【導讀】現(xiàn)在我們知道，愛迪生效應的本質，是熱電子發(fā)射。也就是說，燈絲被加熱后，表面的電子變得活躍，“逃”了出去，結果被金屬銅絲捕獲，從而產生了電流。
1883年，著名發(fā)明家托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）在一次實驗中，觀察到一種奇怪現(xiàn)象。
當時，他正在進行燈絲（碳絲）的壽命測試。在燈絲旁邊，他放置了一根銅絲，但銅絲并沒有接在任何電極上。也就是說，銅絲沒有通電。
碳絲正常通電后，開始發(fā)光發(fā)熱。過了一會，愛迪生斷開電源。他無意中發(fā)現(xiàn)，銅絲上竟然也產生了電流。
愛迪生沒有辦法解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，但是，作為一個精明的“商人”，他想到的第一件事，就是給這個發(fā)現(xiàn)申請專利。他還將這種現(xiàn)象，命名為“愛迪生效應”。
▲愛迪生
現(xiàn)在我們知道，愛迪生效應的本質，是熱電子發(fā)射。也就是說，燈絲被加熱后，表面的電子變得活躍，“逃”了出去，結果被金屬銅絲捕獲，從而產生了電流。
愛迪生申請專利之后，并沒有想到這個效應有什么用途，于是將其束之高閣。
1884年，愛迪生電光公司的技術顧問、英國物理學家約翰·安布羅斯·弗萊明（John Ambrose Fleming）訪問美國，與愛迪生進行會面。愛迪生向弗萊明展示了自己發(fā)現(xiàn)的愛迪生效應，給弗萊明留下了深刻的印象。
▲弗萊明
這個弗萊明，大家應該也比較熟悉。他是一個電學專家，也是一個電機工程師，我們中學經常使用的右手定則，就是他發(fā)明的。
除了傳統(tǒng)電學之外，弗萊明其實還有一個強項，那就是無線電磁學。他年輕的時候，曾經師從麥克斯韋，專門學習無線電磁理論。麥克斯韋臨終前上課，只有兩個學生來聽，其中一個，就是弗萊明。
弗萊明觀摩了愛迪生效應的演示后，也沒有想到這個效應到底能用來干啥。事實上，等到他真正用到它，已經是十幾年后。
1896年，意大利人伽利爾摩·馬可尼（Guglielmo Marconi）成功取得了世界上第一個無線電報系統(tǒng)專利，從而將人類帶入無線通信時代。
▲馬可尼
1899年，馬可尼決定嘗試橫跨大西洋的遠程無線電通信。為了完成這個壯舉，他找來了弗萊明，和他簽約，請他幫忙改進自己的無線電發(fā)射機和接收機。
弗萊明也確實沒有辜負馬可尼的期望，大幅改進了馬可尼的設計，幫助實現(xiàn)了跨大西洋無線通信實驗。（可惜，馬可尼刻意對外隱瞞了弗萊明的貢獻，還“忘記”了自己承諾要給弗萊明的500股股票獎勵，把弗萊明氣得半死。）
弗萊明在改進無線通信系統(tǒng)的時候，遇到了很多技術挑戰(zhàn)。其中，最大的挑戰(zhàn)，就是無線信號的接收。
簡單來說，就是在接收端，如何檢波信號，放大信號，讓信號能夠被完美解讀。
放大信號大家都懂，那什么是檢波信號呢？
所謂信號檢波，其實就是信號篩選。天線接收到的信號，是非常雜亂的，什么信號都有。我們真正需要的信號（指定頻率的信號），需要從這些雜亂信號中“過濾”出來，這就是檢波。
想要實現(xiàn)檢波，單向導通性（單向導電）是關鍵。
大家都知道，無線電磁波是高頻振蕩，每秒高達幾十萬次的頻率。無線電磁波產生的感應電流，也隨著“正、負、正、負”不斷變化，如果我們用這個電流去驅動耳機，一正一負就是零，耳機就沒辦法反應出信號。
采用單向導電性，正弦波的負半周就沒有了，全部是正的，電流方向一致，把高頻過濾掉之后，耳機就能夠輕松體現(xiàn)出電流的變化。
在這里，我要先給大家介紹一樣東西——礦石檢波器。
1874年，德國科學家卡爾·布勞恩（Karl Ferdinand Braun）發(fā)現(xiàn)，有一些天然礦石（金屬硫化物）具有電流單向導通的特性，可以用于整流（將交流電變成直流電）。
1894年，英屬印度物理學家賈格迪什·錢德拉·博斯（Jagadish Chandra Bose）基于卡爾·布勞恩的發(fā)現(xiàn)，利用方鉛礦（硫化鉛）的單向導電性，制成了世界上第一個檢波器——礦石檢波器。
1900年，美國人格林里夫·惠特勒·皮卡德（Greenleaf Whittier Pickard），基于礦石檢波器，成功制造了世界上第一個礦石收音機。這為后來無線電廣播的迅速普及奠定了基礎。
弗萊明在研究如何改進無線電接收機的時候，采用了礦石檢波器。但是，他想起了之前的愛迪生效應，他想到——是不是可以基于愛迪生效應的電子流動，設計一個新型的檢波器呢？
就這樣，1904年，世界上第一只真空電子二極管，在弗萊明的手下誕生了。當時，這個二極管也叫做“弗萊明閥”。（真空管，vacuum tube，也就是電子管，有時候也叫“膽管”。）
▲弗萊明發(fā)明的二極管
弗萊明的二極管，結構其實非常簡單，就是真空玻璃燈泡里，塞了兩個極：一個陰極（Cathode），加熱后可以發(fā)射電子；一個陽極（Anode），接收電子。
▲旁熱式二極管
玻璃管里之所以要抽成真空，是為了防止發(fā)生氣體電離，對正常的電子流動造成影響，破壞特性曲線。（抽成真空，還可以有效降低燈絲的氧化損耗。）
二極管的出現(xiàn)，解決了檢波和整流需求。但是，它還有改進的空間。
1899年，馬可尼應邀到美國做無線電通訊表演。他的表演，吸引了一個年輕人的關注。這個年輕人，就是剛剛獲得博士學位的德福雷斯特（De Forest Lee）。
▲德福雷斯特
德福雷斯特為馬可尼的無線電感到著迷。于是，他投遞簡歷，想要加入馬可尼的公司。結果，遭到拒絕。
被拒絕之后，德福雷斯特沒有放棄，而是繼續(xù)研究無線電通信。他的目光，放在了弗萊明的二極管上。
1906年，德·福雷斯特在真空二極電子管里，巧妙地加了一個柵板（“柵極”），發(fā)明了真空三極電子管。
▲德·福雷斯特發(fā)明的三極管
柵板的主要作用，是控制電流。
柵極上很小的電流變化，能引起陽極很大的電流變化，而且，變化波形與柵極電流完全一致。所以， 三極管有信號放大的作用。
現(xiàn)在看來，真空三極管的發(fā)明，是電子工業(yè)領域的里程碑事件。
這個小小的元件，集檢波、放大和振蕩三種功能于一體，為電子技術的發(fā)展奠定了基礎。
▲一開始的三極管是單柵，后來變成了兩個板子夾在一起的雙柵，再后來，干脆變成了整個包起來的圍柵
▲真空管
真空三極管是那一時期電子工業(yè)的心臟?；谒?，我們才有了性能越來越強大的廣播電臺、收音機、留聲機、電影、電臺、雷達、無線電對講等。
▲真空管收音機的內部構造（可以看到很多個真空管）
德·福雷斯特發(fā)明了三極管之后，很快陷入與弗萊明以及馬可尼公司的專利官司。
雙方互相起訴，弗萊明認為德·福雷斯特侵犯了自己的二極管專利，而德·福雷斯特則認為自己的改進很大，足以形成新的專利。官司打了很久，最終，雙方達成和解，相互授權對方生產二極管（三極管）。
三極管誕生后，因為能放大信號，所以受到了美國通信巨頭AT&T公司的關注。
當時，AT&T公司打算建造一條連接美國東西海岸的跨大陸電話線，急需解決信號放大問題。在沒有三極管之前，放大信號只能用中繼器，但是中繼器的效果不好，且成本較高。
三極管的出現(xiàn)，給AT&T公司帶來了新的選項。
1913年7月，經過一番討價還價，AT&T公司以39萬美元的價格，買下了德·福雷斯特的三極管專利。
再后來，AT&T認識到電子管這類基礎研究對于產業(yè)發(fā)展的重要作用，于1925年正式成立了“貝爾電話實驗室公司”。這個公司，就是后來大名鼎鼎的貝爾實驗室。
1912—1920年，美國西電公司（Western Electric，簡稱WE）研制出具有實用性的球形電子三極管，發(fā)燒友稱之為“洋蔥頭”電子管。
1924年，美國RCA公司（Radio Corporation of America）研制出效率較高的三極真空電子管。這種古典管在第一次世界大戰(zhàn)中得到廣泛應用。
1919年，德國的肖特基提出在柵極和正極間加一個簾柵極的想法。這個想法被英國的朗德在1926年實現(xiàn)。這就是后來的四極管。再后來，荷蘭的霍爾斯特和泰萊根又發(fā)明了五極管。
到了20世紀40年代，計算機技術研究進入高潮。人們發(fā)現(xiàn)，電子管的單向導通特性，可以用于設計一些邏輯電路（例如與門電路、或門電路）。于是，他們開始將電子管引入計算機領域。
1946年，賓夕法尼亞大學的工程師埃克特和物理學家毛希利等人，共同研制出了真正意義上的第一臺通用型電子計算機——埃尼阿克（ENIAC）。
大家應該都知道埃尼阿克。這臺鋼鐵巨獸，使用了18000多只電子管，重130多噸，占地面積170多平方米，每秒鐘可作5000多次加法運算。之前的計算機需要2小時完成的計算任務，ENIAC只需要3秒鐘，在當時堪稱奇跡。
上世紀40-50年代，電子管的發(fā)展達到了高潮。但是，隨著技術的進步，人們發(fā)現(xiàn)，電子管已經無法滿足產品設計的需求。
一方面，電子管容易破損，故障率高；另一方面，電子管需要加熱使用，很多能量都浪費在發(fā)熱上，也帶來了極高的功耗。
所以，人們開始思考——是否有更好的方式，可以實現(xiàn)電路的檢波、整流和信號放大呢？
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