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Elektronen-Verstärker-Röhren

| Elektrotechnische Sammlung
30.12.2019 Seite 96 0

Die Geschichte der Elektronen-Verstärker-Röhre

Objekt des Monats - Januar 2020

Der allgemeine Öffnungstag im Monat Januar:
Dienstag, der 28. Januar 2020,
Öffnungszeit von 14 bis 17 Uhr (Führungen bis 18 Uhr),
Im Mittelpunkt steht die: Elektronen-Verstärker-Röhre.

Mit der Elektronenröhre begann in den 1920-ziger Jahren verstärkt die Entwicklung der Rundfunktechnik.
Die Elektronen-Röhre (im folgenden nur noch Röhre genannt) war das erste Verstärkerbauelement. Es gab die Diode als Gleichrichter, die Triode, Tetrode, Pentode sowie weitere Mehrgitterröhren und Mehrsystemröhren als Verstärker, Mischröhren und Senderöhren. Sie kamen im Besonderen in Rundfunk und Fernsehgeräten sowie auch später in Computern zum Einsatz. Die Röhre gab es in den Bauformen sehr groß, als Senderöhre, große Endröhren und winzig klein als Subminiatur-Röhre.

 

Zur Geschichte der Röhre

Der Physikchemiker Frederick Guthrie entdeckte 1873 die Glühemission. Das Gleiche gelang 1884 auch Edison, der in Folge Edison-Richardson-Effekt benannt wurde. Die Vakuum-Diode wurde 1904 vom englischen Physiker John Ambrose Fleming patentiert.
Der österreichische Physiker Robert von Lieben entwickelte 1906 eine quecksilberdampfgefüllte magnetisch steuerbare Verstärkerröhre, benannt als die Liebenröhre.
Unabhängig von Lieben entwickelte 1907 Lee de Forest die Audionröhre, diese gasgefüllte Röhre hatte, anders als die Liebenröhre, ein Steuergitter.
Ab Mai 1914 entwickelte im Telefunken Röhrenlabor Prof. Rukop die Hochvakuumröhre.
Bei Siemens & Halske in Deutschland entwickelte Walter Schottky 1916 die Tetrode (Schirmgitterröhre). Im Philips-Laboratorium in Eindhoven entwickelte Bernard Tellegen 1926 die Pentode zur Serienreife. Manfred von Ardenne entwickelte 1926 gemeinsam mit Siegmund Loewe eine der ersten Mehrsystemröhren, die sogenannte Dreifachröhre Type 3NF.

Funktion und Eigenschaft der Röhre

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Röhre

| Elektrotechnische Sammlung

In der Röhre herrscht ein Vakuum. Nur im Vakuum können Elektronen von einer Kathode zu einer Anode wandern, gesteuert wird dieser Elektronenstrom mit einem sogenannten Steuergitter. Die Kathode wird beheizt damit diese Elektronen emittieren kann, die nun von der Anode angezogen werden. Besteht die Röhre nur aus Anode, Kathode und Steuergitter, nennt man diese eine Triode, und sie ist zugleich der einfachste Verstärker. Mit zwei Gittern, nennt man die Röhre Tetrode und mit drei Gittern Pentode. Die Gitter (Steuer-, Schirm- und Bremsgitter) beeinflussen die Betriebseigenschaften der Röhre. Im Besonderen ist die Steilheit der Röhre ein Maß der Verstärkung, die durch die Gitter beeinflusst werden. Steilheit bedeutet, welche Eingangsspannung, welchen Anodenstrom verursacht und damit welche Ausgangsspannung am Ausgangswiderstand entsteht, der an der Anode angeschlossen ist. Das Verhältnis Ausgangsspannung zur Eingangsspannung entspricht dann der Verstärkung.

Die Röhre besitzt aber noch eine weitere Besonderheit. Der Eingangswiderstand ist grundsätzlich sehr hoch, was bedeutet, am Steuergitter fließt in der Regel kein Strom. Damit kann die Röhre von einer Spannungsquelle gesteuert werden die einen sehr hochohmigen Innenwiderstand hat. Das Röhrenvoltmeter war deshalb zum Messen sehr kleiner und nicht belastbarer Spannungsquellen sehr gut geeignet. Auch in der Chemie, wo an chemisch wirkenden Sensoren und Messelektroden geringste unbelastbare Spannungen und Ströme anliegen, wurde die Röhre verwendet. Heute verwendet man dazu den Feldeffekt-Transistor. Was die Röhre den Halbleitern jedoch voraus hat, die Röhre ist EMP-fest. EMP heißt elektromagnetischer Puls und wird bei Gewitter durch die Blitze erzeugt oder auch bei einem Atomschlag. Es ist also eine elektrische Entladung, bei der sehr hohe Ströme fließen und dabei ein ebenso starkes Magnetfeld erzeugt wird, das wiederum im Halbleiter Spannungen induziert die, die Sperrschichten der Halbleiter zerstören. Dies kann der Röhre nicht passieren, trotz eines kurzen Stromstoßes an der Anode, bleibt die Röhre intakt.

Auch in der Elektroakustik hat die Röhre noch ihren Platz, man sagt landläufig, „sie klingt wärmer“, und meint damit, dass die Röhre auf Grund ihres linearen Verstärkungsverhaltens keine oder kaum Intermodulationsverzerrungen zulässt. Das äußert sich in einem sauberen klaren Klang und Wiedergabe im Niederfrequenzbereich. Auch heute können noch High-End-Geräte mit Röhren gekauft werden aber dann zu einem hohen Preis. Die Halbleiter mit ihren praktisch besseren Eigenschaften, besonders bezüglich ihrer Leistungsbilanz, haben die Röhre abgelöst. Aber noch nicht vollständig, im Hochfrequenzbereich braucht man die Röhre doch noch. Ohne diese Röhren wäre heute kein Satellitenfernsehen, kein GPS-Navigationssystem und kein Mikrowellengerät möglich. Denn diese speziellen Wanderfeld-Röhren sind dem Halbleiter immer noch haushoch überlegen.

Die Notwendigkeit sich kurz zu fassen, lässt zuweilen offene Fragen zurück. Bei Klärungsbedarf sind die Autoren gern bereit, Ihnen diese zu beantworten (ets@vde-online.de bzw. 0341 35022267)

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