無線電電子學在其發展中經曆了幾次重大的技術革命。每一次革命總是以新一代電子器件的出現為先導,從而推動了無線電技術的廣泛應用。從“愛迪生效應”到電子管的發明和發展,是無線電長河中的一朵絢麗的浪花。並且正是由於20世紀初電子管的發明,才將這一新興技術迅速地推進到實際應用階段。
托馬斯·愛迪生是蜚聲世界的大發明家。他一生中共有大小兩千多項的發明創造,獲得了1300多項專利。像大家熟悉的電燈、留聲機、自動抄報機和電影機都是他發明的。在這位大發明家的發明曆程中,有一個不太引人注目的“小插曲”,那就是在他發明白熾燈的過程中,出現一個被後人稱為“愛迪生效應”的現象。這朵奇異的微弱火花盡管沒有引起愛迪生本人足夠的重視,但是它卻引發了無線電世界的重大革命。
從1878年秋開始,愛迪生致力於延長白熾燈壽命的研究工作。愛迪生和他的助手們試驗用幾千種不同的材料作燈泡的燈絲。1882年春天,愛迪生選用碳絲作為燈絲材料,但由於碳絲易於蒸發,燈泡的壽命隻有1000小時左右。1883年,愛迪生在抽空的燈泡內再封入一根不與燈絲相連接的銅絲。他想借此遏止碳絲的蒸發,從而可延長燈泡的壽命。當他給燈泡通電加熱達到白熾狀態後,如給銅絲加上正電壓,盡管銅絲與燈絲沒有直接接觸,但這時卻有電流通過。如在銅絲上加負電壓,或者不加熱燈絲,則不出現電流。人們將他發現的現象稱為“愛迪生效應”。愛迪生被這個奇怪現象驚呆了:因為在此之前人們隻知道通電導線連通時,才會有電流通過,而現在電流竟能夠飛越燈絲與銅絲之間的真空空間,並且隻有當燈絲處於熾熱狀態和銅絲加有正電壓時,才有電流通過。對一切新發現異常敏感的發明家愛迪生,很快地把這一現象記在了筆記本上並申請了專利。但他沒有興趣去探索這個新現象的實質,而轉向別的研究中去。
被束之高閣的“愛迪生效應”並沒有被長期地塵封下去。“愛迪生效應”引起了大洋彼岸一位名叫JA弗萊明的人的濃厚興趣。
JA弗萊明1849年出生於英國的蘭開斯特,曾就學於倫敦大學和劍橋大學,在卡文迪許研究所中受到麥克斯韋的指導。畢業後,任諾丁漢大學的物理學教授,倫敦愛迪生電燈公司顧問,自1885年起擔任倫敦大學電工學教授。弗萊明得知“愛迪生效應”後,立即著手進行實驗,他發現燈泡內的電流是從陰極(燈絲)流向陽極(加正電壓的銅絲)的帶電粒子流。1884年,弗萊明到美國,向愛迪生闡述了自己的見解,但愛迪生當時正忙於電燈的推廣應用,對於一年前發現的新奇現象不感興趣。1896年,弗萊明被聘為馬可尼無線電公司的顧問。當時,無線電報的發明得了很大突破,但是電報的接收裝置檢波器的效率和性能並不理想,怎樣才能改進檢波器的性能呢?弗萊明開始了這方麵的研究,並注意到了“愛迪生效應”在研究中的運用。
開始時弗萊明采用愛迪生那種封接有銅絲(陽級)的燈泡來對高頻電流進行檢波(或整流),但是檢波或整流效率很低。弗萊明對燈泡結構做了大膽的改進。他認為,必須增大陽極的麵積,以便接收到更多的從陰極(燈絲)飛出來的電子。因此他改用一塊板狀金屬電極來替代原先作為陽極的銅絲,這種陽極也稱為板極。由於現在的陽極具有較大的幾何尺寸,不僅易於收集從陰極發射的電子,而且熱容量也很大,不致因為熾熱陰極的熱輻射和電子的轟擊而使其溫升過高。經過這樣的改進後,檢波和整流效率大大地提高了。經過這樣的改進後,檢波和整流效率大大地提高了。弗萊明將這種隻允許正方向電流通過的燈泡稱為“熱離子閥”。由於這個燈泡內有兩個電極——陰極和陽極,而且玻璃泡內被抽成真空,所以後來人們將它稱為真空二極管。1904年,馬可尼無線電公司在該公司製造的無線電裝置中,以完善後的弗萊明二極管取代粉末檢波器,大大改善了無線電裝置的性能。
真空二極管的發明,標誌著人類馴服電子、控製電子的開始,它是現代各種真空電子器件的先聲。正是在真空二極管的基礎上,隨後出現的三級管、四極管等開辟了電子學的新時代。