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你不得不知道的真空電子學(xué)歷史

2024/05/15

真空電子學(xué)是一門研究真空中與電子相關(guān)的物理現(xiàn)象的學(xué)科。主要研究電子的產(chǎn)生、電子與電磁波和材料的相互作用，是各類電子真空器件和粒子加速器等真空電子裝置的基礎(chǔ)，對(duì)我們的生活和學(xué)習(xí)都有深遠(yuǎn)影響。

真空電子學(xué)的首個(gè)標(biāo)志性產(chǎn)品是真空管，它常被形容為與燈泡形態(tài)相似，這并非空穴來風(fēng)，其誕生確實(shí)與燈泡有著緊密的聯(lián)系。1883年，托馬斯·愛迪生在解決高溫?zé)艚z蒸發(fā)問題的過程中，嘗試在燈泡內(nèi)加入金屬片，意外發(fā)現(xiàn)電流能夠穿越真空，從灼熱的燈絲傳導(dǎo)至燈泡內(nèi)的金屬極板上。盡管當(dāng)時(shí)愛迪生尚未洞悉這一現(xiàn)象的深層機(jī)制，但這一發(fā)現(xiàn)后來被譽(yù)為“愛迪生效應(yīng)”，為真空電子學(xué)的發(fā)展奠定了基石。

1904年，英國的約翰·弗萊明巧妙地利用了愛迪生效應(yīng)，成功研制出世界上第一根真空二極管——靈敏檢波二極管。

這一器件由發(fā)射電子的燈絲和陽極構(gòu)成，二者均置于真空環(huán)境中。當(dāng)燈絲加熱至一定溫度時(shí)，便能發(fā)射電子，這些電子隨后被陽極收集，從而導(dǎo)通連接二極管的外電路。

這一創(chuàng)新被廣泛應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的檢波器中，極大地提升了系統(tǒng)的靈敏度和可靠性。

1906年，美國的李·德佛瑞斯特進(jìn)一步推動(dòng)了真空電子學(xué)的發(fā)展，他發(fā)明了真空三極管。

這一器件在二極管的基礎(chǔ)上，引入了柵極這一新元素，使得柵極上微小的電壓變化能夠在陽極上引發(fā)顯著的電壓變化。由此，人類獲得了第一個(gè)電子信號(hào)放大器，為信號(hào)放大和調(diào)制技術(shù)的突破打開了大門，極大地推動(dòng)了電子技術(shù)，特別是信息技術(shù)的發(fā)展。

在20世紀(jì)中期之前，半導(dǎo)體技術(shù)尚未普及，真空電子器件幾乎成為所有電子設(shè)備的核心組件。它們廣泛應(yīng)用于世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)、雷達(dá)、廣播、電視以及人造衛(wèi)星的高頻發(fā)射機(jī)等眾多領(lǐng)域，深刻改變了人們的工作方式和生活面貌。