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Inhalt:
 Allgemeines
 Funktionsweise einer Röhrendiode
 Funktionsweise einer Röhrentriode
 Funktionsweise einer Röhrentetrode
 Funktionsweise einer Röhrenpentode
 Hexoden, Heptoden, Oktoden usw.
 Niedervoltröhren / BatterieRöhre
 Spezialröhren
 Heizungsarten
 Realer Aufbau und Herstellung
 Verwendung in der Elektronik
 Zusammenfassung
  Weitere Themen:
 Mißverständnisse
 Röhrentypen
     Günstiger Kauf
 NiederspannungsRöhre
 Russische Röhre
 Schaltungen
    Katoden-Basis-Schaltung
Katodenfolger


Allgemeines

Elektronenröhren, Elektronenröhren meistens kurz Röhren oder Valves (britisch) bzw. Tubes (amerikanisch) genannt, waren die ersten aktiven elektronischen Bauelemente, d.h. Bauelemente, mit denen man kleine elektrische Signale einigermaßen linear verstärken konnte. Sie begründeten das Elektronikzeitalter, das sich in der Anfangsphase vor allem in Form von Radiogeräten manifestierte. Ein halbes Jahrhundert lang gab es keine Alternativen zu Elektronenröhren, weshalb in dieser Zeit die Radios, Fernsehgeräte und Verstärker durchgängig mit Verstärkerröhren ausgestattet waren. Das Aufkommen der  Transistoren in den 50er/60er Jahren läutete außer bei Spezialanwendungen (z.B. RADAR), bei denen Röhren lange Zeit schlicht billiger als Transistoren waren, das Aussterben der Röhren auf breiter Front ein. Grund war ihre vergleichsweise große Bauform, die hohe Verlustleistung, die als Wärme abgeführt werden muß, ihre begrenzte Lebensdauer sowie ihr vergleichsweise extrem hoher Preis (Vorstufenröhre heutzutage um die 10 Euro, guter und rauscharmer Vorstufentransistor weniger als 0,05 Euro!). Zudem verändern Röhren ihre Eigenschaften im Laufe der Lebensdauer, brauchen beim Einschalten des Geräts einige Minuten, bis sie richtig warmgelaufen sind, und zusätzlich ist ein sogenannter Heiztrafo oder alternativ bei batteriebetriebenen Geräten eine separate Batterie für die Heizung erforderlich. Aufgrund dieser Nachteile kamen im Niederfrequenzbereich ab ca. 1965 kaum noch neuentwickelte Geräte mit Röhren auf den Markt. Die logische Folge war, daß es seit dieser Zeit in der westlichen Welt im kommerziellen Sektor auch keine Neuentwicklungen von Röhren mehr gab. Hiervon abweichend wurden vor allem in der ehemaligen Sowietunion noch sehr lange Röhren verwendet und auch entwickelt, schlicht weil man in der Halbleitertechnik arge technologische Defizite hatte.

Eine kurze Renaissance erlebten die Röhren in der Militärtechnik dadurch, daß Röhren von Natur aus unempfindlich gegenüber EMP (= elektromagnetischer Puls, der bei Atombombendetonationen entsteht) sind. Seit man weiß, wie man Transistorschaltungen EMP-fest macht, ist aber auch das Geschichte. Lediglich in der Audiotechnik finden Verstärkerröhren trotz oder gerade wegen ihrer aus heutiger Sicht vorsintflutlichen Technik noch Anhänger. Einerseits handelt es sich um HiFi-Liebhaber und andererseits um Musiker, vorzugsweise E-Gitarristen. Beide Gruppen haben ganz unterschiedliche Zielsetzungen: Die eine sucht den möglichst unverfälschten Klang, während die andere genau das Gegenteil tut, nämlich durch Übersteuern des Verstärkers stark verzerrte Klänge zu erzeugen. In beiden Lagern werden zahlreiche Mythen erzählt, die leider oft nicht den Tatsachen entsprechen. Speziell aus diesem Grund finden Sie nachfolgend Informationen zu Aufbau und Funktionsweise von Röhren. Mehr zu den Mythen und Märchen incl. einer technischen Erklärung finden Sie auf der Seite  Mißverständnisse um Röhren.


Funktionsweise einer Röhrendiode

Schon vor weit mehr als 100 Jahren erkannte man bei Versuchen mit den ersten Glühlampen, daß Elektronen die heiße Glühwendel verlassen. Dies führte zur Entwicklung der Röhrendiode im Jahre 1906. Diese besteht aus einem luftleeren Glaskolben, in dem sich eine Glühwendel und in einigem Abstand ein Blech befindet. Dies ist in Bild 1 schematisch dargestellt.


Bild 1: Prinzipieller Aufbau einer Röhrendiode

Bei ungeheizter Glühwendel kann man eine äußere Spannungsquelle in beliebiger Polung anschließen, ohne daß ein Stromfluß zustande kommt. Dies liegt darin begründet, daß Vakuum (also sprichwörtlich "Nichts") naturgemäß ein extrem guter Isolator ist. Erst bei sehr hoher Spannung kommt es zum Funkenüberschlag. Der Effekt der Röhrendiode liegt darin begründet, daß bei hoher Temperatur Elektronen die Glühwendel verlassen können, d.h. sozusagen aus dem Material geschleudert werden. Legt man von außen eine Spannung zwischen Auffangblech und Glühwendel an, hängt es von der Polung ab, was passiert. Hängt das Auffangblech am Pluspol, so werden die aus der Glühwendel emittierten Elektronen angezogen und es fließt ein Strom durch die Röhre. Bei umgekehrter Polung müßten die Elektronen aus dem Auffangblech austreten. Das können sie aber nicht, weil das Blech nicht beheizt ist, wodurch auch kein Strom fließt. Deshalb leitet die Röhrendiode Strom nur in eine Richtung. Röhrendioden wurden vor allem zum Gleichrichten von Wechselstrom benutzt, bevor sie wegen der viel besseren elektrischen Eigenschaften (vor allem viel kleinerer Spannungsverlust und viel kleinerer Innenwiderstand) durch Halbleiterdioden verdrängt wurden.

Die Glühwendel wird übrigens in der Röhrenterminologie als Katode (oder Kathode) bezeichnet und das Auffangblech als Anode. Für ein solches Röhrensystem mit zwei Elektroden bildete man aus dem altgriechischen Präfix "di" (für 2) und dem Wort "Elektrode" das Kunstwort Diode.


Funktionsweise einer Röhrentriode

Wenn man bei einer Röhrendiode zwischen Glühwendel und Auffangblech ein Drahtgeflecht, in der Röhrenterminologie Gitter genannt, einfügt, erhält man eine Röhrentriode, wie sie in Bild 2 dargestellt ist. Die Bezeichnung basiert hier ebenfalls auf einem altgriechischen Präfix (hier "tri" für 3) für die Anzahl der Elektroden und dem Wort "Elektrode".


Bild 2: Prinzipieller Aufbau einer Röhrentriode

Sie funktioniert bei mit der Glühwendel leitend verbundenem und damit elektrisch gesehen neutralem Gitter genauso wie eine Röhrendiode. Bei offenem Anschluß lädt sich das Gitter übrigens aufgrund der von der Katode ausgesandten Elektronen negativ auf und behindert dann den Stromfluß zur Anode. Man nutzt die Triode aber nicht zum Gleichrichten von Wechselspannungen, sondern betreibt sie ausschließlich in Durchlaßrichtung, d.h. Pluspol an Anode, mit einer äußeren Betriebsspannung von üblicherweise einigen hundert Volt zwischen Katode (Glühwendel) und Anode (Auffangblech). Legt man nun an das Gitter eine im Vergleich zur Glühwendel negative Spannung an, wird mit zunehmend negativer werdender Spannung der Strom durch die Röhre immer kleiner, bis der Stromfluß aufhört. Denn genauso, wie Elektronen von einem positiven Potential (ungleiche Ladungen ziehen sich an) angezogen werden, werden sie von einem negativen Potential abgestoßen (gleiche Ladungen stoßen sich ab).

Hierfür genügen schon wenige Volt. Bei einer Röhrentriode kann man mit einer geringen Spannungsänderung am Gitter eine relativ große Stromänderung durch die Röhre bewirken. Die Röhrentriode wirkt daher als Verstärker. Sie war zusammen mit den nachfolgenden Röhrentypen vor der Erfindung der  Transistoren die einzige Möglichkeit der Signalverstärkung. Das Bauelement Elektronenröhre hat jedoch aus elektronischer Sicht gegenüber Transistoren noch nicht einmal einen einzigen Vorteil sondern ausschließlich die nachfolgend aufgelisteten Nachteile, weshalb es sehr schnell von Transistoren verdrängt wurde.
  • Heizung erforderlich
  • Betrieb erst nach Warmlauf möglich (Aufheizphase der Katode)
  • Röhren verschleißen und müssen ausgetauscht werden
  • Erschütterungsempfindlichkeit
  • Hohe Verlustleistung
  • Kennlinienverlauf deutlich schlechter als bei Transistoren
  • Die Kennlinien ändern sich über die Lebensdauer
  • Hochspannung zum Betrieb erforderlich
  • NF-Leistungsverstärker benötigen Anpaßtransformator im Signalpfad mit all seinen Nachteilen
  • Großer Platzbedarf
  • Im Vergleich zu Transistoren extrem hoher Preis
  • Durch hohen Preis bedingt einfache Schaltungstechnik (wenige aktive Bauelemente)
Lediglich als Gitarrenverstärker haben Röhrenverstärker eine gewisse Berechtigung, weil man hier die röhrentypischen Verzerrungen bis zum Exzeß ausnutzt, um den gewünschten verzerrten Klang zu erzeugen. Diese Verzerrungen kann man jedoch mindestens genauso gut auch mit wesentlich weniger Aufwand durch Verwendung von Halbleitern (Germaniumdioden, Feldeffekttransistoren etc. oder digital über beliebige definierbare Kennlinien) erzeugen, was in den USA schon lange praktiziert wird. Vor allem in Europa verwendet man, aus welchen Gründen auch immer, hierfür noch gerne Röhrenverstärker. Den Röhrenverstärker XY, den man sich vielleicht nicht leisten kann, kann man damit natürlich nicht 100% genau imitieren, aber ein Marshall klingt ja auch nicht genau wie ein Mesa Boogie, Soldano oder VOX. Einen großen Anteil am typischen Klang haben die Lautsprecher, die im Gegensatz zu HiFi-Lautsprechern einen sehr krummen, charakteristischen Frequenzgang besitzen. Wenn man beispielsweise einen VOX AC30 mit einem Marshall-Lautsprecherturm betreibt, klingt das Ganze keineswegs nach VOX. Weich begrenzende Schaltungen mit Halbleitern sollte man daher keineswegs als billige Röhrenersatzschaltung des Verstärkers XY sondern als Erweiterung der Klangpalette mit eigenständigem Klang ansehen.


Funktionsweise einer Röhrentetrode

Schon sehr früh erkannte man, daß eine Triode aus elektrischer Sicht alles andere als ideal war. Bei der seinerzeit häufigsten Anwendung der Röhren im Radio störte auf Hochfrequenzseite am meisten die Kapazität zwischen Gitter und Anode. Ein Kondensator ist ja nichts anderes als zwei Metallplatten, die sich in einem bestimmten Abstand zueinander befinden, was auch auf Gitter und Anodenblech zutrifft. Resultat ist, daß die Ausgangsspannung, die an der Anode zur Verfügung steht, bei hohen Frequenzen sehr stark auf das Gitter zurückgekoppelt wird. Denn hohe Frequenzen können Kondensatoren leicht passieren. Für Sendeanlagen entwickelte man daher spezielle Trioden, bei denen der Abstand zwischen Gitter und Anode sehr groß und damit die Kapazität sehr klein war. Durch den großen Abstand steigt aber leider auch der Betriebsspannungsbedarf sehr stark. Sendetrioden müssen daher meistens mit mehreren tausend Volt betrieben werden.

Eine andere Möglichkeit ist, die unerwünschte Kapazität durch ein zusätzliches Gitter G2, auch Schirmgitter genannt, zwischen dem Steuergitter und der Anode anzubringen. Röhren mit einem solchen Schirmgitter nennt man Tetroden, weil eine solche Röhre -von der Heizung abgesehen- 4 Anschlüsse besitzt: Katode, Gitter, Schirmgitter und Anode. Das altgriechische "tetra" bedeutet 4. Wenn man das Schirmgitter an eine relativ niederohmige Hilfsspannung legt, sinkt die Gitter-Anodenkapazität wie gewünscht stark ab, weil das Schirmgitter -der Name sagt es schon- das Steuergitter von der Anode elektrostatisch abschirmt. Tetroden wurden seit ihrer Entwicklung im Jahr 1916 oft als Senderöhren verwendet, der Einsatz in Radios etc. war jedoch selten. Aufgrund der besseren Eigenschaften verwendete man dort sehr oft die nachfolgend beschriebenen Pentoden.


Funktionsweise einer Röhrenpentode

Wenn Elektronen mit hoher Geschwindigkeit auf das Anodenblech auftreffen, ist die Wucht so groß, daß sie einige Elektronen aus dem Anodenmaterial herausschlagen können. Diese herausgeschlagenen Elektronen nennt man Sekundärelektronen. In Sekunddärvervielfacherröhren nutzt man dieses Effekt nutzbringend aus; bei allen anderen Röhren ist das Herausschlagen unerwünscht. Andere Elektronen schlagen derart hart auf die Anode auf, daß sie nicht in das Anodenmaterial eintreten können, sondern wie ein Fußball beim Lattenschuß daran abprallen. Sie schlagen hierbei ebenfalls Elektronen aus der Anode heraus, wobei sie den größten Teil ihrer Bewegungsenergie verlieren. Sie bilden zusammen mit den Sekundärelektronen eine Elektronenwolke um die Anode. Bei Trioden werden diese Elektronen dank ihrer negativen Ladung recht schnell wieder von der positiv geladenen Anode angezogen und stören daher nicht sonderlich stark. Sie behindern lediglich die von der Katode herkommenden Elektronen ein wenig, weil sich ja gleiche Ladungen abstoßen.

Bei Tetroden besitzt jedoch auch das Schirmgitter eine positive Spannung, so daß auch dieses die freien Elektronen anzieht. Bei hoher Aussteuerung der Röhre sinkt die Anodenspannung zeitweise unter die Spannung des Schirmgitters ab, weshalb in diesem Fall das Schirmgitter die Elektronen am stärksten anzieht und damit der Anodenstrom stark nachläßt. Dies bedeutet, daß ab einem bestimmten Punkt das Ausgangssignal verzerrt, weil nun ein Teil des Stroms über das Schirmgitter abfließt und damit nicht mehr als Anodenstrom zur Verfügung steht. Dies beschränkt die nutzbare Ausgangsspannung und damit die nutzbare Ausgangsleistung. Ziel ist es daher, die Sekundärelektronen vom Schirmgitter fernzuhalten. Genau dies ist der Zweck eines weiteren Gitters G3, dem Bremsgitter. Eine Tetrode mit einem zusätzlichen Bremsgitter nennt man Pentode, weil sie abgesehen von der Heizung 5 Anschlüsse besitzt ("penta" = 5). Sie ist wie folgt aufgebaut:



Bild 3: Prinzipieller Aufbau einer Röhrenpentode

Das Bremsgitter G3 wird mit der Katode verbunden. Es ist ziemlich grobmaschig, so daß die mit relativ hoher Geschwindigkeit von der Katode kommenden Elektronen kaum behindert werden. Für die Elektronenwolke um die Anode bildet es allerdings eine fast unüberwindliche Hürde, weil es im Vergleich zur Anode stark negatives Potential besitzt und damit die langsamen Elektronen ausreichend stark in Richtung Anode abstößt. Dadurch wird der Stromfluß über das Schirmgitter deutlich reduziert, so daß man Pentoden weiter aussteuern kann als Tetroden. Die 1926 entwickelte Pentode war daher insbesondere für Röhren in Endstufen weit verbreitet.


Hexoden, Heptoden, Oktoden usw.

Es gab noch eine ganze Reihe von Röhren mit noch mehr Gittern. Diese waren jedoch weitgehend speziellen Zwecken vorbehalten. Meistens handelte es sich um Mischröhren, bei denen z.B. 2 mehr oder weniger gleichberechtigte Steuergitter vorhanden waren. Hiermit kann man 2 Signale miteinander multiplizieren sprich modulieren. Jedes weitere Gitter fängt jedoch in gewissem Umfang nützliche Elektronen ein, weshalb man solche Röhren nur dann verwendete, wenn man die speziellen Eigenschaften nutzte. Für normale Verstärker war hingegen die Pentode aus elektrotechnischer Sicht das Optimum des Röhrenbaus. Die übliche Bezeichnungsweise unter Verwendung des altgriechischen Präfixes für die Anzahl der Elektroden kam auch hier zur Anwendung:
Hexode - 6 Elektroden ("hexa")
Heptode - 7 Elektroden ("hepta")
Oktode - 8 Elektroden ("okta")
Enneode - 9 Elektroden ("ennea")


Niedervoltröhren / Batterieröhren

Elektronenröhre ECC86Gegen Ende der Röhrenära in den 60er Jahren kamen tragbare Rundfunkempfänger und zunehmend auch Autoradios in Mode. Bei ersteren war der hohe Energiebedarf von Röhren sehr nachteilig und bei beiden Anwendungen der hohe Spannungsbedarf von üblicherweise mehreren hundert Volt. Beides waren ganz klare Vorteile für die damals aufkommenden Transistoren, weil die üblichen Zink-Kohle-Batterien pro Zelle nur etwa 1,5 V liefern und ein geringerer Stromverbrauch ein längerer Betrieb möglich macht. Zu dieser Zeit gab es zum Einsatz in Autoradios noch keine brauchbaren UKW-Transistoren, so daß man hier noch für einige Jahre auf Röhren angewiesen war. Flugs wurden speziell für diesen Zweck Niedervoltröhren entwickelt, die nicht nur mit einer kleineren Anodenspannung betrieben werden konnten, sondern deren Heizspannung an die Batteriespannung angepaßt war. Im Jargon werden sie häufig Batterieröhren genannt.

Viele Niedervoltröhren waren je nach Typ für 90, 60 oder 45 Volt Betriebsspannung ausgelegt. Eigens hergestellte Batterien, die viele Zellen in einem Gehäuse vereinten, machten den für den Anwender problemlosen Betrieb von portablen Rundfunkempfängern möglich. Diese Röhren sind ideal, wenn hohe Spannungen unerwünscht sind. Durch kleinere Abmessungen sank auch der Heizleistungsbedarf. Einige Röhren waren für 22,5 bzw. 12 Volt ausgelegt, ganz wenige wie die links abgebildete ECC86 (eine "Autoröhre") sogar für sagenhafte 6,3 Volt Anodenspannung, der Bordnetzspannung z.B. eines damaligen VW Käfers. Bei Niedervoltbastlern, die die lebensgefährliche Hochspannung konventioneller Röhren scheuen, aber trotzdem aus bestimmten Gründen Röhren einsetzen möchten, sind Niederspannungsröhren heute hochbegehrt. Der Anodenstrom ist hierbei selbstverständlich gering, so daß man mit ihnen keine Leistungsverstärker mit hoher Ausgangsleistung bauen kann.


Spezialröhren

Senderöhre GU29 (Doppeltetrode)Wenn man von Röhren absieht, die zwar auch als Röhren bezeichnet werden, aber ganz anders funktionieren als Verstärkerröhren wie z.B. Röntgenröhren, Wanderfeldröhren, Klystrons oder Magnetrons (letztere dienen der Mikrowellenerzeugung), gibt es auch unter den Verstärkerröhren spezielle Ausführungen. Hierzu gehören die Miniaturröhren, die sich vor allem in der ehemaligen Sowietunion und dort besonders in der Rüstungstechnik bis zuletzt großer Beliebtheit erfreuten. Außer dem reduzierten Platzbedarf benötigen sie im Vergleich zu normalgroßen Röhren weniger Heizleistung und geben sich mit einer geringeren Versorgungsspannung zufrieden. Es handelt sich aus einleuchtenden Gründen nicht um Leistungsröhren.

Elektrometerröhren unterscheiden sich von normalen Verstärkerröhren durch zwei Dinge: Erstens ist das Gitter meistens aus dem Röhrenkopf herausgeführt und zweitens sind die Röhren oft mit einer speziellen Beschichtung versehen. Sie sind auf möglichst geringe Gitterströme hin entwickelt, damit sich auch bei extrem hochohmigen Signalquellen keine Verfälschung des Meßsignals einstellt. Um diese geringen Gitterströme nicht durch parasitäre Widerstände (Kriechströme) hochzutreiben, führt man den Gitteranschluß möglichst weit von allen anderen Anschlüssen aus der Röhre heraus, d.h. an der gegenüberliegenden Seite sprich dem Kopf der Röhre. Bei hoher Luftfeuchte würde schon eine extrem gering benetzte Glasoberfläche zu einem stark verringerten Isolationswiderstand führen. Aus diesem Grund sind solche Röhren oft zusätzlich mit einer hydrophoben (=wasserabweisenden) Oberfläche versehen, die zusätzlich verhindert, daß Licht in die Röhre eindringen kann. Photonen können nämlich durch das Herausschlagen von Elektronen für einen zusätzlichen und in diesem Fall absolut unerwünschten Stromfluß sorgen (Wirkung wie Fotozelle). Trotz aller Maßnahmen wird der Eingangswiderstand von Elektrometerröhren von MOS-FETs oder CMOS-Operationsverstärkern leicht um den Faktor 100 oder mehr übertroffen.

Sogenannte Senderöhren unterscheiden sich oft sowohl in Form als auch Bauweise deutlich von den wohlbekannten Verstärkerröhren. Sendetrioden besitzen größere Abstände zwischen Katode und Anode, weshalb Betriebsspannungen im Kilovoltbereich notwendig sind. Um die hohe Verlustleistung abzuführen, besitzen sie oft ein Keramik- anstatt eines Glasgehäuses, das zudem mit einem fest installierten Kühlkörper versehen ist. Sendetetroden wiederum wurden nicht selten als Doppelsysteme, d.h. mit zwei Systemen in einem Gehäuse, hergestellt. Bei diesen sind oft die beiden Anodenanschlüsse aus dem Röhrenkopf herausgeführt. Diese recht großen und breiten Röhren sind optisch recht ansprechend, weshalb man Sendedoppeltetroden auch gern in teuren HiFi-Röhrenverstärkern der fünfstelligen Euro-Klasse einsetzt. Allerdings sind Tetroden hierfür aus elektrischer Sicht aufgrund des eingeschränkten Aussteuerbereichs deutlich weniger gut geeignet als Pentoden. Zudem wurde bei Senderöhren oft nicht auf mikrofoniearmen Aufbau geachtet, weil dies im HF-Bereich schlicht nicht erforderlich war. Bei Verstärkern mit Senderöhren steht daher die Show ganz eindeutig vor den elektrischen Eigenschaften.


Heizungsarten

Die einfachste und gleichzeitig effektivste Form der Heizung ist ein nackter Glühdraht, wobei einer der beiden Heizanschlüsse gleichzeitig die Katode ist. Zur Erhöhung der Emission ist der Glühdraht mit einem Material beschichtet, das besonders leicht Elektronen emittiert. Üblicherweise verwendet man hierfür Oxide von Erdalkalimetallen (in der Frühzeit der Röhrentechnik wurden auch Thoriumdrähte benutzt). Dem Vorteil des hohen Wirkungsgrades steht der große Nachteil entgegen, daß bei der üblichen Wechselstromheizung die Temperatur der Heizwendel im Takte des Wechselstroms leicht schwankt und mit ihr die Emission. Gleichzeitig schwankt die Spannung zwischen Katode und Glühwendel um den Betrag der Heizspannung. Denn zwischen dem Heizungsanschluß 1 (gleichzeitig Katodenanschluß) und dem Heizungsanschluß 2 gibt es eine Spannungsdifferenz, die der Höhe der Heizspannung entspricht. Als Folge schwankt auch die Spannung zwischen der Anode und der Heizwendel und damit der Anodenstrom, was sich als profanes Brummen bemerkbar macht. Bei Pentoden ist dieser Effekt aufgrund der fast "waagerechten" Kennlinien relativ gering, bei Trioden aufgrund der starken Abhängigkeit des Anodenstroms von der Anodenspannung jedoch stark ausgeprägt.



Bild 4: Direkte und indirekte Heizung

Dieses Brummen kann man verringern, wenn die Katode als metallisches Röhrchen ausgeführt wird, der von innen ohne direkte Berührung von einer Glühwendel beheizt wird, weshalb man diese Art der Heizung indirekte Heizung nennt. Dadurch, daß die Katode sprich das Röhrchen vom Heizstrom entkoppelt ist, entfällt die geringe Spannungsschwankung zwischen Katode und Anode, die durch die sich zeitlich verändernde Heizspannung verursacht wird und insbesondere bei Trioden aufgrund deren besonderen Kennlinien stark stört. Gleichzeitig ist die Wärmekapazität des gesamten Gebildes so hoch, daß sich die Temperaturschwankungen, die sich zwischen Scheitelwert und Nulldurchgang der Heizspannung ergeben, nicht nennenswert bemerkbar machen. Nur leider sinkt der Wirkungsgrad ein wenig, weil durch die größere Oberfläche auch mehr Wärme abgestrahlt wird. Bei direkter Heizung braucht man hingegen für jede Röhre eine eigene Wicklung auf dem Heiztrafo, wenn die Katoden nicht direkt sondern zwecks Gegenkopplung über je einen Katodenwiderstand mit Masse verbunden werden sollen. Aufgrund der großen Vorteile hatte sich daher die indirekte Heizung bei "normalen" Röhren weitgehend durchgesetzt. Die direkte Heizung war vorzugsweise bei Spezialröhren, bei denen es vor allem auf geringen Bauraum (Miniaturröhren) oder eine geringe Heizleistung (Batterieröhren) ankommt, oder bei Röhren für Gleichstromheizung zu finden.



Bild 5: Indirekte Heizung
Klicken Sie auf das Bild, um es größer zu sehen.




Realer Aufbau und Herstellung

Das Schaltzeichen könnte den Eindruck erwecken, daß bei einer Röhre sich unten in der Nähe der Kontaktstifte die beheizte Katode befindet, oben am Röhrenkopf die Anode und irgendwo dazwischen ggf. die Gitter. Die ersten Röhren waren zwar so aufgebaut, aber bei den allermeisten Röhren ist das nicht der Fall. Vielmehr besteht die Katode aus einem langen, geraden Glühdraht, der fast immer vertikal angeordnet ist. Axial darum sind die Gitter und ganz außen die Anode angeordnet, wie in Bild 6 dargestellt. Haltedrähte usw. wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.


Bild 6: Realer Aufbau einer Röhrentriode

Um den Glühdraht ist in einem kleinen Abstand spiralförmig ein dünner Draht herumgewickelt, der das Gitter bildet. Der Abstand der einzelnen Windungen zueinander, also sozusagen die Maschenweite, bestimmt mit vielen weiteren Einflußfaktoren die Kennlinie. Es ist nur eine Seite der Gitterspirale nach außen geführt, weil das Gitter lediglich durch Vorhandensein einer Steuerspannung den Elektronenfluß elektrostatisch beeinflußt. Ein Stromfluß durch die Gitterspirale hindurch ist dazu nicht erforderlich und erst recht nicht erwünscht. Das Gitter wiederum ist in kleinem Abstand vom Anodenblech umgeben. Da die Anode laufend von Elektronen bombardiert wird, die ihre Bewegungsenergie an diese abgeben, wird diese heiß - so heiß, daß es bei Endstufenröhren zur leichten Rotglut kommen kann. Um die Wärme besser abstrahlen zu können, ist das Anodenblech bei Leistungsröhren meistens aus gefaltetem Blech hergestellt, um eine große Oberfläche zu erreichen. Das Gitter ist um zwei Haltedrähte gewickelt, denen als Halterung (wie auch der Katode und der Anode) oben und unten je ein Plättchen aus einem nichtleitenden und hitzebeständigen Material, meist Glimmer, dient. Die beiden Haltedrähte sind üblicherweise in regelmäßigen Abständen eingekerbt, damit der Gitterdraht nicht auf ihnen verrutschen kann. Man bezeichnet ein so aufgebautes Gitter als Kerbgitter. Das gesamte Gebilde wird von einem Glaskolben umgeben. Es gibt auch Röhren, bei denen der empfindliche Glaskolben von einer Metallhülle umgeben ist, wodurch man einerseits eine etwas höhere mechanische Robustheit und andererseits eine gute Abschirmung gegenüber äußeren Feldern erreicht. Die von Telefunken seinerzeit entwickelten Stahlröhren, bei denen der Kolben aus Stahl statt aus Glas bestand, hatten sich jedoch am Markt nie durchgesetzt.


Bild 7: Reale Röhre am Beispiel der PL802
(Pentode, aber nur 1 Gitter gut sichtbar)

In der Mikroskopaufnahme der Miniaturpentode DF67 (siehe Bild 8) sind die einzelnen Gitter besser sichtbar als bei der oben gezeigten PL802. Da es sich um eine direkt geheizte Röhre handelt, wird die Katode durch einen nackten Heizfaden gebildet, der im Bild senkrecht angeordnet ist. Konzentgrisch um ihn angeordnet ist in möglichst engem Abstand das Steuergitter angeordnet. In ebenfalls recht geringem Abstand folgt das Schirmgitter und kurz vor der Anode das eher grobmaschige Bremsgitter. Wie klein dies alles in Wirklichkeit ist, können Sie in Bild 9 im Größenvergleich der DF67 mit einer Noval-Röhre (im Beispiel eine PCC189) erkennen.


Bild 8: Gitteranordnung am Beispiel der DF67 (Miniaturpentode)


Bild 9: Miniaturröhre DF67 im Größenvergleich zu Noval-Röhre

Das Innere des Glaskolbens wird bei der Herstellung einer Elektronenröhre in einem der letzten Arbeitsschritte luftleer gepumpt und der Glaskolben dabei nach außen hin hermetisch dicht zugeschmolzen. Das Evakuieren hat den Zweck, daß später im Betrieb die Elektronen auf dem Weg zur Anode nicht mit Stickstoff-, Sauerstoffmolekülen der Luft oder anderen Atomen bzw. Molekülen kollidieren sollen, was die Funktion sehr stark beeinträchtigen würde. Denn dadurch würde das noch vorhandene Restgas ionisiert und in einer Glimmentladung Licht aussenden. Die Röhre würde als  Gasentladungslampe mit beheizter Elektrode wirken und hätte eine sehr nichtlineare Kennlinie. Außerdem würde das Innere der Röhre wegen der hohen Temperaturen sehr schnell durch den Luftsauerstoff oxidieren und damit unbrauchbar werden. Nach dem Evakuieren der Röhre befindet sich aber trotz Verwendung von Hochleistungsvakuumpumpen immer noch eine geringe Restmenge an Sauerstoff in der Röhre, der unschädlich gemacht werden muß. Zu diesem Zweck befindet sich meistens im Kopf der Röhre eine mit einem leicht oxidierbaren Metall (meist Barium) gefüllte sogenannte Getterpfanne. Nach dem Evakuieren und Zuschmelzen des Glaskolbens wird die Röhre induktiv erhitzt, wodurch das Gettermaterial verdampft und sich vorzugsweise im oberen Teil der Röhre als silbrig glänzender oder dunkler Belag auf der Innenseite des Glases niederschlägt. Gleichzeitig wird ein Teil des Gettermaterials durch den Restsauerstoff oxidiert, wodurch dieser gebunden und damit unschädlich gemacht wird. Die Farbe des Niederschlags sagt übrigens entgegen landläufiger Meinung ("silbrig ist gut, schwarz ist schlecht") überhaupt nichts über den Zustand der Röhre aus. Sollte er allerdings milchig weiß bis nahelos durchsichtig geworden sein, ist dies ein Indikator, daß Luft in die Röhre gekommen ist; sie ist dann leider Schrott.


Verwendung in der Elektronik

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts waren Röhren, da es nichts Anderes gab, weit verbreitet. Heute findet man sie nur noch in bestimmten Hochfrequenzbereichen, in denen sie Kostenvorteile gegenüber Halbleitern bieten (RADAR, Sendeanlagen mit extrem hoher Ausgangsleistung etc.), oder bei Gitarrenverstärkern und in extrem geringem Maße als HiFi-Verstärker. Im Niederfrequenzbereich ist das Ende der Röhren bereits abzusehen, weil die allermeisten Röhrentypen schon lange nicht mehr hergestellt werden und die Preise für häufig nachgefragte Röhren bekannter Markenhersteller wie z.B. Telefunken, Valvo und Siemens langsam ins Astronomische wachsen. Beispiel: Die bekannte NF-Pentode EF86 wurde noch Anfang der 90er Jahre wie saures Bier für weit unter 5 DM angeboten, heutzutage werden für EF86-Röhren aus alter Produktion astronomisch hohe Preise verlangt, speziell in Online-Auktionen. Bei der Wald-und-Wiesen-Doppeltriode ECC83 ist die Preisentwicklung noch dramatischer. Man kennzeichnet alte Markenröhren übrigens gern mit dem Kürzel NOS, wenn sie ungebraucht sind (= New Old Stock = Ungebraucht aus alter Produktion). Mitunter werden derart astronomische Preise gefordert und auch bezahlt, daß man in Anbetracht der Alternativen über die Dummheit der Käufer nur schmunzeln kann.

Mittlerweile werden aufgrund der guten Verdienstspannen häufig nachgefragte Röhrentypen wie ECC83, EL84 und EL34 von Herstellern im ehemaligen Ostblock wieder gefertigt. Diese Röhren sind keineswegs minderwertiger Schrott, wie in bestimmten Foren immer wieder zu lesen ist (gern benutzte Standardphrase: "klingt nicht"), sondern sind fast immer baugleich zu alten Ausführungen (von der ECC83/12AX7 gab es seinerzeit etliche verschiedene Bauformen). Dies ist nicht verwunderlich, weil diese Firmen die Röhren entweder auf den eigenen oder aber auf günstig erworbenen Originalmaschinen der ehemaligen Markenhersteller herstellen und manchmal auch noch Verbesserungen einfließen lassen (z.B. zusätzliche Schirmbleche). Von einigen wenigen westlichen Firmen gibt es solche Röhren ebenfalls, aber aus absolut nicht nachvollziehbaren Gründen zu deutlich höheren Preisen. Dabei ist es ohnehin ein offenes Geheimnis, daß diese Firmen nicht selbst fertigen, sondern nur vorgenannte neue Röhren mit einem eigenen Aufdruck versehen bzw. versehen lassen. Ob in China mehrere Röhrenhersteller Standardröhren herstellen oder ein einziger Hersteller seine Röhren unter verschiedenen Markenbezeichnungen auf dem Weltmarkt verkauft, wird in manchen Foren eifrig diskutiert.

Wer neue Röhrenschaltungen aufbauen möchte, kann als Alternative zu relativ günstigen neu hergestellten Röhren zudem auf wenig nachgefragte und daher erheblich  preiswertere Röhrentypen auszuweichen. Diese sind zwar oft elektrisch nicht direkt kompatibel, können bei einer abgeänderten Dimensionierung der Schaltung aber meistens verwendet werden. Ein Geheimtip waren lange Zeit (und sind z.T. immer noch)  russische Röhren, die nicht mit einem westlichen Pendant pinkompatibel sind, also nicht als 1:1-Ersatz verwendet werden können und daher für das Ersatzgeschäft wertlos sind. Sie sind meistens von sehr guter Qualität, denn in der Sowietunion ging die Röhrenentwicklung noch sehr viele Jahre weiter, als der Westen schon längst auf Halbleiter umgeschwenkt hatte. Wegen der geringen Nachfrage waren sie oft extrem preiswert und wurden teilweise regelrecht verramscht. Dies hatten auch sogenannte High-End-Hersteller erkannt und bauten HiFi-Verstärker mit russischen Senderöhren, was aus technischer Sicht und aufgrund der extrem hohen Betriebsspannung eigentlich totaler Schwachsinn ist, zumal für diese Verstärker unverständlicherweise 5-stellige Euro-Beträge verlangt werden. Manche Senderöhre ist jedoch hübsch anzuschauen, womit sich ein damit aufgebauter Verstärker besser verkaufen läßt als einer mit "häßlichen" Röhren. Da nach landläufiger Meinung Röhren, die High-Ender verwenden, qualitativ und klanglich extrem hochwertig sein müssen, stiegen für diese Typen natürlich die Preise stark an. Aber es gibt immer noch hochwertige Röhren, an denen der Hype nahezu spurlos vorbeigegangen ist.


Zusammenfassung

Röhrendioden bestehen aus einem luftleer gepumpten Glaskolben, in dem sich außer einer Glühwendel (Katode) ein Auffangblech (Anode) befindet. Aus der heißen Glühwendel können Elektronen austreten, die sich bei äußerer Spannung (Anode positiver als Katode) zur Anode bewegen, so daß ein Stromfluß zustande kommt. Bei umgekehrter Polung fließt kein Strom, weil aus der ungeheizten Anode auch bei hoher Spannung keine Elektronen emittiert werden können.

Bei einer Röhrentriode befindet sich zwischen Katode und Anode eine Drahtwendel, das sogenannte Gitter. Durch Anlegen einer kleinen negativen Spannung an das Gitter kann man den Stromfluß durch die Röhre steuern. Dadurch kann man eine Triode als Verstärkerelement benutzen. Durch zusätzliche Gitter kann man bestimmte elektrische Eigenschaften verbessern, was bei Tetroden und Pentoden praktiziert wird. Aufgrund der zahlreichen Nachteile wurden Verstärkerröhren fast vollständig von Transistoren abgelöst.
   

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Letztes Update dieser Seite: 27.11.2013 (Untergeordnete Seiten können aktueller sein)