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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),對我們的生活和學(xué)習(xí)都有深遠(yuǎn)影響。

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真空電子學(xué)的首個標(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。

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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,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。

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1906年,美國的李·德佛瑞斯特進(jìn)一步推動了真空電子學(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,人類獲得了第一個電子信號放大器,為信號放大和調(diào)制技術(shù)的突破打開了大門,極大地推動了電子技術(shù),特別是信息技術(shù)的發(fā)展。

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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)用于世界上第一臺計算機(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。

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