Die Röhre als elektronischer Schalter

Neben einer einfachen Sichtprüfung kann man bei einer Elektronenröhre eine Überprüfung der sogenannten Gittervorspannung vornehmen, um einmal festzustellen, ob die Röhre überhaupt noch funktionieren kann. Glüht der Glühfaden und die Gitterspannung ist vorhanden, kann natürlich auch eine Funktionsprobe der Elektronenröhre vorgenommen werden. Die einfachste Art, eine solche Röhre einzusetzen, besteht darin, sie als elektronischen Schalter zu verwenden. Im Prinzip ist es genauso, als würde man einen Transistor für eben diesen Zweck einsetzen. Beim Transistor fließt der Laststrom durch Kollektor und Emitter, die Basis dient als Steueranschluss. Bei einer Elektronenröhre funktioniert es ähnlich: Hier sind es Anode und Kathode, durch die der Laststrom fließt. Das Gitter dient hier als Steueranschluss. Wird der Glühfaden der Röhre aufgeheizt, so sendet die Kathode Elektronen aus. Ein Teil davon gelangt zum Gitter, wodurch sich dieses negativ auflädt und die eingangs erwähnte Gitterspannung zustande kommt. Zur Anode gelangen so gut wie keine Elektronen. Folglich kann auch kein Anodenstrom fließen, solange das Gitter noch negativ aufgeladen ist. Dies ändert sich erst dann, wenn das Gitter mit einer positiven Spannung versehen wird. In diesem Falle werden die Elektronen, die von der Kathode ausgehen, beschleunigt und gelangen auch zur Anode. Es funktioniert also im Grunde ganz einfach: Wird das Gitter positiv angesteuert, fließt auch ein Anodenstrom.

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Versuchsaufbau Röhre PC 92 als Schalter
Versuchsaufbau Röhre PC 92 als Schalter

Das Bild oben zeigt einen einfachen Versuchsaufbau. In den Stromkreis zwischen Spannungsquelle, Anode, Kathode und Masse wurde eine Leuchtdiode samt Vorwiderstand geschaltet. Über einen zweiten Widerstand wird das Gitter von der Spannungsquelle aus mit einer positiven Spannung versehen. Die Strecke zwischen Kathode und Anode wird somit elektrisch leitend, und die Leuchtdiode kann aufleuchten. Wird nun der Stromkreis zwischen Spannungsquelle und Gitter aufgetreten, sperrt die Elektronenröhre und die LED erlischt.

Hier ist der Schaltplan der oben aufgebauten Schaltung zu sehen. Als Röhre wurde eine einfache Triode des Typs PC92 verwendet, welche auch schon beim vorangegangenen Versuch zum Einsatz kam. Die Anodenspannung ist äußerst gering. Sie ist genauso hoch wie die Heizspannung der Elektronenröhre. Ich habe einfach die gleiche Spannungsquelle für die Kathodenheizung und als Anodenspannung verwendet. Der Strom, der hier fließt, ist noch hoch genug, um die LED über den Vorwiderstand zum Leuchten zu bringen. Normalerweise benötigen LEDs einen Strom von etwa 20 Milliampere oder mehr. Tatsächlich sind die Bauteile in der Lage, bereits mit wesentlich geringeren Strömen schon deutlich sichtbar zu leuchten. Der durch die LED fließende Strom bei dieser Schaltung hatte eine Stromstärke von etwa 1 Milliampere. Das Leuchten der LED war allerdings bereits bei dieser geringen Stromstärke deutlich zu sehen. Ich habe im Schaltbild einen einfachen Schalter eingezeichnet, welcher zum Ein- und Ausschalten der Steuerspannung am Gitter dient. Mit diesem Schalter kann der Steuerkreis auf einfache Weise geschlossen und wieder geöffnet werden. Natürlich hat diese Schaltung nicht wirklich einen praktischen Sinn. Sie kann allerdings dazu beitragen, die Funktionsweise einer solchen Elektronenröhre als elektronischen Schalter zu verstehen.

Die Schaltung oben lässt sich auch mit einer ECC81 aufbauen. Bei einer Anodenspannung von 12 Volt fließt durch die LED und den Vorwiderstand mit 470 Ohm ein Strom von etwa 4,7 Milliampere.

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