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＜真空管の構造と増幅のしくみ＞
真空管は1904年にフレミングによって発明された増幅器です。フレミングの作った真空管は二極管と呼ばれるもので、真空のガラスの中に「フィラメント」（熱源）と「電極」（プレート）を向かい合わせにして入れてあります。
フィラメントをマイナス極に、電極をプラス極につなぐと、電極からフィラメントに向かって電流は流れますが、これを逆につないでも電流は流れません。つまり、電流の流れる向きを一定にすることができるわけです。この働きを応用すれば「整流」（半波整流）を行うことができます。二極管のことをダイオードと言います。ダイオードは半導体とも言います。流れる向きの一方は流し、逆方向には流れない、つまり、「半分導体」ということで半導体です。
フィラメントと電極の間は真空なので、通常何もしなければ電流は流れません。しかし、フィラメントが熱せられると熱電子と呼ばれる電子が飛び出してきます。電極がプラス極なので熱電子は電極に引き寄せられて真空中を移動し電子はフィラメントから電極に向かって飛びます。電子が移動するとその逆方向に電流が流れることになります（電極側からフィラメント側へ）。しかし、電極がマイナス極なら熱電子と反発するので、電子は移動できません。この二極管では増幅の作用はありません。
二極管の発展型、「三極管」と呼ばれる真空管では、２つの極の間にもうひとつ「格子（グリッド）」と呼ばれるものを置いてあります。そしてそのグリッドに与える電圧を変化させることで、２つの極の間を移動する電子の量を変える（電流を制御する）ことができます。これが「増幅作用」です。
初段の電圧増幅用真空管のグリッドに与える電圧はCDなどからの音声（音楽）信号電圧です。この電圧は１V前後と小さい電圧ですが、これをC電源回路で生成されたマイナスの電圧（固定バイアス電圧）としてグリッドに入力します（C電源による生成ではなく、自己バイアスと言う方式もあります）。音声信号は交流なので、グリッドに入力されると音声（音楽）の強弱、高さ（音程）により振幅が生じます。つまり電圧が上がったり、下がったりします。しかもここにはマイナス電圧が掛けられているのでヒーターで暖められたカソード（傍熱管の場合。直熱管の場合はフィラメント）から飛び出た電子（マイナス）は音声電圧の強弱（振幅）で、電圧が低い時は多く（電子の反発が少ない）、電圧が高いときは少なく（電子の反発が多い）飛ぶようになります。三極管では、カソードとプレート間に高い電圧をかけ、グリッドには適度なバイアス（マイナス電圧）をかけることで一定のプレート電流が流れるように設定します。このとき、グリッドにかかるバイアス電圧（マイナス）を音声信号の強弱に合わせ変化（高くしたり低くしたり）させプレート電流を変化（多くしたり少なくしたり）させます。真空管の特性によりまちまちですが、グリッド電圧を固定にしておき（マイナス電圧）、そこに増えたり減ったりする音声電圧を加えると、プレートにはより大きな電圧変化として現れます。これが真空管の増幅作用です。この電圧の変化（増幅の度合い）は、真空管の規格を説明した書物に載っているプレート特性（下図のEp－Ip特性曲線）を見れば判ります。例えば、下図にある電圧増幅管１２ＡＸ７の特性曲線を見ると、グリッド電圧２Vの変化（-2.5Vから-0.5Vまでの2V：図中の赤い線）がプレート電圧では約１２５V（190Vから65Vまで：図中の青い線）となり、増幅率は１２５÷２＝６２．５で約６３倍の増幅となります。ちなみに、赤い線でたどった斜線はロードライン（負荷抵抗線）と言い、この例の場合はプレート電圧は200Vとして200kΩの負荷線です。また、変化したプレート電流に「負荷(抵抗)」をかけることで、より大きな音声信号を取り出しています。
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