空靈的吸引力–談真空管(二)

上回花了很大的篇幅來介紹電學的發展歷史,因為覺得如果單純介紹真空管而沒提一下電學研究,似乎很難顯現出真空管的偉大。

在前篇提到「已知用電」是遲遲到了1831年的電磁感應現象發現後,人類才能真正產生可用可操控的大電源,之後有關電的應用才能陸續慢慢發展。早期電的發展一樣是比較接近機械類可接觸式的發展模式,例如電報機,電流在電線中傳遞,發射端藉著開關電流的方式來傳遞雙方約定好的電流開關代碼,然後再經人轉譯成文字來溝通,以便慢慢減輕鴿子的負擔(其實早就有郵政工作了,真是愛鬼扯)。亦或是競爭激烈的燈泡研究,也是靠著連接電源的燈絲電阻讓電產生光和熱,達到漸漸照亮全世界的偉大使命。
愛迪生與真空燈泡改變了兩個世界

但一切都有意外,原本認為發電機所發出來的電應該好好地待在導線中傳遞的,但竟然發現在某些不接觸的情況下,電流一樣可以導通,而且還有些憑空產生的感覺(這表示實驗室不可以待太久,會有異象產生)。這個異象的發現源自於燈泡的研究,當時燈泡所要競爭的主題是看誰的燈泡比較耐用,所以投入很大的力氣在燈絲材質的研究。湯姆斯·愛迪生(Thomas Alva Edison)有意無意間在燈泡內置入一段導線,原本是想抑制燈絲的燒毀,但燈絲依然很任性地照燒不誤,只是奇蹟的事情發生了,導線上有時竟然會有電流產生,導線跟燈絲是完全沒有接觸的,是什麼原因讓電流通過?左想右想想不通,沒關係,愛申請專利的愛先生還是申請了電子熱發射的專利,申請完擺著繼續交流與直流電大戰比較重要。

跳過中間的發展(請看上回的說明),真空二極管,真空三極管在電子熱發射的基礎上陸續被發明出來了。真空二極管主要是利用加熱燈絲釋放出電子,而在另一頭的電極(屏極)通電時,交流電(會產生正負交替正弦波的電)在正電範圍時會導通電流,負電範圍不導通電流的異性相吸現象,達到把交流電變成直流電的真空管,所以也稱為是整流管。如果真空管只能整流,那就不會偉大了,因為要得到直流電的方式有別的方法。真空管要偉大並且主宰後續電子領域的發展,是要在三極管出現以後。
真空管極體改變電學應用

三極管是在燈絲跟屏極間加了一個閘極,閘極可以想像是水管中的水龍頭或閥門,藉由控制閥門開孔大小,便可控制管路中的流量大小。把燈絲想成是個源源不絕的電子水庫,屏極是個等待電子的接收桶,電子的天性就是義無反顧地衝向正電端,這時在他們之間加了個可拉扯住電子衝向屏極的閘極,便造就可隨心所欲地控制電流量,也就達到控制放大倍率的效果。至於如何扯住電子,對,就是加負電壓,真空管的設計就是用小的負電壓閘極來控制電流量,理念就是控制端是小的、易操控的,例如聲音的電子源頭訊號,去產生較大的效益,例如推動喇叭放出較大音量,達到四兩撥千斤的功效。

真空管的控制與放大概念,讓電子式操控逐漸超越原本的機械式操控,當然若迄今依然只有真空管的話,那是不可能讓電子式設備主宰現今市場的,畢竟真空管成本高、耗能、龐大、效率不高、精準度不夠等先天條件,早期一兩間教室大的真空管電腦也只能做簡單數學運算而已,但後期真空管的應用還是曾使用在微波爐、人造衛星、飛彈、雷達等不太古老的設備中,後續電晶體、積體電路等的蓬勃發展,更是讓電子設備不斷瀰漫在你我的生活之中,然後你我也就越來越不知道藏在面板背後的電子設備在做些什麼事?這一切的發展間接都受到真空管的影響,因為後續電晶體依然是延續真空管的概念,只是介質改變、技術更加提昇。同時也讓人類從看得見的機械接觸式運作,進展到虛無飄渺的「看不見的動而動」的電子運作模式。
真空管音響發燒迷的世界

從1907年三極真空管的誕生迄今,真空管逐漸從電子設備中退役下來,但它的不準確度卻好似更適合人耳的聆聽,因此真空管依然活躍於音響界,持續服務著發燒的音響迷們,真空管通常也象徵著高級音響不可缺少的靈魂元件一般。同時,架構簡單的真空管音響也好像不死鳥一般,再老的古董機器幾乎都可以修復,個人甚至認為真空管是教導電路學的利器,它超高的容錯率可讓初次接觸電路設計的學生不至於遭受不斷燒元件的挫折感。這或許不是現今一切講求精密該有的態度,但鼓勵學生勇於嘗試,是本人這個電學門外漢所樂見的,至少在學了基本電路歐姆定律後,打開自己設計的真空管音響,那種沉浸於空靈音樂的聽感,相信應該是學習時最大的快樂來源。

涵多路專欄

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