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Ratgeber

Elektronenröhren

Totgesagt leben länger. Diese Binsenweisheit betrifft auch die Elektronenröhre, deren Ende in den 1970 Jahren besiegelt schien. Halleiterbauteile wie Dioden und Transistoren konnten dieselben Funktionen übernehmen und waren erheblich kleiner, kostengünstiger und langlebiger. Dennoch hat die Röhre überlebt, zum Beispiel in der Audiotechnik. Sie gilt hier nach wie vor als das Nonplusultra, vor allem bei Musikern.

In unserem Ratgeber machen wir sie mit den Funktionen und Typen gängiger Röhren vertraut.

 



Was sind Elektronenröhren?

Die Elektronenröhre ist ein elektronisches Bauteil mit jahrzehntelanger Tradition. Sie dient dazu, ein elektrisches Signal zu verstärken, zu schalten oder zu modifizieren. Die Steuerung erfolgt durch bewegte Elektronen in einem Vakuum bei sehr niedrigem Druck oder in Gegenwart von speziell ausgewählten Gasen.

Die ursprüngliche Elektronenröhre war die entscheidende Komponente für die Entwicklung der Elektronik in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Sie ermöglichte unter anderem die Verbreitung und Kommerzialisierung von Rundfunk, Fernsehen, Radar, Audio, Telefonnetzen, analogen und digitalen Computern und industriellen Steuerungen. Einige dieser Anwendungen gab es schon vorher, aber sie erfuhren durch die Röhre ein explosives Wachstum.

Im Lauf ihrer Geschichte wurden viele Arten von Röhren eingeführt, die grundlegenden Funktionsprinzipien sind allerdings geblieben, und zwar:

  • Edison-Effekt

    Die Mehrheit der Elektronenröhren basiert auf der Eigenschaft von Metallen, bei Erwärmung Elektronen aus ihrer Oberfläche abzugeben.

  • Ionisierte Gase

    In anderen Fällen werden die Eigenschaften der elektronischen Leitung in ionisierten Gasen genutzt, dies ist vor allem bei Spannungsreglern, Quecksilberdampf-Gleichrichtern und Schaltröhren wichtig.

  • Photoelektrischer Effekt

    Häufig beruht das Funktionsprinzip auf der Emission von Elektronen durch den photoelektrischen Effekt.

Der Niedergang der Elektronenröhre begann mit der Erfindung des Transistors und der anschließenden Entwicklung von Halbleiterbauelementen. Die waren und sind nach wie vor viel kleiner, billiger und zuverlässiger als die Röhre. Sie überlebt aber auch heute noch in bestimmten industriellen Anwendungen, zum Beispiel in leistungsstarken Hochfrequenzsendern, Radarsystemen und Mikrowellen-Magnetrons. In Vor- und Leistungsverstärkern der Audiotechnik sind Elektronenröhren seit Jahrzehnten der Goldstandard. Vor allem Elektrogitarristen und HiFi-Enthusiasten schwören auf den warmen Klang von Röhrenverstärkern, unter anderem hervorgerufen durch deren nichtlineare Kennlinien. Eine Eigenschaft, die selbst mit hochentwickelten Transistor-Endstufen kaum erreichbar ist.



Wie funktionieren Elektronenröhren?

Obwohl es eine große Vielfalt an Elektronenröhren gibt, basieren sie sowohl in ihrer Anwendung als auch in ihren Funktionsprinzipien auf gemeinsamen Merkmalen, die mit der fortschreitenden technologischen Entwicklung noch optimiert wurden.



Die wichtigsten Typen der Elektronenröhren

Dioden

Diese einfache und heute kaum noch verwendete Gleichrichterröhre besteht lediglich aus der Kathode und der Anode. Die Kathode wird entweder indirekt oder direkt beheizt. Bei indirekter Beheizung ist ein Heizelement in der Kathodenumhüllung enthalten. Im Betrieb wird die Kathode durch Stromzufuhr auf Rotglut erhitzt.

Die zu gleichrichtende Wechselspannung wird zwischen der Kathode und der Anode angelegt. Wenn die Anodenspannung in Bezug auf die Kathode positiv ist, zieht sie die Elektronen von der Kathode an, so dass ein Elektronenstrom von der Kathode zur Anode durch die Röhre fließt. Bei negativer Anodenspannung werden keine Elektronen von der Anode emittiert, so dass kein Strom zur Kathode fließen kann.


Triode

Die Triode ist eine elektronische Verstärkerröhre, die aus drei Elektroden innerhalb einer evakuierten Glashülle besteht: eine beheizte Kathode, ein Gitter und eine Anode. Die Triode war der erste praktische elektronische Verstärker und der Vorfahre anderer Typen von Vakuumröhren. Ihre Erfindung begründete das Zeitalter der Elektronik und ermöglichte die Funktechnik und die Ferntelefonie im Industriemaßstab.

Trioden waren in Geräten der Unterhaltungselektronik wie Radios und Fernsehern weit verbreitet, bis sie in den 1970er Jahren durch Transistoren ersetzt wurden. Heute sind sie hauptsächlich noch in leistungsstarken Hochfrequenz-Verstärkern in Radiosendern und industriellen Hochfrequenz-Heizgeräten zu finden. In den letzten Jahren gab es allerdings einen Wiederanstieg der Nachfrage nach Trioden aufgrund des erneuten Interesses von Musikern und Audiophilen an röhrenbestückten Audiosystemen. Geschätzt wird vor allem der warme Klang der röhrenbasierten Elektronik.


Tetrode

Die Tetrode ist eine Vakuumröhre mit vier aktiven Elektroden: die Kathode, das erste und zweite Gitter sowie die Anode. Es gibt verschiedene Arten von Tetroden, die häufigsten sind die Schirmgitterröhren. Bei ihnen ist das erste Gitter das Steuergitter und das zweite Gitter das Schirmgitter. Bei anderen Tetroden ist eines der Gitter ein Steuergitter, während das andere eine Vielzahl von Funktionen übernehmen kann.

Tetroden waren wie Trioden in vielen Geräten der Unterhaltungselektronik wie Radios, Fernsehern und Audiosystemen weit verbreitet, bis Transistoren in den 1960er und 1970er Jahren die Röhren ersetzten.


Pentode

Die Pentode enthält fünf aktive Elektroden. Der Begriff bezieht sich meist auf eine Drei-Gitter-Verstärker-Vakuumröhre. Sie ähnelt einer Tetrode, besitzt aber zusätzlich noch ein Bremsgitter. Es verhindert, dass von der Anode emittierte Sekundäremissionselektronen das Schirmgitter erreichen, was in der Tetrode zu Instabilität und parasitären Schwingungen führen kann.

Auch Pentoden waren in der Industrie- und Unterhaltungselektronik wie Radios und Fernsehern bis in die 1960er Jahre weit verbreitet und wurden dann durch Transistoren ersetzt. Heute sind sie hauptsächlich in industriellen Anwendungen mit hoher Leistung wie zum Beispiel in Radiosendern im Einsatz. Consumer-Röhren finden sich noch in einigen alten und speziellen Vakuumröhren-Audiogeräten.

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