極の加熱に対処するために、円盤状の陽極が回転するため、電子はその回転中に陽極のさまざまな部分に当たって、冷却を改善します。
CRTまたはブラウン管
当時、CRTまたは「ブラウン管」が主なディスプレイ技術でした。単色CRTでは、熱陰極または陰極として機能するフィラメントが電子を放出します。アノードに向かう途中で、ウェネルトシリンダーの小さな穴を通過します。このシリンダーは、チューブの制御グリッドとして機能し、電子をタイトなビームに集束させるのに役立ちます。その後、それらはいくつかの高電圧アノードに引き付けられ、集束されます。管のこの部分（陰極、ウェネルト円筒、陽極）は電子銃と呼ばれます。陽極を通過した後、それらは偏向板を通過し、管の蛍光前面に衝突し、ビームが当たる場所に明るいスポットが現れます。偏向板は、電子をその方向に引き付けて反発することにより、画面全体でビームをスキャンするために使用されます。X軸用とY軸用の2つのペアがあります。
オシロスコープ用に作られた小さなCRTで、ウェネルト円筒、円形の陽極、文字Yの形をした偏向板を（左から）はっきりと見ることができます。
進行波管
進行波管は、小型、軽量、高周波での効率が高いため、通信衛星やその他の宇宙船のRFパワーアンプとして使用されています。 CRTと同じように、背面に電子銃があります。 「ヘリックス」と呼ばれるコイルが電子ビームの周りに巻かれ、チューブの入力は電子銃に近いヘリックスの端に接続され、出力はもう一方の端から取得されます。らせんを流れる電波は電子ビームと相互作用し、さまざまなポイントで電子ビームを減速および加速し、増幅を引き起こします。らせんは中央でビーム集束磁石と減衰器に囲まれています。その目的は、増幅された信号が入力に戻って寄生振動を引き起こすのを防ぐことです。チューブの端にコレクターがあり、三極管または五極管のアノードに匹敵しますが、出力は取得されません。電子ビームはコレクターに衝突し、チューブ内のストーリーを終了します。
ガイガーミュラー管
ガイガーミュラー管は放射線計に使用され、一端に穴のある金属シリンダー（陰極）と、特殊なガスで満たされたガラスエンベロープ内の中央（陽極）に銅線で構成されています。粒子が穴を通過してカソードの壁に短時間衝突すると、チューブ内のガスがイオン化して電流が流れます。この衝動は、特徴的なクリックとしてメーターのスピーカーで聞くことができます！