電子學/真空管
第一個真空二極體是由托馬斯·愛迪生於1904年製造的。這些最初的電子管只能用於整流。三年後的1907年，李·德福雷斯特發明了三極體，它可以放大電壓和功率。
真空管也稱為熱離子管、熱離子閥、電子管、閥以及簡單的管。
雖然對於大多數電子產品，真空管已被電晶體取代，但仍然有一些用途需要使用真空管。真空管常用於高階Hi Fi放大器，並且由於其“溫暖”的音調，通常比電晶體更受歡迎。它們在吉他放大器中也通常更受青睞，這既是因為它們在過載時具有更平滑的削波，也因為音調更溫暖。
最後，真空管用於高頻通訊（在會損壞固態元件的頻率下），以及衛星和軍事通訊，因為它們具有耐用性（它們比固態元件更能抵抗太陽輻射，並且不受電磁脈衝的影響）。
無源元件沒有增益，也不是閥門
- 穩壓器：一種有源元件，它接受一系列電壓並輸出一個恆定電壓。
真空管是一個（通常是玻璃）容器，從中抽出空氣。管內有兩個或多個“元件”。
- 陰極：（電子發射器）有一個電加熱燈絲（你通常可以看到它發出紅光），它會發出電子，這些電子穿過真空到達陽極（電子接收器）。
- 陽極（又稱板極）：是一個導電（通常是金屬）板，連線到正電壓。負電子從陰極流向陽極。
只有陰極和陽極元件的真空管是二極體。只有當陽極相對於陰極具有正電壓時，電流才會流動。
- 網格：金屬柵格或網格放置在陰極和陽極之間，以產生可以放大訊號的器件。
注意：一個具有3個元件（一個網格）的管是三極體，具有2個網格的是四極管，具有3個網格的是五極管。
陰極和陽極之間的網格控制電子流。透過對網格施加負電壓，可以控制電子流。這是真空管放大器的基礎。
真空管包含加熱燈絲。這類似於在標準燈泡中發現的燈絲。燈絲通常在低電壓下執行（6V 和 12V 常見，儘管可以找到各種燈絲電壓的電子管）。燈絲被陰極包圍。燈絲的結構是將陰極加熱到大約 800 攝氏度，此時陰極開始發射電子。電子通常漂浮在陰極的表面，這被稱為空間電荷。陽極通常保持比陰極更正，因此它將電子從陰極拉出。
從陰極到陽極方向的電壓差稱為正向偏置，是正常工作模式。如果施加到陽極的電壓相對於陰極變為負值，則不會有電子流動。在電子學中，真空電子管或閥門是一種控制電流的器件。透過密封容器中的真空。真空管依靠熱電子發射從熱燈絲髮射電子。
以下是各種電子管引數的解釋
| 名稱 | 描述 |
|---|---|
| Va（或 Vp） | 陽極（板極）電壓（更準確地說，是 Vak 或 Vpk，因為它是相對於陰極的電壓） |
| Ia（或 Ip） | 陽極電流 |
| Ra（或 Rp） | 陽極負載電阻 |
| ra（或 rp） | 陽極電阻（內部。與 Ra/Rp 分開，不要混淆） |
| Vg | 控制柵極電壓（更準確地說，是 Vgk，因為它也相對於陰極） |
| Vk | 陰極電壓 |
| Ik | 陰極電流 |
| Vg2 | 屏柵電壓 |
| Ig2 | 屏柵電流 |
真空管二極體僅包含兩個電極（除了加熱器）：陰極和陽極。燈絲加熱陰極，產生空間電荷。然後，陽極上的相對正電壓將電子從陰極吸收到陽極，產生二極體的單向電流。電流不會從陽極流向陰極。
與矽二極體一樣，真空管二極體可用於各種功能。例如，它們可用於倍壓器、包絡檢波器和整流器。
常見的整流管有：5AR4/GZ-34、5V4-GA、GZ37、5U4-G/GA/GB、5Y3-G/GA、5R4GYB 和 5R4-G/GY/GYA。不同的整流管具有不同的最大電壓、電流額定值和正向壓降。有些具有 5V 燈絲，而其他則具有 6.3V。有些比其他的消耗更多的燈絲電流。
有些整流器是半波（單二極體），有些是全波，包含一個陰極，但有兩個陽極，每個波形一半一個，如右側的全波整流器影像所示。
| 電子管型別 | 最大交流電壓 | 峰值反向電壓 | 最大直流電壓 | 最大直流毫安 | 正向壓降 | 燈絲電壓 | 燈絲電流 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5AR4-G/GY/GYA | 750 | 3100 | 358 | 250 | 67 | 5 | 2000 |
| 5AR4-GYB | 900 | 3100 | 362 | 250 | 63 | 5 | 2000 |
| 5Y3-G/GA | 350 | 1400 | 365 | 125 | 60 | 5 | 2000 |
| 5U4-GB | 450 | 1550 | 375 | 275 | 50 | 5 | 3000 |
| 5U4-G | 450 | 1550 | 381 | 225 | 44 | 5 | 3000 |
| 5U4-GA | 450 | 1550 | 381 | 250 | 44 | 5 | 3000 |
| GZ37 | 450 | 1000 | 388 | 350 | 37 | 5 | 2800 |
| 5V4-GA | 375 | 1400 | 400 | 175 | 25 | 5 | 2000 |
| 5AR4/GZ-34 | 425 | 1500 | 415 | 250 | 10 | 5 | 1900 |
| 6CA4/EZ81 | 450 | 1300 | 500 | 150 | 20 | 6.3 | 1000 |
速調管是一種用於產生微波能量的真空管。該器件與磁控管相關，但並不相同。速調管是在磁控管之後發明的。
速調管的工作原理稱為速度調製。
速調管是一個細長的真空管。一端有一個電子槍（加熱器、陰極、束形成器），另一端有一個陽極。中間有一系列環形諧振腔結構，使電子束穿過孔。
第一個和最後一個諧振腔在電氣上連線在一起。
在陰極處，電子束相對平滑。電子束的密度自然會略有增加和減少。當電子束穿過諧振腔的孔時，電子束的任何變化都會導致腔體靜止電磁（EM）場的一些變化。腔體的EM場開始振盪。然後，腔體的振盪EM場會對穿過的電子產生影響，使其透過速度變慢或變快。
當電子受到第一個腔體的電磁場影響時，它們的速率會發生變化。這種速度的變化稱為速度調製。當電子到達最後一個腔體時，電子束中形成了明確的電子團。這些電子團與最後一個腔體強烈相互作用，導致其以更明顯的幅度振盪。一部分最後一個腔體的能量被提取出來，並反饋到第一個腔體以增強其振盪。第一個腔體更強的振盪會產生電子束中更強的電子團聚，從而導致最後一個腔體更強的振盪，以此類推。這就是正反饋。
輸出的微波能量被提取出來，用於高功率微波裝置，例如遠端初級雷達系統。
速調管是一種相干微波源，因為它可以產生具有恆定相位的輸出。當與訊號處理結合使用時，這是一個有用的屬性，可以測量雷達目標屬性，例如多普勒頻移。
相關的微波真空管有行波管（TWT）和行波放大器（TWA）。一種結合了這些器件和速調管某些方面的混合器件被稱為雙速調管。
磁控管用於產生微波。
這是最初用於生產微波的裝置，發明於第二次世界大戰期間，用於雷達裝置。
磁控管的工作原理稱為速度調製。
包含陰極的圓形腔室被多個諧振腔包圍並連線。腔室的壁是陽極。腔體的尺寸決定了輸出訊號的頻率。一個強磁場穿過腔室，由一個強大的磁鐵產生。陰極類似於大多數熱電子管，但由於大多數磁控管中使用的功率水平，需要堅固的結構。早期的實驗設計使用直接加熱的陰極。現代的高功率設計使用一個堅固的管狀陰極，其中包含一個加熱元件。
陰極表面上的自然激發電子被吸引到腔室中，朝向外壁或陽極。當電子向外移動時，它們穿過產生垂直於運動方向和磁場方向的力的磁場。電子移動得越快，產生的側向力就越大。結果是電子在向腔室外部移動時圍繞中心陰極旋轉。
當電子經過諧振腔的入口時，會對腔體中靜止的電磁（EM）場產生擾動。腔體開始振盪。當另一個電子經過腔體時，它也會與內部電磁場相互作用。電子的運動可以被腔場減慢或加速。隨著更多的電子與腔體電磁場相互作用，腔體內部的振盪增強，對經過電子的影響也更加明顯。
最終，在中心腔室內形成了一組電子一起旋轉。任何落後於一組的電子都會受到諧振腔場的推動。任何速度過快的電子都會被腔體吸收多餘的能量。這就是速度調製效應。諧振和電子相互作用的頻率約為 GHz。（每秒 10^9 個週期）
為了從磁控管輸出訊號，其中一個腔體用一個狹縫或探針連線，以將能量引導到波導中進行分配。
用於雷達的磁控管以短持續時間和高電流脈衝工作。用於微波爐的磁控管以連續的低電流驅動。
用於二戰轟炸機的磁控管（由英國皇家空軍操作）有時被封在一個遮蔽盒中，以便機組人員可以加熱他們的飛行餐，因此出現了第一批微波爐。
陰極射線管或 CRT 是一種特殊的真空管，當電子束撞擊磷光體表面時，會在上面產生影像。電視機、計算機、自動取款機、電子遊戲機、攝像機、顯示器、示波器和雷達顯示器都包含陰極射線管。使用多束電子的熒光屏使 CRT 能夠顯示數百萬種顏色。
第一個陰極射線管掃描裝置是由德國科學家卡爾·費迪南德·布勞恩於 1897 年發明的。布勞恩引入了一種帶有熒光屏的 CRT，稱為陰極射線示波器。當電子束撞擊螢幕時，螢幕會發出可見光。
電視映象管基本上是陰極射線管。電子束由電加熱燈絲產生，該電子束由兩個磁場引導到螢幕上的特定位置。電子束移動得非常快，以至於人眼不僅可以看到一個特定點，還可以同時看到螢幕上的所有點，從而形成可變的影像。
- 顏色是透過同時啟用 3 個或更多不同顏色的螢幕點並以可變的程度實現的。
這兩個磁場，一個是用於垂直偏轉，一個是用於水平偏轉，它們由外部線圈提供給電子束。
示波器映象管基本上與電視映象管相同，但電子束由內部金屬部件提供的兩個靜電場引導。這是必要的，因為示波器使用非常廣泛的同步頻率進行偏轉，而電視機使用固定頻率，因此在如此寬的頻率範圍內驅動大型線圈非常困難。對於相同尺寸的螢幕，示波器映象管比電視映象管深得多，因為偏轉角很小。電視映象管的偏轉角為 90°。
