1883年，发明家爱迪生在一个真空灯泡里观察到，点亮的灯泡内有电荷从热灯丝经过空间到达冷板，这就是热电子发射现象，后来人们把它称为“爱迪生效应”。热电子发射现象的发现，为研制电子管奠定了基础。 
    (一)二极管的结构及其工作原理 
    电子管是利用电子在真空中受电场力的吸引或排斥作用，进行工作的电子器件。 
    最简单的电子管是二极管，它是在高度真空的密封容器内装有两个金属电极，一个是阴极，呈细长管状，套在灯丝外面，另一个是阳极，呈圆筒状，套在阴极外面。当灯丝通电点燃，间接将阴极加热到1000℃以上时，阴极上大量电子获得能量从金属中逸出，逸出的热电子在阴极金属表面附近堆积，成为空间电荷。 
    我们知道，电子是带负电荷的，此时如果在另一金属板(阳极)加上一个直流正电压并与阴极构成闭合回路，热电子在正电压(电场)的吸引下将从阴极经过空间到达阳极，形成电流，如图1。 
    反之，如果在阳极加上直流负电压(电场)，它将排斥从阴极发射出来的热电子，回路就没有电流。只有当阳极电位高于阴极电位时，闭合回路才有电流流过，因此二极管具有单向导电性。利用二极管的单向导电性，就能把交流电变为直流电。  

   (二)三极管的结构及其工作原理  
    1．结构 
    在二极管的两个电极之间插入一个栅栏状的电极就构成三极管(如图2所示)。这个栅栏状的电极叫做控制栅极，简称栅极，用符号G(grid)表示。结构一般是用镍锰合金丝在支撑物上绕成螺旋形，每圈之间有一定的距离，以便从阴极发射出来的电子能通过这些空隙流到屏极。 
    从三极管各个电极的相对位置来看，栅极与阴极之间的距离较屏极与阴极之间的距离近得多，这使栅极对阴极发射的电子的作用力也比屏极大得多，因而三极管具有放大作用。  
   2．三极管的基本电路 
    要使任何电路工作，都必须是一个闭合的回路。三极管在电路中，有3个基本回路：一是屏极回路，二是栅极回路，三是灯丝回路，如图3所示。 

    在电子管电路中，各极电压都是以阴极为公共端的。屏极与阴极之间的电路是屏极回路，它们之间的电压叫做屏压，以Ua表示，一般屏压总是正的，即屏极电位比阴极电位高，因此屏极回路经常有屏流ia流动。屏极回路的正电源叫做屏极电源，用Ea表示。  
   3．三极管的放大作用 
    将三极管按图3连接好工作电源，这时在电子管阴极附近将产生两个电场，一个是屏极吸引电子的正电场，另一个是栅极排斥电子的负电场。因此电子管屏流ia的大小不仅与屏压有关，并且也与栅负压大小有关。 
    如果设定屏压固定不变，则栅压越负，对电子的排斥力越大，则屏流越小。反之，如果把栅极负电压减小(即绝对值减小)，则栅极对电子的排斥力将减小，屏流ia将随之增加。这个现象说明，在栅极上加入大小不同的负电压，就能控制由阴极流向屏极的电子数量，即栅极有控制屏极电流ia大小的作用。而且由于栅极与阴极的距离比屏极与阴极的距离近，根据电场力和电场强度原理，栅极控制电子的能力比屏极大得多，即栅压Ug有微小的变化，就能引起屏流ia发生较大的变化，这就是三极管具有放大作用的原因。 
    图4是一个简单的三极管放大电路。栅极回路叫输入回路，屏极回路叫输出回路。当在栅极回路接入一个微小的交流电源ex时，就会使栅压Ug发生变化，如果在屏极回路中接入一个电阻Ra，ia流过Ra时在Ra两端的压降变化要比Ug的变化大得多，因此就具有电压放大作用，电阻Ra我们叫它负载电阻。  

    (三)三极管的静态特性曲线 
    电子管的工作特性可以通过曲线图来描述，实际工作中一般都是利用电子管的静态特性曲线来研究和设计其电路。这种分析方法就是我们常说的图解法。电子管电路中，常用的静态特性曲线有屏极特性曲线和屏栅特性曲线两种。特别要注意的是，静态特性曲线是在电子管屏极回路未接入负载电阻时测量出来的特性曲线。

    1．屏极特性曲线 
    屏极特性曲线是将栅压Ug固定在某一数值时，屏流ia与屏压Ua之间的变化关系曲线。不同的栅压可以得到不同的特性曲线，许多条这样的曲线就组成了屏极特性的曲线簇。测量屏极特性曲线簇的电路见图5。 
    先把栅压Ug调整在0V，然后把屏压Ua从零开始逐渐升高，每改变一次屏压就得到一个相应的屏流数值，就可在坐标图上确定一个点，把许多点连接起来就得到一条曲线。然后逐渐调低栅压，用上述调整屏压的方法，量得不同栅压时的屏极特性曲线，依此类推，就可以得到三极管的屏极特性曲线簇。图6是三极管6N8P的屏极特性曲线簇。 
    从图6中可以看出：1)栅压越负，曲线越向右移，因为栅压越负时，只有当屏压增加到能够抵消这个负栅压在阴极附近所产生的排斥电场以后，才会有屏流产生；2)曲线的大部分是彼此平行的直线，间隔也比较均匀，屏压较低时的曲线显得更弯曲。 
    2．屏栅特性曲线 
    测量屏栅特性曲线仍然用图5的电路，只是把屏压Ua固定在某一数值上，记录不同栅压下相应的屏流数值，就可以画出一条屏栅特性曲线。在不同的屏压下画出的多条曲线就组成屏栅特性曲线簇。 
    图7是6N8P的屏栅特性曲线簇。从图7中可以看出，在屏压固定时，随着栅负压的增加，屏流减小。当栅负压增加到某一个数值时，屏流减小到零，这时屏流截止，屏流截止时的栅压称为截止栅压。产生屏流截止的原因是当栅压负到某一数值时，栅极对电子的排斥力恰好抵消了屏压所产生的吸引力，电子不能到达屏极因而屏流截止。从图中也可以看出，屏压越高，特性曲线越往左移，因为屏压越高，要使屏流截止的负栅压就越大。另外，屏流特性曲线还可以说明栅压的变化对屏流的影响是很大的，栅压稍有增加，屏流就会显著增加，例如屏压为250V时，栅压变化1V(由a点-10V变到b点的-9V)，屏流变化2mA(从4mA变到6mA)。  
 

三极管的参数 
    三极管屏流与屏压的关系，除了用静态曲线表示外，还可以用参数来表示。三极管的参数是表示屏流与屏压微小变化量之间的关系，又称微变参数。屏流ia、屏压Ua和栅压Ug的微小变化量分别用△ia、△Ua、△Ug表示，这些微小的变化量称为增量。 
    三极管的主要参数有3个，即跨导、内阻和放大系数。 
    一、跨导 
    跨导的定义是：在屏压保持不变时，栅压Ug在某一工作点上变化一微小增量△Ug将引起屏流ia相应地变化一个增量△ia，其比值S称为跨导。 
    S=（△ia）/（△Ug），(Ua固定) 
    从定义可以看出，跨导具有电导的性质，单位是mA／V。 
    跨导的物理意义是，在屏压固定不变的条件下，栅压变化1V时，屏流变化了多少mA。它表明栅压控制屏流的能力，跨导越大，栅压控制屏流的能力越强。例如在某一固定的屏压下，栅压变化1V能使屏流变化3mA，那么跨导就是 
    S=3/1=3mA／V 
    电子管的跨导还可以从屏栅特性曲线簇上求出，图8中，在Ug为200V时的屏栅特性曲线上，工作点在a位置时，栅压为-7V，屏流为5．7mA。如果栅压升高到-6V，即△Ug=（-6）-(-7)=1V，这时屏流增加到8mA(△ia=8-5．7=2．3mA)，因此a点的跨导是Sa=2.3/1=2．3mA／V 
    在屏压固定的条件下，仍在200V时曲线上的b点，栅压升高1V(-10V到-9V)，屏流从1mA增加到2mA，即△ia=1mA，求得b点的跨导是 s=1/1=1mA／V 
    从以上具体数字可以看出，在特性曲线的不同部分，跨导值的大小是不同的，曲线越陡直(斜率越大)，跨导越大，所以在特性曲线的直线部分，跨导最大，并且差不多是固定的，在弯曲部分跨导值减小。电子管手册上的跨导值，都是指直线部分的跨导值。 

二、内阻 
    电子管内阻的定义是：在栅压不变时，屏压Ua在某一工作点上变化一微小增量△Ua，将引起屏流相应地变化一个增量△ia，它们的比值称为内阻，用符号Ri表示，即Ri=（△Ua）/（△ia）(Ug固定)，单位为k 
    内阻的物理定义是：在栅压不变的条件下，要使屏流变化1mA，屏压需要变化多少伏。它说明屏压对屏流的控制能力，内阻越小，屏压控制屏流的能力就越强。 
    内阻也可以从屏极特性曲线簇上求出，图9中在工作点a时屏压为160V，栅压为-4V，使栅压保持不变，屏压由160V增加到180V(即△Ua=20V)，屏流从8mA相应地上升到11mA(即△ia=3mA)，则a点的内阻为 
    Ri=20/3=6．67k 
    同样由于电子管的屏极特性曲线不是直线，所以曲线上各点的内阻也不相同。例如在工作点b时，用同样方法求出该点的内阻为20k。从图9可以看出，工作点a时的△Ua和工作点b时的△Ua’值相等的情况下，△ia要比△ia’大得多，即工作点a的内阻比b点的内阻要小，可见内阻和跨导相反，曲线越陡(即斜率越大)时，内阻越小，曲线越平直(即斜率越小)，则内阻越大。

    三、放大系数 
    放大系数的定义是：屏压变化一微小增量△Ua，为了保持屏流不变，栅压Ug必须相应地变化一个△Ug，△Ua与△Ug的比值取绝对值，称为放大系数，用符号u表示，即 
    u=|△Ua/△Ug|  (ia固定) 
    放大系数是一个无名数，没有单位。上式中为了保持屏流不变，△Ug和△Ua的符号必定相反，如屏压增加而要保持屏流不变，栅压必须更负，它们的比值是一个负数，而放大系数是一个正数，所以要取绝对值。从上一节图9的屏极特性曲线可以看出，当栅压为-8V，屏压从210V(c点)增加到250V(d点)时，屏流从4．5mA增加到8．5mA，要使屏流保持在4．5mA，栅压必须从-8V减小至-10V(e点)。 
    放大系数是表示栅压对屏流的影响大多少倍。例如某种电子管的放大系数是90，就是栅压对屏流的控制能力是屏压的90倍。 
    四、电子管的跨导S、内阻Ri和放大倍数u之间的关系 
    电子管的三个参数S、Ri和u之间的关系可以用下式求得： 
    Ri=△Ua/△ia，因为增量△Ua与△ia一定是同符号的 
    即Ua是正时，△ia也一定是正的，Ua是负时，△ia也一定是负的，所以Ri=△Ua/△ia≈|△Ua/△ia| 
    根据跨导S的定义S=△ia/△Ug，增量△ia与△Ug也是同符号的，所以 
    S=△ia/△Ug=|△ia/△Ug| 
    把Ri与S相乘得RixS=|△Ua/△ia|×|△ia/△Ug|=|△Ua/△Ug| 
    u的定义是u=|△Ua/△Ug| 
    所以u=Ri×S 
    以上这个方程称为电子管的内部方程，如果知道了3个参数申的任意两个，就可以求出另一个。 
    五、极间电容及其影响 
    被电介质隔开的两个金属体之间存在一定的电容。电子管的电极是用金属制造的，并被真空所隔开，因此各电极之间也存在电容，叫做极间电容。电子三极管有3个电极，如图10所示。根据它们所处的位置不同，它们的名称也不同。栅极和阴极之间的电容Cgk叫做输入电容，屏极和阴极之间的电容Cak叫做输出电容，屏极和栅极之间的电容叫做Cag叫做跨路电容。 
    三极管的各个极间电容量大约在1～20pF范围内。输入电容Cgk和输出电容Cak，虽然会使输入、输出的电容量加大，但影响并不很严重。对电子管工作性能影响最大的是跨路电容Cag。低频时Cag的容抗很大，对电路影响小，但在高频时，Cag的容抗下降，一部分屏极回路中放大了的交流电压就会通过这个电容返回栅极回路，这种现象称为反馈。反馈的电压附加到栅极的信号电压上，这时如果反馈电压与原信号的相位相同，那么输入回路的信号电压将会增大，因此屏极回路负载上得到的交流电压也会增加，又使更大的电压通过Cag反馈到栅极回路，如此继续下去，结果使三极管的工作变得极不稳定，甚至有可能产生自激振荡出现啸叫声，使放大器不能正常工作。这是三极管的主要缺点。