Elektronenröhre

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Das Innenleben eines Grundig Röhrenradios
Einen Elektronenröhre (umgangssprachlich häufig einfach nur Röhre) ist ein elektronisches Bauteil, im Prinzip sind Röhren die Vorläufer moderner Halbleiter.


Funktionsweise

Alle Elektronenröhren (außer den Kaltkathodenröhren) basiern auf dem gleichen Prinzip: Im Vakuum glüht eine Kathode, wodurch sie Elektronen aussendet (Glühemission). Hier unterscheidet man zwischen direkt geheizten (die Heizwendel ist auch gleichzeitig Kathode) und indirekt geheizten (hier dient ein Blech als Kathode, welches von der Heizwendel beheizt wird) Röhren. Darüber hinaus hat eine Elektronenröhre mindestens noch eine weitere Elektrode, die Anode. Durch anlegen einer positiven Spannung an die Anode bewegen sich die Elektronen zur Anode. Legt man jedoch eine negative Spannung an, fließt kein Strom. Also ist dies Art von Elektronenröhre eine Diode, die in ihrer Funktion einer Halbleiterdiode entspricht. Setzt man zwischen Kathode und Anode ein Gitter, und legt an dieses eine Spannung an, kann man den Strom zwischen Kathode und Anode steuern, eine solche Röhre nennt man Triode. Sie entspricht einem Transistor.

Ein spezieller Röhrentyp ist die Beam Power Tetrode/Pentode. Sie wurde in Amerika und Großbritannien entwickelt, um deutsche Patentrechte zu umgehen, deshlab wird sie auch oft in amerikanischen und britischen Verstärkern verwendet. Sie zeichnet sich besonders durch gute Laststabilität aus. Anders als bei normalen Pentoden oder Tetroden, kommen die Elektronen direkt zur Anode. Dies wird durch eine spezielle Anordung der Gitter ermöglicht(sie liegen übereinander) und durch Leitbleche die den Strahl bündeln. Solche Röhren besitzen ein Steuergitter, ein Schirmgitter, Leitbleche und manchmal ein Bremsgitter. Als Beispiele dienen: 6L6, KT88, PL81 etc.

Namensgebung

Oberbegriffe

Elektronenröhren werden nach der Anzahl der aktiven Elektroden benannt, eine Diode zum Beispiel hat 2 aktive Elektroden, Kathode und Anode; eine Triode hat 3, Kathode, Steuergitter und Anode; eine Tetrode hat 4, Kathode, Steuergitter, 2. Gitter, Anode und so weiter.

Typenbezeichnungen

Die Typenbezeichnungen für deutsche Röhren ergeben sich so: (Bei russischen und amerikanischen Röhren funktioniert es ganz anders.)

Erster Buchstabe

  • A = direkt oder indirekt (üblicher Weise 4V, Gleich- und Wechselspannung möglich)
  • D = direkt geheizt (üblicher Weise 1,5V, ausschließlich Gleichspannung)
  • E = indirekt geheizt (üblicher Weise 6,3V, Gleich- und Wechselspannung möglich)
  • K = direkt geheizt (üblicher Weise 2V Gleichspannung)
  • P = indirekt geheizt (üblicher Weise 300mA, Gleich- und Wechselspannung möglich)
  • U = indirekt geheizt (üblicher Weise 100mA, Gleich- und Wechselspannung möglich)

Anmerkung: KT88 ist keine europäische Typenbezeichnung!

Zweiter Buchstabe

  • A = Diode (Messgleichrichtung)
  • B = Doppeldiode (Messgleichrichtung)
  • C = Triode
  • D = Leistungstriode
  • E = Tetrode
  • F = Pentode
  • H = Heptode
  • K = Oktode
  • M = Magisches Auge
  • L = Leistungstetrode/-pentode
  • Y = Einweggleichrichter
  • Z = Zweiweggleichrichter


An der dritten Stelle steht eine Zahl. Diese gibt den Sockeltyp der Röhre an:

  • 2: Dekal
  • 3: Oktal
  • 4: Rimlock
  • 5: Magnoval
  • 8: Noval
  • 9: Sieben-Pin




Sind mehrere Röhren in einem Glaskolben werden die Buchstaben hintereinander gesetzt, Beispiel: EBF 89, ECC 83.

Bei Militärröhren bzw. Röhren mit besonders langer Haltbarkeit werden die zweiten Buchstaben hinter die Zahl gesetzt, Beispiel: E83CC

Datenblätter von sehr vielen Röhren findet man im Röhrenmuseum.

Vor- und Nachteile

Vorteile gegenüber Halbleiter


> Den Russen haben wir es zu verdanken, dass Röhren weiter entwickelt wurden, obwohl es bereits Transistoren gab. Sie erkannten, dass diese im Gegensatz zu Halbleitern, immun gegen EMP`s sind.

> Röhren können ein viel größeres Frequenzspektrum verarbeiten als Transistoren. Besonders gilt das für Sendeendstufen die im mehrstelligen Kilowatt Bereich arbeiten. Hier sind die geeigneten Transistoren sehr viel teurerer als die entsprechende Röhre und der Aufbau der Endstufe oder des Oszillators ist mit Röhren zwar aufwendig, aber bei Transistoren noch mehr. Auch verarbeiten Röhren Frequenzen, welche Transistoren noch verschlossen sind. Abgesehen von Spezialtypen, die in Satelliten sitzen.

> Auch wirkt der Ausgang einer Transistorschaltung auf deren Eingang zurück. Dies ist bei Röhren vermeidbar und bei Transitoren noch nicht ganz gelöst.

> Röhren können viel besser speziell für eine Anwendung hergestellt werden, als Transistoren(Oszillatoren, Verstärker etc.)

> Der vielleicht größte Vorteil der Röhren ist ihre Temperaturunempfindlichkeit. Sie haben einen normale Betriebstemperatur von 40°-400°. Nur große Senderöhren bedürfen an Kühlung. Sie ändern ihren Arbeitspunkt nicht. Hingegen Transitoren oder Fets würden zerstört.

> Der subjektiv besser Klang von Röhren wird auch oft aufgeführt, obwohl es ja subjektiv ist. Dennoch ist es richtig dies auch anzuführen. Besonders Trioden, aber auch Pentoden produzieren geradzahlige Klirranteile. Dadurch werden Röhrenverstärker als lauter empfunden und haben einen wärmeren Klang als vergleichbare Halbleiterendsufen. Auch sind sie einfacher zu bauen.

> Noch was zum Thema große Trafos und AÜ`s bei Röhren: Transitoren können auch AÜ`s und große Trafos brauchen.

> Die oft genannte mechanische Empfindlichkeit von Röhren, gilt nur für jene aus Glas. Diese müssen sowohl gegen Bruch als auch gegen Mikrophonie geschützt werden. Stahlröhren haben das Problem nicht.


Nachteile gegenüber Halbleitern


> Röhren sind empfindlich gegenüber mechanischen Einflüssen, haben eine relativ geringe Lebensdauer, benötigen eine hohe Ansteuerleistung(Heizung, Verluste etc.) und sind sehr ineffizient.

> Die Kathode der Röhre nutz sich mit der Zeit ab und auch das Vakuum lässt nach. Das hat zur Folge, dass kaum noch Elektronen zu Anode gelangen.Hat die Kathode nur zu wenig Emissionsmaterial, so kann diese regeneriert werden, aber auch nicht ewig. Transitoren könnten ewig laufen. Allerdings feheln Langzeitstudien über Jahrzehnte.

> Röhren sind für mechanische Belastung viel empfindlicher als Transistoren, Sie können zerbrechen und durch mechanische Belastung kann das Elektronensystem schwingen und das kann sich negativ auf die jeweilige Anwendung auswirken.

Verwendung

Früher wurden Röhren für Radios, Fernseher, Sendestationen und viele andere Geräte benutzt.

Röhren Heute

Obwohl heutzutage Röhren fast aus dem öffentlich Leben verdrängt wurden, sind sie jetzt wieder auf dem Vormarsch. Alte Röhrenradios werden wieder hervorgeholt und repariert, da man ihr Aussehen und ihren warmen Klang schätzt. Auch verliebt man sich leicht in das Leuchten des magischen Auges. Aufgrund dieser neuen Beliebtheit werden sie wieder hergestellt, besonders Röhren auf denen ein Mythos liegt(300B und 6SN7GT). Da es auch noch alte Bestände von Röhren gibt, sind diese besonders gesucht bei Röhrenliebhabern, mit aber einem entsprechenden Preis. Besonders in östlichen Ländern(Ukraine, Tschechien, Russland) und aus China kommt viel altes Neues. Viele neue Schaltung mit verschiedensten Röhrentypen tauchen auf und bereiten Bastlern und auch Laien viel Freude. Wegen ihrer guten Handhabung von hohen Frequenzen bei großen Leistungen, werden sie immer noch bevorzugt in Sendeendstufen eingesetzt.

Sende- und Leistungsröhren sind mittlerweile vor allem für eine spezielle Art von Teslaspulen begehrt und beliebt. Sie werden VTTCs genannt.

VFDs werden heute noch als Displays im Multimediageräten wie z.B. DVD-Playern oder Verstärkern verwendet.

Spezialröhren

Außer den hier genannten Röhren gibt es noch weitere, besondere Röhren:

Magisches Auge

VFD

Kathodenstrahlröhre

Nixieröhre

Geigermüllerzählrohr

Senderöhre

Bildergalerie