Wissenswertes zu Elektronenröhren

Elektronenröhren waren die ersten weitreichend verfügbaren aktiven Bauteile in der Elektrotechnik. Heute haben günstigere Transistoren viele dieser Aufgaben übernommen. In besonderen Einsatzgebieten wie der Tontechnik werden die Röhren aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften dennoch weiterhin eingesetzt.

Aufbau und Funktionsweise von Elektronenröhren

Elektronenröhren sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Ihr innerer Aufbau ist aber immer gleich. In einem vakuumierten Glaskolben befindet sich ähnlich wie bei einer Glühlampe eine Heizwendel. Dieser Glühdraht dient zur Emission von freien Ladungsträgern in der Form von Elektronen und wird Kathode genannt. Sie ist stets negativ geladen.

Auf der anderen Seite des Glaskolbens befindet sich eine Metallplatte. Dies ist die positiv geladene Anode. An diese wird im Normalbetrieb eine positive Spannung angelegt, die die freien Elektronen anzieht. Eine höhere positive Spannung geht mit einem linearen Anstieg der so entstehenden Stromstärke einher.

Die Röhre in dieser einfachsten Form besitzt so zwei Elektroden. Daher wird sie Dioden-Elektronenröhre genannt. Sie lässt sich als Diode oder einfacher Gleichrichter einsetzen. Wird die Spannung in die falsche Richtung angelegt, bildet sich an der Anode eine negative Spannung. Diese stößt Elektronen ab und verhindert so einen Stromfluss durch die Röhre.

Trioden fügen diesem Aufbau ein Gitter hinzu, das zwischen Kathode und Anode im Glaskolben platziert ist. Dieses wird Steuergitter genannt und fungiert ebenfalls als Elektrode. Daran liegt eine variable negative Spannung an, welche die der Kathode übersteigt. Je höher diese Spannung ist, desto weniger Elektronen erreichen die Anode, da sie vom negativ geladenen Gitter zur Kathode zurückgestoßen werden. Die Stärke des elektrischen Stroms von der Kathode zur Anode wird so invers vom Gitterstrom bestimmt. Der Anodenstrom ist dabei gleichzeitig höher als der Gitterstrom. So lassen sich Trioden als Verstärker einsetzen.

Zusätzlich zur Triode mit einem Steuergitter sind auch Elektronenröhren mit mehreren Gittern erhältlich. Tetroden verfügen zusätzlich über ein sogenanntes Schirmgitter. Dieses befindet sich hinter dem Steuergitter und ist ebenso wie die Kathode positiv geladen. Dies schafft gleichmäßigere Bedingungen am Steuergitter. Allerdings treffen die Elektronen mit höherer Geschwindigkeit auf die Anode, weshalb sie von dieser nicht direkt aufgenommen werden und eine Elektronenwolke bilden.

Um dieses Problem der Tetrode zu vermeiden, bietet die Pentode darüber hinaus ein Bremsgitter mit negativer Spannung vor der Anode. Wie der Name schon sagt, bremst dieses den Elektronenstrom. So wird eine Elektronenwolke vermieden, die den Anodenstrom beeinflusst. Gleichzeitig ist der Elektronenstrom im Vergleich zur Triode feiner steuerbar.

Heptoden mit insgesamt fünf Gittern verfügen über ein weiteres Schirm- und Bremsgitter und verstärken diesen Effekt weiter.

Einsatz von Elektronenröhren

Elektronenröhren sind seit dem frühen 20. Jahrhundert im Einsatz und wurden zu Beginn in vielen Geräten eingesetzt. Sie waren die einzig verfügbaren aktiven Bauteile. Sie fanden besonders in den ersten Fernsehern und Radioempfängern Verwendung.

Heute haben Transistoren und andere Halbleiterbauteile viele ihrer Aufgaben übernommen, da sie günstiger sind, weniger Platz benötigen und weniger aufwendig kontaktiert werden müssen. Zudem sind sie mechanisch belastbarer und altern nicht.

Besonders in Audio- und Funkverstärkern sowie in der Hochfrequenztechnik werden dennoch auch heute weiterhin Elektronenröhren verbaut. Als Audioverstärker werden klassische Röhrenverstärker aufgrund ihres subjektiv empfundenen weicheren Klangbildes bevorzugt. Sie verfügen über eine nicht perfekt lineare Kennlinie, die aber besonders bei der Verstärkung von Gitarren sehr beliebt ist.

Hier kommen entweder Trioden oder Pentoden-Elektronenröhren zum Einsatz. Pentoden punkten dabei durch ihren kontrollierten Elektronenfluss. Die zusätzlichen Gitter verursachen jedoch durch ihre Interferenzen ein höheres Grundrauschen an der Anode. Daher werden oft zwei Trioden in Reihenschaltung bevorzugt. Diese Verschaltung wird Kaskode genannt und bietet die Vorteile der Pentode ohne das störende Rauschen.

In der Funk- und Hochfrequenztechnik sind solche Röhren besonders begehrt, da sie für sehr hohe Leistungen bis in den Megawattbereich und sehr hohe Frequenzen bis zu 1 Gigahertz geeignet sind. Zudem verfügen sie selbst in diesen Extrembereichen über geringe störende Kapazitäten und bieten konstante Parameter über einen weiten Frequenzbereich.

Was ist beim Kauf von Elektronenröhren zu beachten?

Elektronenröhren werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt und sind in mehreren Varianten verfügbar. Dioden, Trioden und Pentoden eignen sich jeweils für verschiedene Einsatzgebiete. Die genauen Daten der Bauteile finden Sie bei Conrad unter dem Reiter „Technische Daten“ oder im Datenblatt auf der jeweiligen Produktseite.

Die Anzahl der Elektroden ist namensgebend für die Art der Röhre. Zusätzlich zu Kathode und Anode handelt es sich bei jeder weiteren Elektrode um ein Gitter zur Steuerung des Elektronenstroms. Trioden verfügen dabei über ein, Tetroden über zwei und Pentoden über drei Gitter.

Für bestimmte Kenndaten existieren standardisierte Typenbezeichnungen. Viele davon wurden von der ECC festgelegt. Suchen Sie ein Ersatzteil oder benötigen Sie eine bestimmte Röhre, können Sie sich an diese Kennzeichnung halten. Sie ist auch auf dem Bauteil aufgedruckt.

Röhren ohne Gitter sind die einfachste Form der Elektronenröhren und eignen sich als Gleichrichter oder Diode. Trioden und Pentoden lassen sich dagegen als Verstärker einsetzen, da der Anodenstrom direkt durch das elektrische Feld des Steuergitters beeinflusst wird. Je höher die Spannung am Steuergitter, desto stärker wird der Elektronenfluss gehemmt. Das Signal wird somit invers verstärkt.

Die Anodenspannung gibt die maximale positive Spannung an, die an der Anode angelegt werden darf. Wie hoch die Stromstärke dann sein darf, entnehmen Sie dem Wert des Anodenstroms. Die optimale Stromversorgung der Kathode ist unter Heizspannung und Heizstrom angegeben. Werden diese Werte korrekt eingehalten, nimmt die Röhre keinen Schaden.

Einige dieser Varianten sind auch als Doppel-Röhre verfügbar. In einer Doppeltriode sind so im selben Glaskolben zwei voneinander unabhängige Trioden verbaut. Dies ermöglicht platzsparende Kaskodenschaltungen.

Die meisten Röhren verfügen über den gängigen Noval-Sockel mit 9 Pins. Es sind aber auch Röhren mit anderen Anschlüssen wie etwa dem Rimlock-Sockel verfügbar, die über weniger Pins verfügen.

Fazit

Bei Elektronenröhren handelt es sich um vergleichsweise alte Bauteile aus der Elektronik, die aber aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften immer noch Anwendung finden. Besonders Tontechniker freuen sich über ihre nichtlineare Verstärker-Kennlinie, während Funker vom breiten Frequenzspektrum und der hohen Bandbreite der Röhre profitieren.

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