Die Elektronenröhre

Gleichrichterröhre aus einem alten Röhrenradio (Diode AZ11)
Gleichrichterröhre aus einem alten Röhrenradio (Diode AZ11)

Zur Elektronenröhre habe ich ein ganz besonderes Verhältnis. Schon in meiner Kindheit haben mich Röhrengeräte wie Röhrenradios oder Tonbandgeräte und Fernseher ungeheuer fasziniert. Die meisten heutigen Geräte arbeiten ausschließlich mit Halbleiterbauteilen. Allerdings ist schon seit einiger Zeit ein Trend zu erkennen, der wieder hin zur Röhrentechnik führt. Schon seit einigen Jahren werden Röhrenverstärker moderner Fabrikation angeboten. Sie verbinden die inzwischen fast 100 Jahre alte Röhrentechnik mit moderner Halbleitertechnik. Lange Zeit war die Elektronenröhre das einzige Mittel, um elektronische Signale verstärken zu können. Viele Jahrzehnte war es auch die Röhre, die in Fernsehgeräten die einzige Möglichkeit darstellte, bewegte Bilder anzuzeigen. Die Röhrentechnik ist gar keine so komplizierte Sache.

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So funktioniert die (einfachste) Elektronenröhre:


Sie besteht aus einem luftleeren Glaszylinder. Im Glaszylinder befindet sich ein Glühdraht, die Kathode, die durch elektrischen Strom zum Glühen gebracht wird und dadurch winzige Teilchen, die sogenannten Elektronen, aussendet. Im luftleeren Raum gelangen diese zu einem weiteren metallenen Teil, das sich im Glaszylinder befindet. Hierbei handelt es sich um die sogenannte Anode. Die wichtigste Eigenschaft dieser einfachsten Form einer Elektronenröhre besteht darin, dass der Elektronenstrom (und damit der elektrische Strom) nur von der Kathode zu Anode fließen kann und nicht umgekehrt. Damit hat sie etwas mit einem anderen elektronischen Bauteil gemeinsam, nämlich der Diode. Aus diesem Grunde wird diese Form der Elektronenröhre ebenfalls als Diode bezeichnet. Bei der Elektronenröhre oben im Bild (der AZ11) handelt es sich um eine solche Röhrendiode.

Von der Diode zur Triode


Natürlich gibt es noch weitere Arten der Elektronenröhre. Mit einer Diode kann man beispielsweise Wechselspannungen gleichrichten, also in Gleichspannungen umwandeln. Als Verstärkerröhre kann die Diode jedoch nicht verwendet werden. Dazu muss im Glaskolben der Röhre eine weitere Elektrode untergebracht werden. Diese wird als Gitter bezeichnet. Das Gitter ist in der Lage, des Elektronenstrom von der Kathode zur Anode zu beeinflussen. Mithilfe des Gitters kann quasi der Elektronenstrom gesteuert werden. Das Ganze funktioniert ganz einfach: Wird beispielsweise an das Gitter eine positive Spannung angelegt, so verstärkt sich der Elektronenfluss und damit die Stromstärke. Wird dann das Gitter eine negative Spannung angelegt, so passiert genau das Gegenteil. Der Stromfluss wird gebremst und kann sogar komplett verhindert werden. Der entscheidende Punkt dabei ist der, dass der Elektronenfluss in der Elektronenröhre allein durch das Vorhandensein einer entsprechenden Spannung am Gitter gesteuert werden kann. Und das sogar mit sehr niedrigen Spannungen. Hierdurch kommt genau der Effekt zustande, der beim Einsatz der Elektronenröhre sehr wichtig ist, nämlich der Verstärkungseffekt. Mit sehr niedrigen Signalen können wesentlich höhere Spannungen und Stromstärken beeinflusst werden. Eine Elektronenröhre mit drei Elektroden wird übrigens als Triode bezeichnet.

Die Tetrode, Pentode und weitere Arten von Elektronenröhren


Die Unterschiede zwischen den einzelnen Arten von Elektronenröhren bestehen hauptsächlich in der Anzahl der vorhandenen Gitter. Eine Tetrode beispielsweise besitzt ein zusätzliches Gitter, das sogenannte Schirmgitter. Damit enthält sie insgesamt vier Elektroden. Eine weitere Bauart der Elektronenröhre ist die sogenannte Pentode. Sie enthält ein drittes Gitter, das sogenannte Bremsgitter und somit fünf Elektroden. Übrigens werden Trioden und Pentoden am häufigsten eingesetzt und gehören damit zu den gängigsten Elektronenröhren. Weitere Bauarten sind Hexoden mit sechs Elektroden und Heptoden mit sieben Elektroden, die aber weniger häufig eingesetzt werden bzw. wurden als Trioden und Pentoden. Daneben gibt es noch mit Gas gefüllte Elektronenröhren (Thyratrons) und Röhren, die Mikrowellen im Hochfrequenzbereich erzeugen können (Magnetrons). Die meisten Elektronikbastler allerdings verwenden zum Bau eigener Schaltungen eher die gängigen Röhrentypen.

Auch Bildröhren sind Elektronenröhren
Auch Bildröhren sind Elektronenröhren
Magisches Band in einem Röhrenradio (EM84)
Magisches Band in einem Röhrenradio (EM84)

Das sogenannte magische Auge bzw. magische Band ist eine besondere Bauform der Elektronenröhre. Die von der Kathode ausgesandten Elektronen gelangen auf eine Leuchtschicht, die an der Innenseite des Glaskolbens aufgebracht wurde. Treffen die Elektronen auf diese Leuchtschicht, so gibt sie Licht ab. Solche Anzeigeröhren wurden früher häufig in Radiogeräten als Abstimmanzeigen für die Sendereinstellung oder in Tonbandgeräten als Aussteuerungsanzeige für die Aufnahme eingebaut.

Röhren mit mehreren Sytemen


Es gibt auch Elektronenröhren, die in einem Glaskolben mehrere Systeme (meistens Dioden, Trioden oder Pentoden) enthalten. Solche Röhren werden auch als Verbundröhren bezeichnet.

Alter Röhrenfernseher von 1958. Links im Bild zu sehen ist eine Doppeltriode.
Alter Röhrenfernseher von 1958. Links im Bild zu sehen ist eine Doppeltriode.
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