Elektronenröhre

Elektronenröhren, auch als Vakuumröhren bekannt, sind faszinierende technologische Artefakte, die die Geschichte der Elektronik maßgeblich geprägt haben. Diese gläsernen, vakuumversiegelten Geräte spielten eine Schlüsselrolle in der Entwicklung von Radios, Verstärkern und Computern und beeinflussten die Musikindustrie maßgeblich. Diese Dokumentation führt Sie in die Welt der Elektronenröhren ein. Wir werden ihre Entstehung, technologische Entwicklung und ihre kulturelle Bedeutung erkunden. Erfahren Sie, wie sie die Art und Weise, wie wir kommunizieren und Musik genießen, revolutionierten, und warum sie trotz des Vormarschs der Halbleitertechnologie immer noch von Enthusiasten geschätzt werden.

 

Teilansicht eines Selbstbau Vollverstärker mit ECC88 und EL84 ^[1]

 

Inhaltsverzeichnis: 

1. Äußerer Aufbau

2. Innerer Aufbau

3. Funktionsweise

4. Röhrenarten

5. Geschichtlicher Hintergrund 

6. Wichtigsten Röhren

 

1. Äußerer Aufbau

Die traditionelle Hochvakuum-Elektronenröhre hat einen geschlossenen Kolben, der das Elektrodensystem enthält. Durchführungsdrähte stellen die elektrische Verbindung zur Schaltung her. Die Materialien für die einzelnen Komponenten müssen von hoher Reinheit sein. Bereits geringe Spuren von Verunreinigungen können die Lebensdauer der fertigen Röhre erheblich beeinträchtigen. Während des Herstellungsprozesses sind regelmäßige Reinigungsschritte erforderlich, sei es durch mechanische Bearbeitung, Glühbehandlung, Oxidation oder Entfernen unerwünschter Oberflächenschichten. Sauberkeit ist sowohl bei der Herstellung der Einzelteile als auch beim Zusammenbau unerlässlich. Fett und Schweiß von Händen, Staub und Flusen aus der Umgebung können sich in späteren Herstellungsschritten nachteilig auf das Vakuum auswirken oder durch die Erhitzung chemische Verbindungen bilden, die die Emissionsfähigkeit der Kathode beeinträchtigen.

 

Schnttdarstellung einer Elektronenröhre ^[2]

 

In den Anfängen der Röhrentechnologie bestand der Kolben ausschließlich aus Glas. Das Elektrodensystem, das horizontal angeordnet war, wurde an stabilen Haltedrähten in einem sogenannten Quetschfuß befestigt. Diese Haltedrähte wurden durch die Quetschverbindung geführt und schließlich in einen Sockel aus Bakelit eingefädelt, wo sie mit den Kontakten verlötet wurden. Der Sockel wurde dann mit dem Glaskolben versiegelt. Dieser Aufbau war eine direkte Weiterentwicklung der Technologie, die bei der Herstellung von Glühlampen verwendet wurde, und ermöglichte einen stabilen Aufbau des gesamten Systems.

Eine besondere Herausforderung bestand darin, eine vakuumdichte Verbindung zwischen den Durchführungsdrahten und dem Kolben herzustellen. Im Laufe der Zeit wurden Verbundmetalldrähte wie Fernico entwickelt, die sich beim Schmelzen gut mit der Glasmasse verbanden und somit kaum Lücken für die Diffusion von Gasmolekülen zuließen. Auch die Zusammensetzung des Glases wurde weiterentwickelt, um sicherzustellen, dass die Wärmeausdehnung von Anschlussdraht und Glaskolben nur noch vernachlässigbar voneinander abwich.

Im Verlauf der technologischen Entwicklung wurde die freitragende Montage aufgegeben, da sich zeigte, dass die Elektroden im Röhrensystem äußerst empfindlich gegenüber Mikrofonieeffekten waren. Stattdessen wurde der sogenannte Domkolben eingeführt. Die Höhe dieses Kolbens wurde exakt an die Höhe des nun vertikal angeordneten Elektrodensystems angepasst. An der Oberseite des Systems befanden sich Glimmerflügel, die seitlich gegen die Kolbenwand drückten und somit das System im Kolben praktisch vibrationsfrei fixierten.

 

Domkolbendetail ( AL1 Röhre ) ^[3]

 

Durch diese Art der Konstruktion ergaben sich vergleichsweise lange Anschlussdrähte. Die Eigeninduktivität dieser Drähte und die Kapazitäten aufgrund ihrer parallelen Führung innerhalb des Kolbens begrenzten jedoch die Einsatzmöglichkeiten dieser Röhren im UKW-Frequenzbereich und darüber hinaus. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine weitgehende Entkopplung des Gitteranschlusses durch die Einführung einer speziellen Anschlusskappe am Kolbenkopf realisiert. Dies machte zwar die Herstellung der Röhren komplizierter, ermöglichte jedoch auch höhere Verstärkungsfaktoren. Parallele Entwicklungen führten dazu, dass neben den Glaskolben auch Röhren mit Stahlkolben hergestellt wurden, was neue Anwendungsbereiche erschloss und die Vielfalt der verfügbaren Röhrentypen erweiterte.

In der späteren Entwicklungsphase der Elektronenröhren, selbst während der Epoche der Stahlröhren, machte auch die Technologie der Glasröhren große Fortschritte. Dank innovativer Herstellungstechniken konnte eine erhebliche Verkleinerung der Kolbenabmessungen erreicht werden:

 

Die EF12 Röhre, Höhe: 58 mm, Durchmesser: 47 mm ^[4]

 

Die RV12P2000, Höhe: 43 mm, Durchmesser: 27 mm ^[5]

 

Ein herausragendes Beispiel ist die oben dargestellte RV12P2000, die erneut ein Elektrodensystem in einem zylindrischen Glaskolben mit vertikalem Aufbau präsentiert. Um das System mechanisch zu stabilisieren, wurden Glimmerplättchen mit federndem Außenrand sowohl oben als auch unten am System angebracht, um seitliche Schwingungen im Kolben nahezu auszuschließen. Eine bahnbrechende Neuerung bestand darin, dass man Pressglasplatten für die Anschlussdurchführungen verwendete, was den herkömmlichen, in der Hochfrequenztechnik problematischen Quetschfußaufbau verdrängte.

Aufgrund steigender Herstellungskosten etablierte sich Anfang der 1940er Jahre die gängige Allglasröhre mit einem Pressglassockel. Die kurzen Anschlussstifte aus Chromeisen oder Nickel erlaubten den Einsatz dieser Sockelung sogar bis in den UHF-Bereich und gewährleisteten durch stabile Schweißverbindungen mit dem restlichen System eine sichere Positionierung, selbst wenn die Röhre vertikal eingesetzt wurde. Dieser Ansatz wurde zuerst in den frühen 1940er Jahren mit den Loktalröhren von Philips und Tungsram eingeführt und später mit den Rimlockröhren von Philips/Valvo aus dem Jahr 1947 weiter verkleinert.

Der im Jahr 1940 eingeführte Miniatursockel und der 1951/52 etablierte Novalsockel zeigten durch eine Lücke im Stiftkreis ohne zusätzliche externe Hilfsmittel die korrekte Ausrichtung in der Fassung an und sind selbst heute noch der Branchenstandard für Kleinsignalröhren. Röhren mit höherer Leistung wiesen oft einen weniger schwingungsfreien Aufbau auf, was auf bessere Isolationseigenschaften und Einsparungen bei den Materialkosten zurückzuführen war. Senderöhren und Hochspannungsröhren wie die PD500 und DY8 hatten beispielsweise oft eine Anode, die lediglich durch eine Durchführung im Glaskolben fixiert war. Aufgrund der größeren Abstände zwischen den Elektroden in diesen Röhren hatte ein eventuelles mechanisches Schwingen der Elektroden jedoch nicht so gravierende Auswirkungen wie bei Kleinsignalröhren. Es gab auch Fortschritte in der Keramiktechnologie, die schließlich zur Entwicklung der winzigen Nuvistorröhren führten, die kaum größer waren als ein Fingerhut. Zu dieser Zeit war die Halbleitertechnologie jedoch bereits so weit fortgeschritten, dass diese Röhrentypen sich nicht mehr in nennenswertem Umfang durchsetzen konnten.

 

2. Innerer Aufbau

In den frühen Tagen der Elektronenröhren wurde das eigentliche Elektrodensystem der Röhre freitragend auf dem Quetschfuß montiert. In einigen Fällen wurde sogar eine Glasbrücke über dem Röhrensystem eingeführt, um die genaue Positionierung der Röhrenelektroden von oben her zu sichern. Mit der Einführung der Domkolbenbauweise wechselte man jedoch zu einem Aufbau, der auf keramischen Brücken basierte. Dies geschah aus mehreren Gründen: Die Glasbrücken verursachten Verluste, erhöhten die Kapazität und reduzierten die Empfindlichkeit gegenüber Mikrofonieeffekten nicht spürbar.

 

Grober innerer Aufbau ^[3]

 

Die einzelnen Komponenten des Elektrodensystems, wie das Gitter und die Kathode, wurden in Aussparungen der keramischen Brücken platziert, um ein seitliches Verrutschen zu verhindern. Allerdings neigten die keramischen Bauteile dazu, Sekundärelektronen zu emittieren. Daher wurden bald Glimmerplättchen aus Muskovit anstelle von Keramik verwendet. Ein weiterer Vorteil war, dass keine Rücksicht auf thermische Ausdehnungsprobleme der Elektroden genommen werden musste, da Glimmer im Vergleich zu Keramik elastischer ist. Aus diesem Grund konnten die Stanzlöcher in den Glimmerplättchen enger bemessen werden, was dazu führte, dass die Elektroden fest saßen und mechanische Schwingungen (Mikrofonie) vermieden wurden. Schließlich diente die oft zylindrische oder kastenförmige Anode dazu, die Glimmerplättchen horizontal zueinander zu fixieren.

Wie weit die Miniaturisierung in nur wenigen Jahren vorangeschritten ist, zeigen folgende Modelle: 

AF7
 Kathoden-ø: 1,8 mm
Abstand k – g1: 0,40 mm
Abstand g1 – g2: 1,05 mm ^[6]

 

Kathoden-ø: 0,8 mm
Abstand k – g1: 0,23 mm
Abstand g1 – g2: 0,55 mm ^[4]

 

Die meisten Elektrodensysteme wurden konzentrisch aufgebaut. Das vollständig montierte System wurde dann durch Punktverschweißen mit den Sockelanschlüssen verbunden und der Kolben wurde anschließend mit dem Sockelteller bzw. dem Quetschfuß verschmolzen. Dieser Fortschritt in der Miniaturisierung ermöglichte die Herstellung von immer kompakteren und leistungsfähigeren Elektronenröhren.

 

Kathode

Die Kathode ist ein essentieller Bestandteil von Elektronenröhren und verantwortlich für die Emission von Elektronen. Ihre Funktion besteht darin, Elektronen zu erzeugen und zu steuern, was den Kernprozess in Elektronenröhren darstellt. Es existieren verschiedene Kathodentypen, abhängig von Anwendung und Leistungsanforderungen. Diese umfassen Wolframkathoden, thorierte Wolframkathoden, Oxidkathoden und indirekt geheizte Bariumoxidkathoden. Die Betriebstemperatur variiert je nach Kathodentyp und Anwendungsbereich. Die Kathode kann direkt oder indirekt geheizt sein. Indirekt geheizte Kathoden sind in modernen Elektronenröhren üblich. Es ist wichtig, die Kathode korrekt zu heizen, da Unterheizung oder Überheizung ihre Leistung beeinträchtigen kann. Elektronenröhren mit Kathoden werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, darunter Verstärker, Senderöhren, Gleichrichterröhren und Kathodenstrahlröhren. Die Wahl des geeigneten Kathodentyps hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. Im Laufe der Zeit haben Kathoden in Elektronenröhren eine Entwicklung durchlaufen, um den technologischen Fortschritt und die Anforderungen der Elektronikindustrie zu erfüllen. Dies hat zur Verbesserung der Effizienz und Leistungsfähigkeit dieser Geräte beigetragen. Insgesamt ist die Kathode ein Schlüsselkomponente in Elektronenröhren und spielt eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung und Steuerung von Elektronenemissionen.. Es gibt verschiedene Kathodentypen, die je nach Anwendungsbereich und Leistungsanforderungen verwendet werden:

1. Wolframkathode: Dieser Kathodentyp funktioniert ähnlich wie der Heizdraht in einer Glühlampe. Der Heizdraht selbst dient als Elektronenemitter und wird daher als direkt geheizte Kathode bezeichnet. Wolframkathoden sind vor allem in älteren Senderöhren hoher Leistung und in Sonderröhren wie Rauschgeneratorröhren üblich. Um ausreichend Kathodenstrom zu erzeugen, muss die Betriebstemperatur über 2200 °C liegen.

2. Thorierte Wolframkathode: Hier ist der Wolframdraht mit einer dünnen Schicht Thorium versehen. Diese Beschichtung senkt die Austrittsarbeit der Elektronen und somit die erforderliche Temperatur auf 1500 °C. Thorierte Wolframkathoden kommen häufig in Senderöhren mittlerer Leistung zum Einsatz.

3. Direkt geheizte Oxidkathode: Bei dieser Art von Kathode ist der Heizdraht mit einer dünnen Schicht Bariumoxid beschichtet. Diese Beschichtung reduziert die erforderliche Temperatur weiter auf unter 800 °C. Solche Oxidkathoden werden in Batterieröhren, Gleichrichterröhren, Leuchtstofflampen und Vakuum-Fluoreszenzanzeigen verwendet.

4. Indirekt geheizte Bariumoxidkathode: Dieser Kathodentyp besteht aus einer Wolfram-Heizwendel, die elektrisch isoliert in ein Nickelröhrchen eingeführt wird. Das Nickelröhrchen ist mit einer Beschichtung aus Bariumoxid versehen und fungiert als eigentliche Kathode. Diese Bauform wird in den meisten Röhren kleiner Leistung sowie in Bildröhren und Kathodenstrahlröhren verwendet. Sie ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des elektrischen Potentials über die gesamte Kathodenfläche, was besonders wichtig für Kleinsignalverstärker ist.

5. Indirekt-strahlungsgeheizte Kathoden: Diese speziellen Kathoden erfordern eine hohe Isolation zwischen Heizfaden und Kathode. Der Heizfaden ist in der Mitte eines großzügig dimensionierten Kathodenröhrchens mechanisch fixiert und wird ausschließlich durch die von ihm ausgehende Wärmestrahlung beheizt.

 

Es ist wichtig zu beachten, dass Oxidkathoden empfindlich gegenüber Unter- oder Überheizung sind. Eine Unterheizung führt zur Freisetzung von Sauerstoff aus der Oxidschicht, der sich an der Kathodenoberfläche ablagert und die Elektronenemission reduziert (Vergiftung der Kathode). Eine Überheizung erhöht die Verdampfungsrate von metallischem Barium aus der Oxidschicht, was ebenfalls die Emission herabsetzt. Daher sollte eine Toleranz von ±5 % bei der Heizleistung eingehalten werden. Trotzdem ist die Betriebsdauer von Oxidkathoden im Vergleich zu direkt geheizten Kathoden kürzer, da sich die Zusammensetzung der Beschichtung im Laufe der Zeit ändert oder die Beschichtung sich sogar ablösen kann. In speziellen Röhrentypen wie Photomultipliern oder Photozellen wird das Kathodenmaterial so ausgewählt, dass die Austrittsarbeit der Elektronen möglichst gering ist. In diesen Anwendungen werden Elektronen durch Licht mit kurzer Wellenlänge freigesetzt.

 

Anoden

Die Anode in Elektronenröhren spielt eine kritische Rolle bei der Bewältigung thermischer Belastungen und erfordert spezifische Eigenschaften, um ihre Funktion zu erfüllen. Während des Betriebs bremsen die Elektronen auf der Anode ab und erzeugen dabei Wärme. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Anode diese Wärme effizient abführt. Zu diesem Zweck werden verschiedene Materialien verwendet, die minimale Sekundärelektronenemission aufweisen und einen Großteil der erzeugten Wärme nach außen abstrahlen können. Bei Gleichrichterröhren, insbesondere, ist eine hohe Austrittsarbeit der Anode und eine geringe Neigung zur Feldemission erforderlich. Dies wird oft durch die Verwendung von runden, hohlen Anodenstrukturen erreicht.

Unter extremen Betriebsbedingungen, insbesondere bei großen Belastungen, können strahlungsgekühlte Anoden sichtbar zu glühen beginnen, was ein deutliches Zeichen für Überlastung darstellt. Dieser Zustand ist für herkömmliche Kleinleistungsröhren im Radio- und Fernsehbereich bereits als elektrische Überlastung definiert. Obwohl die Röhre diesen Zustand eine gewisse Zeit lang überleben kann, geht ihre Lebensdauer drastisch zurück, da es zu einem Ausgasen von Gasresten aus den Elektroden kommen kann. Die hohen Temperaturen während dieses Zustands können dazu führen, dass die glühenden Elektroden weich werden und sich unter dem Einfluss der elektrischen Felder verformen. Dies wiederum kann die Röhrendaten verfälschen oder sogar Kurzschlüsse innerhalb des Röhrensystems verursachen. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass sich der Glaskolben verformt oder reißt. Bei Gleichrichterröhren kann es zu einer sogenannten Rückzündung kommen, bei der die Anode aufgrund ihrer hohen Temperatur Elektronen in beide Richtungen aussendet.

Bei großen Leistungsröhren, Röntgenröhren und Magnetrons werden massive Anoden eingesetzt, die oft luft- oder wassergekühlt sind und direkten Kontakt zur Außenluft haben. Röntgenanoden bestehen oft aus einer Kombination von Wolfram und Kupfer, um die Wärme effektiv abzuleiten.

Während des normalen Betriebs geben die Elektronen auf der Anode nicht nur Wärme ab, sondern erzeugen auch schwache Lichterscheinungen, die als Lilienfeldstrahlung bekannt sind. Bei einigen Röhrentypen ist der innere Aufbau des Elektrodensystems nicht vollständig geschlossen, was dazu führen kann, dass Elektronen auf den Glaskolben treffen und dort Fluoreszenzerscheinungen verursachen. Diese Lichterscheinungen sind besonders bei Leistungsröhren aufgrund der hohen Betriebsströme und/oder Anodenspannungen deutlich sichtbar.

 

Blaue Lichterscheinungen direkt an der Anode (Röhrenmodell: EF89) ^[7]

 

Blaue Lichterscheinungen am Glaskolben (Röhrenmodell: PL95)

 

Es ist wichtig zu beachten, dass bei sehr hohen Spannungen gesundheitsschädliche Röntgenstrahlung erzeugt werden kann, ähnlich wie bei einer Röntgenröhre. Diese Röntgenstrahlung tritt bereits ab Anodenspannungen von etwa 1 kV auf. Die Vorschriften zur Strahlungssicherheit sind streng, und es sind Grenzwerte festgelegt, um die Gesundheit zu schützen. In einigen Fällen führte unzureichende Abschirmung zu Gesundheitsschäden, insbesondere bei militärischen Radaranlagen, wo Krebsfälle bei Soldaten auftraten, die in den 1950er bis 1980er Jahren Dienst an diesen Anlagen verrichteten. Die Schaltröhre GMI-90 wurde beispielsweise mit einer Anodenspannung von 25 kV und einem Anodenstrom von ca. 30 A während des Pulses betrieben.

Schließlich können Elektronen, die auf der Glasinnenwand landen, elektrische Felder erzeugen, da sie aufgrund des normalerweise nicht leitenden Glases kaum abfließen können. Im Laufe der Zeit kann dieses Elektronenbombardement, insbesondere bei Röhren mit hohen Betriebstemperaturen, zu einer elektrolytischen Zersetzung des Glases führen, was sich durch sichtbare braune Schlieren bemerkbar machen kann. In Röhren, bei denen Elektronen zur Glaswand hin beschleunigt werden, werden während des Herstellungsprozesses verschiedene Maßnahmen ergriffen, um eine elektrisch schwach leitfähige Substanz auf die Innenseite des Glaskolbens aufzubringen. Diese Substanz wird durch Kontaktfedern elektrisch mit der Anode verbunden, so dass die Elektronen abfließen können. Dies ist beispielsweise bei Bildröhren der Fall, bei denen eine transparente leitfähige Oxidschicht verwendet wird.

 

Steuergitter

Elektronenröhren sind komplexe Geräte, die zwischen ihrer Kathode und Anode eine Vielzahl zusätzlicher Elektroden enthalten können, um ihre Funktion zu steuern und zu optimieren. Diese Elektroden umfassen Steuergitter, Schirmgitter, Bremsgitter und elektronenoptische Fokussierelektroden. Steuergitter und Schirmgitter bestehen oft aus Drahtwendeln oder Drahtgittern. Diese Drahtgitter bestehen in der Regel aus Molybdän und sind auf verkupferten Haltedrähten angebracht. Bremsgitter und Fokussierelektroden hingegen können die Form von Blechblenden haben, die aus Nickel gefertigt sind. Die Haltedrähte für diese Elektroden bestehen mitunter aus Verbundwerkstoffen, die eine gute Wärmeleitfähigkeit mit hoher mechanischer Festigkeit kombinieren.

Ein Beispiel für diese Elektrodenkonfiguration ist in der Abbildung einer HF-Pentode EF91 zu sehen. Hier sind die einzelnen Elektroden deutlich erkennbar:

 

EF91-Pentode ^[8]

 

- Das Steuergitter, zur Wärmeableitung auf verkupferten Haltedrähten aufgebracht, reguliert den Elektronenfluss.
- Das Bremsgitter ist weitmaschig und verhindert, dass Sekundärelektronen zum Schirmgitter zurückkehren.
- Die Stäbe zwischen den Gittern tragen das Schirmgitter und halten das elektrische Feld aufrecht, selbst wenn die Anode ein weniger positives Potential annimmt. Die Hauptaufgabe des Schirmgitters besteht darin, das Steuergitter vor dem elektrischen Feld der Anode abzuschirmen, daher sein Name.
- Die graublaue Fläche repräsentiert die Anode, während die Kathode anhand ihres weißen Oxidbelags erkennbar ist.

Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Steuergitter, das selbst keine Elektronen emittieren darf. Es befindet sich in unmittelbarer Nähe zur beheizten Kathode und ist daher der Gefahr der Überhitzung ausgesetzt. Um dies zu verhindern, werden wärmeableitende Haltedrähte verwendet, und manchmal sind zusätzliche wärmeabstrahlende Kühlfahnen angebracht, um das Steuergitter kühl zu halten. Eine überhitzte Steuergitter oder sogar Kathodenmaterial, das auf das Steuergitter gelangt, kann zu sogenannter Gitteremission führen. Dies wiederum würde zu einer Verschiebung des Arbeitspunkts oder sogar zu einem thermisch verstärkenden Zerstörungseffekt führen, da das Gitter durch die Emission positiver wird, der Anodenstrom steigt und zusätzliche Wärme erzeugt wird. Dieser Effekt wurde in den 1930er Jahren als das sogenannte Durchstoßen bezeichnet.

 

Evakuierung 

Die Evakuierung einer Elektronenröhre ist ein entscheidender Schritt in ihrer Herstellung, um sicherzustellen, dass das Innere der Röhre frei von Gasen ist. Dieses Vakuum ist von entscheidender Bedeutung, damit die Elektronen innerhalb der Röhre nicht durch Gasmoleküle abgebremst werden und frei fließen können. Der Evakuierungsprozess beginnt nachdem der Röhrenkolben versiegelt wurde. Die Röhre wird über ein Pumpröhrchen mit einer Vakuumpumpe verbunden. Während des Pumpvorgangs wird ein Verfahren namens Ausheizen angewendet. Hierbei wird die Röhre durch ihren eigenen Heizfaden erwärmt, und gleichzeitig werden die metallischen Teile innerhalb des Röhrensystems gezielt erhitzt, ähnlich wie bei einem Induktionskochfeld, jedoch mit Hilfe eines leistungsstarken Hochfrequenzfeldes (einige 100 kHz). Dies hat den Zweck, Gasreste, die an den Oberflächen adsorbiert sind oder durch Van-der-Waals-Kräfte gebunden sind, schneller zu lösen und aus der Röhre zu entfernen. Dies verkürzt die Evakuierungszeit, verbessert die Qualität des Vakuums über die Lebensdauer der Röhre und reduziert den Bedarf an Gettermaterialien.

Um die Qualität des Vakuums während des Betriebs aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, dass die Röhre im Normalbetrieb nicht höheren Temperaturen ausgesetzt ist als während des Ausheizens. Gasreste können immer noch in den einzelnen Teilen der Elektroden vorhanden sein, werden jedoch nur bei höheren Temperaturen ausgelöst. Die Ausheiztemperatur ist daher ein Kompromiss zwischen verschiedenen Faktoren, einschließlich der Wirtschaftlichkeit, der Qualität des Vakuums über die Lebensdauer der Röhre und der Vermeidung von Beschädigungen. Nach der Evakuierung wird das Pumpröhrchen verschmolzen, und es bleibt ein charakteristischer Glaszapfen zurück. Als nächster Schritt wird der sogenannte Getter "gezündet", der Gase, die während des Betriebs freigesetzt werden oder von außen eindringen, einfängt. Oft kann man auf der inneren Wandung der Röhre im oberen Teil einen spiegelnden Belag sehen, der durch diesen Getter erzeugt wird.

Wenn eine Röhre Luft gezogen hat, reagiert der Getter mit den eingetretenen Gasen, was durch den Verlust der spiegelnden Schicht und das Erscheinen eines milchig-weißen Belags sichtbar wird. In einigen Fällen wurden andere Gettertypen verwendet, die direkt Gasreste ohne die Bildung eines Glasspiegels binden. Abschließend durchläuft die Röhre eine künstliche Alterung, um sicherzustellen, dass ihre Betriebsparameter über die erwartete Lebensdauer stabil bleiben. Nach einer gründlichen Qualitätskontrolle werden die Röhren gestempelt, sorgfältig verpackt und für den Versand vorbereitet.

 

3. Funktionsweise

Der Elektronenstrom in Elektronenröhren spielt eine entscheidende Rolle bei ihrem Betrieb und ihrer Funktionalität. Diese Bauteile basieren auf dem Prinzip der Elektronenemission von einer beheizten Kathode, die von einer Anode angezogen werden. Der Elektronenstrom entsteht, wenn zwischen Kathode und Anode eine Anodenspannung angelegt wird und ein elektrisches Feld erzeugt wird. Dieses elektrische Feld übt eine Kraft auf die freigesetzten Elektronen aus, die sie in Richtung der Anode beschleunigt. Die Elektronenemission erfolgt in der Regel thermisch, das bedeutet, die Elektronen werden von der erhitzten Kathode freigesetzt. Dieser Prozess erzeugt Elektronen, die in den luftentleerten Raum innerhalb der Röhre eintreten. Dabei haben die Elektronen eine ausreichend freie Weglänge, um nicht durch Gasmoleküle abgebremst zu werden, weshalb ein Vakuum innerhalb der Röhre notwendig ist.

Die Richtung und Stärke des Elektronenstroms kann durch die Anwendung von elektrischen Steuerspannungen und magnetischen Feldern, die durch Ablenkspulen erzeugt werden, beeinflusst werden. Dadurch wird es möglich, den Elektronenstrom präzise zu steuern und zu lenken. Dies ist von entscheidender Bedeutung in verschiedenen Anwendungen, wie beispielsweise in Kathodenstrahlröhren, wo der Elektronenstrahl über einen Bildschirm gelenkt wird, um Bilder darzustellen. Ein besonders interessantes Merkmal des Elektronenstroms in Elektronenröhren ist seine Verwendung in gleichrichtenden Schaltungen. Insbesondere in Röhrendioden wird dieser Effekt genutzt. Wenn die Kathode beheizt wird, emittiert sie relativ viele Elektronen, die zur Anode hin fließen können, wenn die Anodenspannung richtig gepolt ist. In umgekehrter Richtung, wenn die Anode negativ ist, kann die Kathode aufgrund der niedrigeren Temperatur keinen nennenswerten Elektronenstrom emittieren. Dieser Effekt wird in Gleichrichterröhren genutzt, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln.

Es ist erwähnenswert, dass in bestimmten Sonderfällen, insbesondere bei Hochspannungsanwendungen, die sogenannte Feldemission auftreten kann. Dies tritt auf, wenn die Elektronen aus einer spitz geformten Kathode austreten. In den meisten Fällen ist Feldemission jedoch unerwünscht, da sie unkontrollierte Elektronenemission verursachen kann, was die Funktionsweise der Elektronenröhre stört. Daher werden in Elektronenröhren oft verschiedene Maßnahmen ergriffen, um die unerwünschte Feldemission zu verhindern, wie beispielsweise das Abrunden von Elektrodenkanten. Die präzise Steuerung des Elektronenstroms in Elektronenröhren ist somit von großer Bedeutung, um ihre vielfältigen Anwendungen in Bereichen wie Kommunikation, Unterhaltungselektronik und Messtechnik zu ermöglichen.

 

Typische Kennlinie einer Verstärkerröhre ^[9]

 

Die Kennlinie einer Verstärkerröhre, wie sie im obenstehenden Bild dargestellt ist, veranschaulicht den typischen Zusammenhang zwischen dem Anodenstrom und der Gitterspannung. Diese Kennlinie ist charakteristisch für jeden Röhrentyp und hängt von der angelegten Anodenspannung ab. Sie zeigt bestimmte wichtige Eigenschaften und Parameter, die für das Verständnis und die Anwendung von Elektronenröhren von entscheidender Bedeutung sind.

Ein grundlegendes Merkmal dieser Kennlinie ist die Abschnürspannung. Ab einem bestimmten Wert der Gitterspannung sperrt die Röhre den Elektronenstrom zur Anode. Dieser Schwellenwert, die Abschnürspannung, ist konstruktionsbedingt und variiert je nach Röhrentyp. Sie kann beispielsweise bei -300 V für bestimmte Röhren wie der 4CX3000A oder bei nur -2 V für andere wie der EC8020 liegen. Bei noch negativeren Gitterspannungen fließt überhaupt kein Anodenstrom. Es ist wichtig zu beachten, dass zu große negative Spannungen mechanische Verformungen der feinen Gitterwindungen im Röhrensystem verursachen können, was nicht nur die elektrischen Parameter beeinflusst, sondern auch zu Kurzschlüssen führen kann.

Eine weitere interessante Eigenschaft der Kennlinie ist, dass der Anodenstrom nicht unbegrenzt steigt, wenn das Steuergitter zu positiv wird. Dies liegt an verschiedenen Faktoren. Erstens kann die Kathode, abhängig von ihrer Temperatur, ihrer Fläche und dem verwendeten Material, nicht beliebig viele Elektronen emittieren. Zweitens führt ein besonders hoher Anodenstrom zu einem größeren Spannungsabfall am externen Widerstand, was die Anodenspannung verringert und somit weniger Elektronen zur Anode zieht. Drittens kann der Anodenstrom sogar abnehmen, wenn mehr Elektronen zum positiven Gitter fliegen als zur Anode, was zu einer thermischen Überlastung des Gitters führen kann.

 

Röhrenschaltplan von Klaus Burosch 

 

Die Kennlinie zeigt auch, dass das Steuergitter, wenn es positiv wird, nicht mehr unendlich hochohmig ist, sondern wie ein Widerstand von einigen Kiloohm wirkt. Dies führt oft zu erheblichen Signalverzerrungen, insbesondere wenn das Gitter positiv wird. In NF-Verstärkern wird dieser Zustand vermieden, da er bei den üblichen Kleinsignalröhren nicht spezifiziert ist. In der Praxis wird der Arbeitspunkt der Röhre normalerweise in einem relativ schmalen Bereich gewählt, in dem der Zusammenhang zwischen Anodenstrom und Gitterspannung einigermaßen linear ist. In diesem Bereich fließt ständig ein gewisser Ruhestrom zur Anode, auch wenn kein Signal verstärkt wird. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dieser Zusammenhang bei großen Steuerspannungen am Gitter nichtlinear wird, was zu Verzerrungen in der Verstärkerstufe führen kann.

Die nichtlineare Abhängigkeit des Anodenstroms von der Gitterspannung resultiert aus der Rückwirkung der Anodenspannung auf die Raumladung der Elektronenwolke um die Kathode. Diese Rückwirkung kann mathematisch durch das Raumladungsgesetz beschrieben werden. Ein hoher Durchgriff, der die Rückwirkung des Anodenpotenzials auf den Anodenstrom beschreibt, wirkt wie eine integrierte Gegenkopplung. Um die Leistungsverstärkung zu maximieren und den Wirkungsgrad zu erhöhen, werden oft zwei gleiche Röhren im Gegentakt-B-Betrieb verwendet. Jede Röhre verstärkt nur eine Halbwelle, und ein symmetrischer Ausgangstransformator kombiniert beide Anteile wieder. Dies ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 75 % ohne Berücksichtigung der Heizleistung. Verzerrungen aufgrund des nichtlinearen Verlaufs der Kennlinie können durch Gegenkopplung weitgehend kompensiert werden.

Es ist jedoch zu beachten, dass im Gegentakt-B-Betrieb unvermeidliche Übernahmeverzerrungen auftreten können, insbesondere wenn eine Röhre sperrt, während die andere noch nicht ausreichend gesteuert wird. Diese Verzerrungen können durch sorgfältige Auswahl der Röhrenpaare und individuell eingestellte Ruheströme minimiert werden. In Hochfrequenzverstärkern in Sendern spielen Verzerrungen im B-Betrieb normalerweise keine Rolle, da nachfolgende Filterstufen die in den Röhren erzeugten Oberwellen entfernen. Zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrads wird oft der C-Betrieb verwendet, bei dem die Steuerspannung so hoch ist, dass Gitterstrom fließen kann. Durch das abrupte Ein- und Ausschalten des Anodenstroms erreicht man Wirkungsgrade von bis zu 87 %. Das Zusammenspiel von Steilheit, Durchgriff und Innenwiderstand wird durch die Barkhausensche Röhrenformel erfasst, die in der Konstruktion und Analyse von Elektronenröhren von großer Bedeutung ist.

 

Heizungsarten ^[3]

 

Die Heizung einer Elektronenröhre ist ein wesentlicher Aspekt ihrer Funktionsweise, da sie maßgeblich beeinflusst, wie viele Elektronen aus der Kathode austreten und somit den Elektronenstrom steuert. Eine ausreichende Emission von Elektronen aus der Kathode ist entscheidend, um den gewünschten Elektronenfluss zu erzeugen. Dieser Prozess wird oft als Edison-Richardson-Effekt bezeichnet.

Es gibt zwei grundlegende Arten der Heizung, nämlich die direkte und die indirekte Heizung. Bei der direkten Heizung erfüllt der Heizdraht gleichzeitig die Funktion der Kathode. Der Heizstrom fließt direkt durch den draht- oder bandförmigen Kathodenmaterial. Bei der indirekten Heizung hingegen wird der Heizstrom durch einen separaten Draht, meist eine Wolfram-Glühwendel, geleitet, der innerhalb des Kathodenröhrchens isoliert ist. Die Wärme wird dann über Wärmeleitung und -strahlung auf das Kathodenröhrchen übertragen. Die indirekte Heizung bietet den Vorteil der galvanischen Trennung zwischen Heizung und Kathode, was es ermöglicht, Schaltungsvarianten zu realisieren, die mit direkt geheizten Röhren nicht ohne erheblichen Schaltungsaufwand möglich wären. Dies ermöglicht beispielsweise die Verwendung von Serienheizung, bei der die Heizwendeln mehrerer Röhren in Reihe geschaltet sind. Indirekt geheizte Röhren werden häufig zur Verstärkung kleiner Signale in älteren Fernsehgeräten, Messgeräten und Radioempfängern eingesetzt. Auch in Audioverstärkern finden sie noch Verwendung. Ein klassisches Beispiel für indirekt geheizte Röhren sind Bildröhren.

Die direkte Heizung hingegen erfordert weniger elektrische Leistung, um die gleiche Kathodentemperatur zu erreichen. Direkt geheizte Röhren sind sehr schnell betriebsbereit, oft schon in unter zwei Sekunden. Im Gegensatz dazu benötigen indirekt geheizte Röhren, je nach Typ, zwischen zehn Sekunden bis mehrere Minuten, um ihre Arbeitstemperatur zu erreichen. Bei direkter Heizung ist jedoch Vorsicht geboten, da der Anodenstrom, der zusätzlich zum eigentlichen Heizstrom ebenfalls durch den als Kathode fungierenden Heizdraht fließt, zu einer sichtbaren Erwärmung des Drahtes führen kann. Dies ist insbesondere bei Batterieröhren der D-Serie relevant, bei denen der Heizstrom sehr gering ist.

Ein weiterer Vorteil der direkten Heizung besteht darin, dass sie höhere Kathodentemperaturen ermöglicht, was bei anderen Kathodentypen, wie der klassischen Oxidkathode, nicht der Fall ist. Dies ist wichtig, da der für die indirekte Heizung erforderliche Isolierstoff den höheren Temperaturen nicht standhalten würde. Direkt geheizte Kathoden kommen heute noch in Senderöhren, Gleichrichterröhren und Magnetrons zum Einsatz. Auch Vakuum-Fluoreszenzanzeigen in Unterhaltungselektronikgeräten nutzen oft direkt geheizte Kathoden, um die Sichtbarkeit der Kathode im Bildfeld zu minimieren. Es gibt auch zwei Möglichkeiten, Heizfäden zu schalten, nämlich die Serienheizung und die Parallelheizung. Bei der Parallelheizung werden mehrere Heizfäden parallel an einer Heizspannung betrieben, wobei die Heizströme variieren können. Diese Methode wird häufig in Standgeräten eingesetzt, bei denen die Heizspannung mithilfe von Heizwicklungen im Netztransformator reduziert wird. Die Spannungswerte sind genormt und reichen von 1,4 V bis 12,6 V. Moderne Röhren der E-Serie sind auch für die Serienheizung ausgelegt.

Die Serienheizung hingegen schaltet die Heizfäden in Reihe. Jeder Strang wird mit dem gleichen Strom betrieben, und die Heizspannungen können variieren. Wenn die Summe der Heizspannungen die Speisespannung nicht erreicht, wird der überschüssige Spannungsrest in einem Vorwiderstand mit Verlustleistung verheizt oder mittels eines Vorkondensators oder einer Vordiode ohne Verlustleistung reduziert. Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile. Die Parallelheizung bietet den Vorteil geringerer Spannungsunterschiede zwischen Kathode und Heizfaden sowie eine geringere kapazitive Störeinflüsse aufgrund von Leitungen mit hoher Wechselspannung quer durch die Schaltung. Ein Nachteil ist jedoch der insgesamt hohe Heizstrom, der individuell verteilt werden muss. Die Serienheizung hingegen erfordert eine geringere Leistung und bietet den Vorteil einer einfacheren Verteilung des Heizstroms. Allerdings kann überschüssige Spannung in einem Vorwiderstand verheizt werden, was Energie verschwendet. Ein weiterer Nachteil ist die längere Aufwärmzeit, bis die Kathode die erforderliche Arbeitstemperatur erreicht hat.

 

4. Röhrenarten

Elektronenröhren sind vielfältig und werden durch ihre Funktion, die Anzahl und Anordnung der Elektroden sowie die Art der Stromversorgung unterschieden. Dieses breite Spektrum an Röhrentypen ermöglichte verschiedene Anwendungen in der Elektronik. Hier geben wir einen Überblick über einige der wichtigsten Kategorien von Elektronenröhren. Die verschiedenen Röhrentypen boten Ingenieuren und Technikern eine breite Palette von Möglichkeiten, um elektronische Schaltungen für unterschiedliche Anwendungen zu entwickeln. Obwohl Halbleiterkomponenten heute weithin Elektronenröhren in vielen Anwendungen abgelöst haben, haben diese Röhren einen wichtigen Platz in der Geschichte der Elektronik und sind immer noch in einigen Nischenanwendungen im Einsatz.

 

Diode 

 

Die Röhrendiode ist eine der grundlegenden Formen von Elektronenröhren und spielt eine wichtige Rolle in der Elektronikgeschichte. Sie wird auch als "Vakuumdiode" bezeichnet und besteht aus den beiden Hauptelektroden: der Kathode (k) und der Anode (a). Im Gegensatz zu komplexeren Elektronenröhren wie Trioden oder Tetroden, die für Verstärkungszwecke entwickelt wurden, hat die Röhrendiode nur diese beiden essentiellen Elemente. ^[3]

Die Funktionsweise der Röhrendiode basiert auf dem Prinzip der Elektronenemission von der erhitzten Kathode und der Beschleunigung dieser Elektronen durch ein elektrisches Feld, das zwischen der Kathode und der Anode erzeugt wird. Damit Elektronen fließen können, muss eine elektrische Spannung zwischen Kathode und Anode angelegt werden. Dieses elektrische Feld bewirkt, dass Elektronen von der Kathode zur Anode hin beschleunigt werden, und sie werden von der Anode aufgefangen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Polarität der angelegten Spannung eine entscheidende Rolle spielt. Um einen Anodenstrom zu erzeugen, muss die Kathode ein negatives Potential im Vergleich zur Anode aufweisen. Andernfalls fließt nur ein minimaler Strom, der als Anlaufstrom bezeichnet wird. Dieser Anlaufstrom entsteht, weil einige Elektronen genügend Energie besitzen, um die Distanz zwischen den Elektroden zu überwinden. Die Stärke dieses Stroms hängt von der Austrittsarbeit der Kathode und ihrer Temperatur ab. Die Röhrendiode hatte in der Geschichte der Elektronik mehrere wichtige Anwendungen. Eine ihrer Hauptanwendungen war als Gleichrichter, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Dies war besonders in der frühen Elektronikgeschichte von großer Bedeutung.

 

EY 51 Diode

 

DY Diode

 

Einige früher weit verbreitete Diodentypen sind beispielsweise die EAA91, die zwei unabhängige Kleinsignal-Diodenstrecken in einem Röhrenkolben hatte und in Diskriminatoren zur FM-Demodulation sowie in Fernsehgeräten zur Bildsignal-(AM-)Demodulation und zur Schwarzwertklemmung verwendet wurde. Es gab auch Hochspannungs-Gleichrichterdioden wie die EY51 und DY86, die in Fernseh-Bildröhren und Oszilloskop-Kathodenstrahlröhren eingesetzt wurden, sowie Zwei-Wege-Gleichrichter wie die EZ80 und EZ81. Eine weitere bemerkenswerte Diode war die PY88, eine Hochspannungs-Boosterdiode, die in der Zeilenendstufe von Fernsehgeräten verwendet wurde.Die Röhrendiode mag heute nicht mehr so verbreitet sein wie in der Vergangenheit, aber sie hat einen wichtigen Platz in der Geschichte der Elektronik und war ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu modernen Halbleiterdioden. ^[3]

 

Triode

 

Triodensymbol ^[3]

 

Die Triode, auch als Eingitterröhre bezeichnet, ist eine wichtige Form der Elektronenröhre, die in der Geschichte der Elektronik eine entscheidende Rolle gespielt hat. Sie ist durch das charakteristische Symbol "Triode" gekennzeichnet und verfügt über drei Hauptelektroden: die Kathode (k), die Anode (a) und das Steuergitter (g1), das zwischen Kathode und Anode angeordnet ist. Diese Röhrenart war ein bedeutender Meilenstein in der Entwicklung von elektronischen Verstärkern und wurde später teilweise durch Transistoren ersetzt. Die Triode ermöglicht die elektronische Verstärkung von Signalen durch die Steuerung des Elektronenflusses zwischen Kathode und Anode mithilfe des Steuergitters. Diese Steuerung erfolgt stromlos, indem die Spannung am Steuergitter variiert wird. Wenn die Gitterspannung negativ ist, wird der Elektronenfluss zwischen Kathode und Anode reduziert oder unterbrochen. Dies ermöglicht die präzise Steuerung des Anodenstroms und somit die Verstärkung des Eingangssignals.

Die Triode kann als historisch erster elektronischer Verstärker angesehen werden. Vor der Entdeckung der Triode waren elektronische Verstärker aufgrund der begrenzten Technologien und Materialien nicht existent. Die Triode ermöglichte erstmals eine effiziente und leistungsfähige Verstärkung von elektronischen Signalen. Die Verstärkungsfähigkeit der Triode wird durch ihre Steilheit ausgedrückt, die in mA/V gemessen wird. Diese Steilheit hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Nähe des Steuergitters zur Kathode, die Dichte der Gitterwicklung und die Größe der Kathodenoberfläche. Trioden mit besonders steilen Kennlinien haben oft feinere Gitterdrähte, die nahe an der Kathode angeordnet sind.

Heutzutage werden Trioden aufgrund ihrer geringeren Verstärkungsfähigkeit im Vergleich zu Transistoren nicht mehr so weit verbreitet eingesetzt. Sie finden jedoch immer noch Anwendung in speziellen Bereichen, in denen geringes Rauschen, hohe Linearität und hohe Spannungen erforderlich sind. Zum Beispiel werden Trioden in rauscharmen Vorverstärkerstufen von High-End-Audiogeräten verwendet. Sie werden auch in Leistungsendstufen für Sendeanlagen hoher Leistung eingesetzt, insbesondere in Gitterbasisschaltungen, da sie keine Neutralisierung erfordern. Einige bekannte Trioden, die in der Geschichte der Elektronik weit verbreitet waren, sind die ECC81, ECC82, ECC83 und 6SN7. Diese Röhrentypen wurden in verschiedenen Anwendungen von NF-Verstärkung bis zu VHF-Anwendungen verwendet.

 

Historische Trioden ^[3]

 

Die historischen Trioden, die von links die RE16 aus dem Jahr 1918 bis zur EC81 aus dem Jahr 1949 umfassen, repräsentieren eine beeindruckende Bandbreite technologischer Fortschritte in der Welt der Elektronenröhren. Die RE16, die im Jahr 1918 entwickelt wurde, markiert den frühen Beginn dieser Technologie und war eine Pionierleistung in der Elektronik. Im Laufe der Jahre wurde die Triodentechnologie kontinuierlich verbessert und verfeinert, was schließlich zur Entwicklung der EC81 im Jahr 1949 führte.

Während die RE16 eine der ersten Trioden überhaupt war, zeichnete sich die EC81 durch fortschrittlichere Merkmale und Leistungsfähigkeit aus. Trioden wie die EC81 wurden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Verstärkern bis zu Rundfunkgeräten und Kommunikationssystemen. Sie waren entscheidend für die Entwicklung der Elektronik und ermöglichten Fortschritte in der drahtlosen Kommunikation und der Audiotechnik. Diese historischen Trioden sind nicht nur technologische Meilensteine, sondern auch Zeugen einer Zeit, in der die Elektronikindustrie rapide voranschritt. Sie repräsentieren die harte Arbeit und die Innovationen von Wissenschaftlern und Ingenieuren, die die Welt der Elektronik für immer veränderten.

Trioden haben jedoch auch einige Nachteile, darunter einen relativ geringen Ausgangswiderstand und eine hohe Gitter-Anodenkapazität, die zu unerwünschten Oszillationen führen kann. Diese Nachteile können durch die Verwendung von Kaskodenschaltungen oder Pentoden umgangen werden, die jedoch auch ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringen.

 

Tetrode

Tretrodensymbol ^[3]

 

Die Tetrode ist eine Weiterentwicklung der Triode und verfügt im Gegensatz zu dieser über ein zusätzliches Gitter, das Schirmgitter (g2). Dies führt dazu, dass die Tetrode insgesamt vier Elektroden hat. Das Schirmgitter wird mit einer positiven Spannung versorgt, die gegenüber der Kathode möglichst konstant gehalten wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, das Steuergitter von der Anode abzuschirmen, weshalb es auch den Namen "Schirmgitter" trägt.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Tetrode und der Triode liegt darin, dass der Anodenstrom der Tetrode nahezu unabhängig von der Anodenspannung ist, solange diese einen bestimmten Mindestwert überschreitet. Das Schirmgitter sorgt dafür, dass die Elektronen gleichmäßig zur Anode beschleunigt werden, selbst wenn die Anodenspannung niedriger ist als die Spannung am Schirmgitter. Dies führt dazu, dass die Tetrode einen höheren Ausgangswiderstand (Quellwiderstand) aufweist, was sie besonders für selektive Verstärkeranwendungen geeignet macht. Darüber hinaus verringert das Schirmgitter die Oszillationsneigung und minimiert den Millereffekt, was zu einer besseren Verstärkung und weniger Verzerrungen führt.

Ein Nachteil der Tetrode tritt auf, wenn die Anodenspannung aufgrund von Aussteuerungseffekten unter die Spannung am Schirmgitter fällt. In diesem Fall werden die von den Elektronen aus der Anode ausgeschlagenen Sekundärelektronen vom Schirmgitter angezogen und gelangen nicht zur Anode zurück. Dies führt zu Verzerrungen im Signal, da der Anodenstrom nicht mehr proportional zur Gitterspannung ist. Um dieses Problem zu minimieren, können der Abstand zwischen Anode und Schirmgitter vergrößert oder Zusatzgitter in Pentoden verwendet werden.

Tetroden finden heute Anwendung in Form von Scheibentetroden, insbesondere in Hochfrequenzverstärkern mit hoher Leistung. Ein Beispiel hierfür ist die 4CX3000A. Trotz ihrer Herausforderungen bieten Tetroden eine effiziente Möglichkeit zur Verstärkung von Signalen in spezialisierten Anwendungen.

 

Pentode

Pentodensymbol ^[3]

 

Die Pentode ist eine Weiterentwicklung der Tetrode und zeichnet sich durch die Verwendung eines zusätzlichen Gitters, des sogenannten Bremsgitters (g3), aus. Dadurch verfügt die Pentode über insgesamt fünf Elektroden. Das Bremsgitter ist weitmaschig und elektrisch in der Regel auf demselben Potential wie die Kathode. Dies ermöglicht es, die sehr schnellen Elektronen, die von der Kathode ausgehen, kaum zu behindern. Hingegen werden die wesentlich langsameren Sekundärelektronen, die von der Anode ausgeschlagen werden, durch das Bremsgitter wieder zurück zur Anode gelenkt.

Die Pentode stellt eine wichtige Weiterentwicklung der Elektronenröhrentechnologie dar. Sie wurde zur Standardröhre für Verstärker, da sie die Nachteile von Trioden und Tetroden überwunden hat und einen hohen Verstärkungsfaktor bietet. Dies ist insbesondere in Anwendungen mit mittlerer bis hoher Verstärkung von Vorteil. Während die Pentode aufgrund ihres höheren Eigenrauschens für sehr schwache Signale weniger geeignet ist und hier weiterhin Trioden zum Einsatz kommen, hat sie in vielen anderen Anwendungen Vorteile. Die Entstehung von Eigenrauschen in der Pentode ist auf die Wechselwirkung der Elektronen mit den verschiedenen elektrischen Potentialen auf ihrem Weg zur Anode zurückzuführen. Dies führt zu Rauschspannungen, die in empfindlichen Anwendungen stören können. Als Reaktion darauf wurden in UKW-Empfängern in den frühen 1950er Jahren Trioden eingesetzt, insbesondere in Kaskodenschaltungen, um pentodenähnliche Verstärkung ohne das damit verbundene Rauschen zu erzielen.

Eine besondere Variante der Pentode ist die sogenannte Beam-Power-Tetrode oder Strahlpentode. Statt eines komplexen Bremsgitters verwenden diese Röhren gebogene Elektronenstrahl-Leitbleche, um die Sekundärelektronen in Richtung Anode zu lenken. Dies vereinfacht die Herstellung und senkt die Kosten. Die RCA 6L6, die 1936 auf den Markt kam, ist ein bekanntes Beispiel für eine Strahlpentode und wurde in verschiedenen Varianten hergestellt. Sie hat sich als äußerst vielseitig und erfolgreich in der Röhrengeschichte etabliert und wird auch heute noch in einigen Anwendungen verwendet, einschließlich in Gitarrenverstärkern und E-Bass-Verstärkern.

 

EF80 Pentode

 

Einige Beispiele für Pentoden sind die EF80 und EF85 für Hochfrequenzanwendungen, die EF86 für rauscharme NF-Verstärkung und die EL34 für NF-Endverstärker. Strahltetroden oder Beam-Power-Pentoden sind ebenfalls weit verbreitet und umfassen Röhren wie die 6L6 und die EL503. Diese Röhren finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, von Audiogeräten bis hin zu Fernsehgeräten.

 

Hexode 

Symbolbild Hexode ^[3]

 

Die Hexode ist eine spezielle Elektronenröhre mit insgesamt sechs Elektroden: Anode, Kathode und vier Gittern. Vereinfacht ausgedrückt, kann man die Hexode als eine Art Kaskode von zwei Tetroden betrachten, die jedoch nur eine gemeinsame Kathode und Anode besitzen. Zwischen Kathode und Anode sind zwei Steuergitter (g1 und g3) sowie zwei Schirmgitter (g2 und g4) angeordnet. In der Literatur wird häufig das Konzept einer virtuellen Kathode zwischen g2 und g3 verwendet, um das Funktionsprinzip der Hexode zu erklären.

In der häufigsten Anwendung werden der Hexode zwei unterschiedliche Signale mit den Frequenzen f1 und f2 an den Steuergittern g1 und g3 zugeführt. An der Anode entstehen dann verschiedene Signale, darunter die Eingangssignale f1 und f2 selbst sowie die Signalkomponenten 2 f1, 2 f2, f1 + f2 und f1 − f2. Dieser Effekt wird in historischen Überlagerungsempfängern als multiplikativer Mischer eingesetzt, wobei in der Regel nur die Differenzfrequenz f1 − f2, auch bekannt als Zwischenfrequenz, genutzt wird. Im Bereich der Kurzwellenempfänger werden jedoch keine Hexoden verwendet, da das starke Stromverteilungsrauschen dazu neigt, schwache Signale zu übertönen.

Bekannte Vertreter von Hexoden sind die Typen ACH1, ECH3, ECH11 und ECH42. Diese Röhren wurden in historischen Rundfunkempfängern verwendet und enthalten zusätzlich ein Triodensystem, das für Oszillatorzwecke genutzt wird. Die beiden Schirmgitter in diesen Röhren sind miteinander verbunden.

 

Das Magische Auge

 

EM84 ^[10]

 

Das Magische Auge, oft als Tuning Eye Tube bezeichnet, ist eine faszinierende Spezialröhre in der Welt der Elektronik. Diese einzigartige Röhre wurde erstmals 1930 von dem Amerikaner Dr. Allen Du Mont erfunden und später von den RCA-Ingenieuren Thompson und Wagner weiterentwickelt. Ihr Hauptzweck bestand darin, in Radioempfängern als visuelle Hilfe für eine optimale Abstimmung auf die gewünschte Sendefrequenz zu dienen.

Die Funktionsweise des Magischen Auges beruhte auf der Umwandlung eines elektrischen Steuersignals in ein Leuchtsignal. Die sichtbare Ausdehnung dieses Leuchtsignals hing von der angelegten Steuersignalspannung ab. Verschiedene Leuchtschirmformen wurden verwendet, darunter der segmentierte Kreis, der Fächer und das rechteckige Band. In der Regel leuchteten magische Augen grün, obwohl moderne Varianten wie die EM84 eher in den Bereich blau-grün tendierten. Die Leuchtfarbe hing von der Leuchtschirmsubstanz ab, die vom Elektronenstrahl angeregt wurde. Ältere Modelle verwendeten Zink-Silikat für grünes Leuchten, während neuere Varianten Zinkoxid verwendeten, das ein helleres grün-bläuliches Licht erzeugte und gleichzeitig langlebiger war.

Eine interessante Entwicklung waren spezielle Magische Augen für Stereo-Geräte. Diese Röhren verfügten über zwei getrennte Elektrodensysteme, die unterschiedlich eingesetzt wurden. In Audio-Anwendungen dienten sie als 2-Kanal-Aussteuerungsanzeigen, während sie in UKW-Stereotunern die optimale Abstimmung des Tuners signalisierten und auf das Vorhandensein eines Stereosignals hinwiesen.

Eine Besonderheit bei der Typenbezeichnung von Magischen Augen ist zu beachten. Obwohl in den meisten dieser Röhren mindestens eine Triode als Hilfssystem integriert war, wurden sie nicht wie beispielsweise ECM84 bezeichnet, sondern behielten die Bezeichnung EM84 bei. Dies unterstreicht die Einzigartigkeit und den speziellen Charakter dieser faszinierenden Elektronenröhren, die in der Geschichte der Elektronik und Unterhaltungselektronik einen unverwechselbaren Platz einnehmen.

 

Mehrfachröhren

 

ECC83 ^[11]

 

Mehrfachröhren oder Mehrsystemröhren repräsentieren eine faszinierende Entwicklung in der Welt der Elektronenröhren, bei der zwei oder mehr Röhrensysteme mechanisch vereint sind, jedoch elektrisch voneinander getrennt bleiben. Dieser Ansatz ermöglichte es, verschiedene elektronische Bauelemente in einer einzigen Röhre zu kombinieren und eröffnete somit neue Möglichkeiten in der Elektronik. Ein gutes Beispiel für Mehrfachröhren ist die ECC83, in der zwei Trioden miteinander kombiniert sind. Diese Röhre fand weitverbreitete Anwendung in Audioverstärkern und anderen elektronischen Geräten, bei denen eine Verstärkung von schwachen Signalen erforderlich war. Durch die Integration von zwei Trioden in einer Röhre konnte Platz gespart und die Schaltung vereinfacht werden.

In Verbundröhren hingegen sind die beiden Röhrensysteme teilweise miteinander verbunden. Dies kann auf verschiedene Weisen erreicht werden, entweder durch den mechanischen Aufbau oder durch spezielle Verschaltungen der Elektroden im Röhreninneren. Ein Beispiel für Verbundröhren ist die ECL80, bei der eine Triode und eine Leistungspentode miteinander kombiniert sind. Diese Röhre fand in zahlreichen Anwendungen Verwendung, darunter in Audioverstärkern und Rundfunkgeräten. Ein weiteres interessantes Beispiel ist die PCF86, bei der eine Kleinsignalpentode und eine Leistungspentode miteinander verbunden sind. Diese Röhre bot die Möglichkeit, sowohl für empfindliche Signale als auch für Leistungsverstärkung in einem einzigen Bauelement zu sorgen. Es ist erwähnenswert, dass einige Mehrfach- und Verbundröhren auch Widerstände und Kondensatoren eingebaut hatten, was sie gewissermaßen zu den Vorläufern moderner integrierter Schaltungen in der Elektronik machte. Dieser innovative Ansatz ermöglichte es, komplexere Schaltungen in einer einzelnen Röhre zu realisieren und trug zur Weiterentwicklung der Elektronik bei.

In Deutschland wurde die Verbundröhre VCL11 beispielsweise im Volksempfänger DKE38 verbaut, was zeigt, dass diese Technologie in verschiedenen Anwendungen eingesetzt wurde.

Die Unterscheidung zwischen Verbund- und Mehrfachröhren hat sich im Laufe der Zeit aufgrund ihrer geringen Unterschiede verschwommen, und heute hat sich der allgemeine Begriff "Mehrfachröhre" etabliert, um beide Arten zu beschreiben. Diese Röhren waren nicht nur technologische Meisterleistungen ihrer Zeit, sondern auch Vorläufer moderner elektronischer Bauelemente und integrierter Schaltungen.

 

5. Geschichtlicher Hintergrund 

Die Geschichte der Elektronenröhren ist eng mit den Entdeckungen und Entwicklungen bedeutender Wissenschaftler und Erfinder des späten 19. und frühen 20. Jahrhunderts verbunden. Diese faszinierenden Geräte, die in der Elektronik und Telekommunikation eine entscheidende Rolle spielten, haben eine lange und interessante Geschichte. Die Anfänge der Elektronenröhren lassen sich bis ins Jahr 1873 zurückverfolgen, als der Physikochemiker Frederick Guthrie die Glühemission entdeckte.

 

Frederick Guthrie ^[12]

 

Diese Entdeckung blieb jedoch zunächst ohne praktische Anwendung. Im Jahr 1880 beobachtete der berühmte Erfinder Thomas Alva Edison den gleichen Effekt unabhängig von Guthrie, während er Versuche mit Glühlampen durchführte. Diese Glühlampen enthielten eine zusätzliche Elektrode im Glaskörper. Edison erkannte, dass der Elektronenfluss zwischen dem Glühfaden und der Elektrode durch das Anlegen eines Heizstroms beeinflusst wurde. Dieses Phänomen wurde später als der Edison-Richardson-Effekt bekannt. Edisons Erkenntnisse führten zur Entwicklung der ersten elektronischen Schaltung, die diesen Effekt nutzte: einen Gleichspannungs-Spannungsregler, den Edison im Jahr 1883 patentieren ließ. Damit legte er den Grundstein für die spätere Entwicklung von Elektronenröhren.

 

John Ambrose Fleming ^[13]

 

Patent zur Elektronenröhre ^[13]

 

Im Jahr 1904 wurde die Vakuum-Diode von John Ambrose Fleming, einem englischen Physiker, patentiert. Fleming suchte nach einem verbesserten Detektor für Radiowellen und entdeckte, dass der Edison-Richardson-Effekt zur Detektion und Gleichrichtung von Signalen genutzt werden konnte. Dies war ein wichtiger Fortschritt in der Entwicklung der Elektronenröhren.

 

Robert von Lieben ^[14]

 

Der österreichische Physiker Robert von Lieben spielte ebenfalls eine entscheidende Rolle in der Geschichte der Elektronenröhren. Im Jahr 1906 meldete er beim Kaiserlichen Patentamt des Deutschen Reiches seine quecksilberdampfgefüllte Verstärkerröhre mit zwei Elektroden und elektrostatischer oder elektromagnetischer Beeinflussung von außen als Kathodenstrahlrelais zum Patent an. Gemeinsam mit Eugen Reisz und Sigmund Strauß formulierte Lieben in seinem Patent die Verstärkung elektrischer Signale als Hauptzweck, was eine wichtige Grundlage für die Verwendung von Elektronenröhren in der Signalverstärkung schuf. Parallel zu Lieben entwickelte der US-amerikanische Erfinder Lee de Forest die Audionröhre und meldete sie im Jahr 1906 zum Patent an. Diese Röhre war gasgefüllt und verfügte über eine zusätzliche dritte Elektrode als Steuergitter. Die Erfindungen von Lieben und de Forest führten später zu einem langwierigen Rechtsstreit.

Im Oktober des Jahres 1912 trat Lee de Forest mit einer bahnbrechenden Innovation an die Firma Bell Telephone Laboratories heran. Er präsentierte ihnen einen Röhrenverstärker, der das Potenzial hatte, die Telekommunikationsbranche revolutionär zu verändern. Dieser Verstärker war eine Weiterentwicklung seiner früheren Arbeiten an gasgefüllten Elektronenröhren, die als Audionröhren bekannt wurden. Was diesen Moment so bedeutsam machte, war die Tatsache, dass es de Forest und seinen Kollegen innerhalb eines erstaunlich kurzen Zeitraums gelang, in diesen Röhren ein Hochvakuum zu erzeugen. Das Hochvakuum war entscheidend, da es die Elektronenbewegung innerhalb der Röhren besser kontrollierte und die Effizienz sowie die Zuverlässigkeit der Elektronenröhren erheblich steigerte. Dieser Schritt markierte einen Meilenstein in der Entwicklung der Elektronenröhren und ebnete den Weg für ihre breite Anwendung.

 

Pilotron von General Electric ^[15]

 

Als Ergebnis dieses Durchbruchs entstanden die sogenannten Hochvakuum-Trioden, darunter der Type A von Western Electric und das Pliotron von General Electric. Diese Trioden, die auf dem Prinzip von de Forests Röhrenverstärker basierten, zeichneten sich durch eine noch bessere Leistung und Stabilität aus. Sie wurden ab Ende des Jahres 1913 verstärkt in Telefonverbindungen und zur Signalverstärkung auf transatlantischen Seekabeln eingesetzt. Dies hatte einen enormen Einfluss auf die Telekommunikationsbranche, da sie die Reichweite und Qualität der Kommunikation erheblich verbesserten. Die Zeiten der schwachen und störungsanfälligen Übertragung waren vorbei, und die Welt war Zeuge einer neuen Ära der Telekommunikationstechnologie.

In der Rückschau zeigt sich, dass die Geschichte der Elektronenröhren eine faszinierende Reise von den ersten Entdeckungen im 19. Jahrhundert bis zur bahnbrechenden Anwendung in der Telekommunikation im frühen 20. Jahrhundert ist. Diese Geräte, die auf den Erkenntnissen von Forschern wie Frederick Guthrie, Thomas Edison, John Ambrose Fleming, Robert von Lieben und Lee de Forest aufbauten, legten den Grundstein für die moderne Elektronik. Ihr Einfluss auf die technologische Entwicklung unserer Gesellschaft kann nicht hoch genug eingeschätzt werden, da sie den Weg für die heutigen Kommunikationssysteme und die gesamte Elektronikindustrie ebneten.

Die Zeit um das Jahr 1914 markierte eine Phase intensiver Innovationen und Entwicklungen im Bereich der Elektronenröhren. In diesem Jahr erzielte das Lieben-Konsortium einen bahnbrechenden Meilenstein, der die technologische Entwicklung maßgeblich beeinflusste. Sie entwickelten eine Röhre, die mit Quecksilberdampf gefüllt war und über ein Steuergitter sowie einen Wärmeschutzmantel verfügte. Diese Röhre, die als Schaltverstärker in der Funk-Telegrafie eingesetzt werden sollte, wurde patentiert. Diese Innovation ermöglichte präzisere Steuerung und Anpassung elektronischer Signale, was in der Telekommunikation von großer Bedeutung war. Trotz dieser Fortschritte im Bereich der gasgefüllten Röhren, konnten sich in vielen Anwendungen weiterhin Vakuumröhren behaupten, da sie als zuverlässiger galten und in etablierten Systemen weit verbreitet waren.

 

Walter Schottky ^[16]

 

Ein weiterer wichtiger Schritt in der Entwicklung von Elektronenröhren erfolgte 1916 durch Walter Schottky bei Siemens & Halske in Deutschland. Er entwickelte die Tetrode, auch als Schirmgitterröhre bekannt. Diese neuen Röhren, wie die SSI von 1917, boten im Vergleich zu den bisherigen Trioden eine erheblich verbesserte Verstärkung. Allerdings waren sie hauptsächlich für den Einsatz in Niederfrequenz-Verstärkern geeignet und konnten nicht die gesamte Bandbreite elektronischer Anwendungen abdecken.

 

Henry Joseph Round ^[17]

 

Im Jahr 1916 spielte Henry Joseph Round, der bei der Marconi Company in England arbeitete, eine entscheidende Rolle in der Entwicklung der Hochfrequenztriode V24. Diese Röhre war von überragender Bedeutung für die Hochfrequenzverstärkung und wurde noch im selben Jahr während der Skagerrakschlacht im militärischen Kontext eingesetzt. Ihre Fähigkeit zur präzisen Verstärkung von Hochfrequenzsignalen erwies sich als von entscheidender Wichtigkeit in Bereichen wie der Funkpeilung und der drahtlosen Kommunikation. Währenddessen schrieb Eduard Schrack aus Österreich im Jahr 1919 Industriegeschichte, indem er seine eigens entwickelte Radioröhre mit dem Namen "Triotron" erstmals in Serie produzierte. Zu diesem Zweck errichtete er eine Produktionsstätte in Wien und legte somit den Grundstein für die florierende österreichische Radioindustrie. Diese wegweisende Entwicklung trug maßgeblich zur Etablierung der drahtlosen Kommunikation und des Rundfunkempfangs nicht nur in Österreich, sondern auch darüber hinaus bei.

 

215A Röhre ^[18]

 

Ein weiterer bemerkenswerter Fortschritt in der Geschichte der Elektronenröhren ereignete sich im Jahr 1919 durch das Werk von Hendrik van der Bijl aus Südafrika. Er brachte die erste Miniaturröhre auf den Markt, die ab 1923 von Western Electric unter dem Namen "215A" vertrieben wurde. Diese Miniaturröhre eröffnete den Weg für weitere Entwicklungen in der Miniaturisierung und ebnete schließlich den Weg für die "Eichelröhre" (acorn tube) 955, die von RCA vertrieben wurde. Was diese Röhre besonders auszeichnete, war ihre innovative Allglas-Bauform, die es ermöglichte, sie bis in den UHF-Bereich zu betreiben. Dies erwies sich als von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung von Radaranlagen und die drahtlose Kommunikation in höheren Frequenzbereichen. Die Miniaturisierung von Elektronenröhren setzte sich in den Jahren fort und erreichte schließlich 1948 einen Höhepunkt mit der Einführung der bleistiftdicken Subminiaturröhre DF70. Diese Röhre fand ihren Einsatz vor allem in Hörgeräten und stellte eine bemerkenswerte Miniaturisierung dar. Sie zeugte von den fortlaufenden Bemühungen, Elektronenröhren immer kleiner und effizienter zu gestalten, was letztendlich zur Entwicklung von kompakteren und leistungsstärkeren elektronischen Geräten in den kommenden Jahrzehnten führte.

In Frankreich startete die Firma Métal im Jahr 1924 mit der Produktion der sogenannten Doppelgitter-Röhre, auch als "Bigrille" bekannt, unter der Bezeichnung RM. Diese Röhre fand vor allem in den Radioempfängern, die von der Firma Eugène Ducretet hergestellt wurden (heute Teil der Thales Group), breite Anwendung. Ihre entscheidende Rolle bestand darin, die Frequenzumsetzung von Radiofrequenzen auf Zwischenfrequenzen im Superhet-Prinzip zu ermöglichen. Dies trug dazu bei, Radiosignale präzise zu verarbeiten und die Empfangsqualität zu verbessern. Die Bigrille-Röhre war ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Mehrsystemröhren wie der ECH4 und der ECH81 im Jahr 1952. Diese Röhren kombinierten sowohl eine Triode für den Mischoszillator als auch eine Heptode zur Mischung, was eine äußerst präzise und effiziente Signalverarbeitung in Radiogeräten ermöglichte.

 

3NF Röhre ^[18]

 

Manfred von Ardenne und Siegmund Loewe arbeiteten im Jahr 1926 in Deutschland zusammen und entwickelten eine der ersten Mehrsystemröhren, die als "Dreifachröhre Type 3NF" bekannt ist. Diese Röhre war eine bemerkenswerte Innovation, da sie nicht nur drei Triodensysteme enthielt, sondern auch vier Widerstände und zwei Kondensatoren in einem einzigen Bauteil integrierte. Man könnte sie als eine Art frühen integrierten Schaltkreis betrachten. Diese bahnbrechende Technologie wurde im Radioempfänger Audion OE333 eingesetzt und trug dazu bei, die Leistung und Effizienz von Radiosendern erheblich zu verbessern. Die röhrenbasierte Logik, die von Ardenne und Loewe entwickelt wurde, spielte eine entscheidende Rolle in den Anfangsjahren der elektronischen Computer. Sie wurde in Rechenmaschinen wie dem ENIAC und der IBM 701 eingesetzt und trug dazu bei, die Grundlagen für die Computerrevolution zu legen. Erst gegen Ende der 1950er Jahre wurden Röhren in Computern wie der PDP-1 und der IBM 7090 allmählich durch Transistoren abgelöst, was zu einer weiteren Evolution in der Computerbranche führte.

In den Bereichen Rundfunkempfänger, Verstärker und Fernseher begann in den späten 1950er Jahren der schrittweise Übergang von Elektronenröhren zu Transistoren. Obwohl einige Geräte der Unterhaltungselektronik noch bis in die 1970er Jahre teilweise mit Röhren ausgestattet waren, setzte sich die Transistortechnologie immer stärker durch. Die Bildröhren von Fernsehern und Computermonitoren wurden erst in den 2000er Jahren durch Geräte mit Flüssigkristallbildschirmen oder OLEDs abgelöst, was zu schlankeren und energieeffizienteren Bildschirmen führte.

Dennoch behielten Elektronenröhren aufgrund ihrer Resistenz gegenüber kosmischer Strahlung, ionisierender Strahlung von Kernwaffen und elektromagnetischen Impulsen (EMP) bis in die 1970er Jahre eine Rolle in der Raumfahrt- und Militärtechnologie. Insbesondere in der UdSSR wurden Verstärkerröhren entwickelt, die oft mit Bleiblechen umhüllt waren, um sie vor Strahlung und elektromagnetischen Störungen zu schützen. Selbst moderne Kampfflugzeuge wie die MiG-25 waren noch mit Subminiaturröhren ausgestattet. Diese Ausdauer und Zuverlässigkeit in extremen Umgebungen trugen dazu bei, dass Elektronenröhren trotz des Aufkommens moderner Halbleitertechnologien in spezialisierten Anwendungen weiterhin Verwendung fanden.

 

6. Wichtigsten Röhren 

Elektronenröhren, auch als Vakuumröhren oder Thermionische Röhren bekannt, haben eine faszinierende Geschichte, die eng mit den Fortschritten in der Elektronik und der Kommunikationstechnologie des 20. Jahrhunderts verknüpft ist. Dieses Kapitel widmet sich den bekanntesten und wichtigsten Elektronenröhren, die die Grundlage für zahlreiche Innovationen in den Bereichen Rundfunk, Verstärkertechnologie, Computer und mehr gelegt haben. Von der ersten Glühlampe von Thomas Edison bis zu den revolutionären Entwicklungen von Lee de Forest und anderen Pionieren – die Geschichte der Elektronenröhren ist geprägt von bahnbrechenden Erfindungen und technologischem Fortschritt, die unsere moderne Welt maßgeblich beeinflusst haben. In diesem Kapitel tauchen wir ein in die faszinierende Welt dieser historischen Elektronenbauelemente und erfahren mehr über ihre Rolle in der Entwicklung der Elektronik.

 

Mit der Lieben Röhre fing alles an

Lieben Röhrenmodell ^[35]

 

Die Liebenröhre war ein Meilenstein in der Röhrentechnologie und zeichnete sich durch ihre Quecksilberdampffüllung aus. Sie gab es in verschiedenen Modellen, sowohl in kleinen als auch großen Ausführungen mit Anoden als Lochblech oder Maschendraht. Siemens und AEG-Telefunken waren die Hersteller, und sie hatten entweder Stiftsockel oder Schraubsockel. Die Bezeichnung war nicht eindeutig, und sie wurde auch als LRS-Relais (Lieben, Reisz, Strauss) bekannt, obwohl dieser Versuch scheiterte und zur "Liebenrelais"-Röhre führte. Die Liebenröhre wurde ursprünglich für die NF-Verstärkung im Telefonverkehr entwickelt, fand jedoch auch militärische Anwendung. 

Die Geschichte dieser Röhre begann mit einer Patentanmeldung im Dezember 1910, bei der Lee De Forest die Verstärkerwirkung erwähnte, jedoch im Patentanspruch nur die Wirkung als Audion festhielt. Vor Lieben hatte bereits 1906 mit einem anderen Ansatz versucht, eine Verstärkerröhre zu entwickeln, aber sein Projekt wurde aufgegeben, da es zu lange dauerte. Die Liebenröhre wurde schließlich erst 1914 mit einem Temperatur-Käfig in den regulären Einsatz gebracht. Die Röhre wurde mit positiver Gittervorspannung betrieben, und die optimale Einstellung erfolgte oft, wenn der Quecksilberdampf etwa 1-2 cm über dem Gitter ionisiert wurde. Einige Exemplare hatten eine Skala am Gitter, um dies zu erleichtern. Zur Leistungsoptimierung wurde gelegentlich das im seitlich angebrachten Röhrchen befindliche Natrium-Amalgam leicht erhitzt, um den Quecksilberdampfdruck in der Röhre zu erhöhen.

Spätere Liebenröhren hatten Drahtgitter anstelle des gelochten Aluminiumblechs. Die Variante mit dem Blech diente als "Kraftverstärker." Beide Versionen gab es auch in einer "kleinen Liebenröhre". Erst etwa 1914 wechselte man von Quecksilber-gasgefüllten Röhren zu Vakuum-Röhren (EVN 94). Damit wurde die EVN 94 die erste in Serie hergestellte deutsche Vakuum-Röhre im Einsatz.

Während des Aufheizens haben sich die folgenden Werte eingestellt:

1. Heizspannung: 28 Volt
2. Heizstrom: 2,31 Ampere
3. Raumtemperatur: 22 °C
4. Temperatur des Kolbens auf der Höhe der Heizung: 80,3 °C
5. Temperatur des Kolbens auf der Höhe der Anode: 38,1 °C

Diese Werte bieten Einblicke in den Betriebszustand der Liebenröhre. Insbesondere zeigt die Temperaturdifferenz zwischen der Höhe der Heizung und der Anode an, dass die Wärmeübertragung innerhalb der Röhre stattfindet. Das Entladungsleuchten, das kurz vor Erreichen der optimalen Fadentemperatur auftritt, deutet darauf hin, dass Elektronen von der erhitzten Kathode emittiert werden und mit der Anode wechselwirken, was zu einer Entladung führt. Dieser Prozess ist charakteristisch für Glühkathodenröhren und spielt eine Schlüsselrolle in ihrer Funktionsweise.

 

ECC83 

 

Die ECC83S von JJ Electronics ^[19]

 

Die ECC83, auch unter der amerikanischen Bezeichnung 12AX7 bekannt, ist eine bemerkenswerte Elektronenröhre, genauer gesagt eine Doppel-Triode, die vornehmlich für Niederfrequenz-Anwendungen entwickelt wurde. Ihre Entstehung geht auf das Jahr 1948 zurück und verdankt sich den Ingenieuren von RCA. In einem gemeinsamen Glaskolben beherbergt sie zwei voneinander unabhängige und elektrisch identische Trioden-Systeme. Die ECC83 zeichnet sich durch besondere Merkmale aus, die sie besonders für den Einsatz in Audioverstärkern prädestinieren. Hierzu gehören ein geringes Rauschen, eine minimale Mikrofonie und ein hoher Innenwiderstand von etwa 60 bis 80 kΩ. Diese Röhre findet vor allem als Vor- und Phasenumkehrstufe in Röhrenverstärkern Anwendung und wird auch heute noch in nennenswerten Stückzahlen produziert.

Die Bezeichnung ECC83 setzt sich wie folgt zusammen: E steht für die Heizung, die bei 6,3 V betrieben wird, gefolgt von zwei Mal C, was auf die Triode hinweist. Auch das Sockelsystem ist C, und die Gitterkennlinie ist mit der Nummer 8 bezeichnet. Die laufende Nummer lautet 3. In technischer Hinsicht erlaubt die ECC83 die Verbindung der beiden Heizfäden, was bedeutet, dass beide Triodensysteme entweder mit einer Heizspannung von 6,3 V und einem Heizstrom von 300 mA oder mit 12,6 V und einem Strom von 150 mA betrieben werden können. Der empfohlene statische Arbeitspunkt pro System beinhaltet eine Anodenspannung von 250 V, einen Anodenstrom von 1,2 mA, eine Steilheit von 1,6 mA/V und eine Gittervorspannung von -2 V. Abweichende Arbeitspunkte können den Kennlinien entnommen werden.

Die ECC83 hat ihre eigenen Grenzwerte, darunter eine Anodenspannung von 300 V, eine Anodenverlustleistung von 1 W, einen Kathodenstrom von 8 mA, eine Gittervorspannung von -2 V und eine Faden-Kathoden-Spannung von 150 V. Es ist erwähnenswert, dass einige moderne Versionen der ECC83, wie zum Beispiel die von J/J, sich im mechanischen Aufbau deutlich von der ursprünglichen Bauart unterscheiden. Sie sind mit einem Spanngitter aufgebaut und ähneln daher eher anderen VHF-Doppeltrioden. Dies führt zu einem geringeren Durchgriff, einem höheren Innenwiderstand und bei gleichem Anodenstrom zu einer höheren Steilheit. Die ECC83 ist eine wichtige Komponente in der Geschichte der Elektronik und hat bis heute ihre Bedeutung in der Audiotechnik und anderen Anwendungsgebieten behalten. ^{[20] [21]}

 

ECC85

Die ECC85 ist eine bemerkenswerte Elektronenröhre mit einem Novalsockel, die erstmals im Jahr 1953 von Philips entwickelt wurde. Ihre ursprüngliche Bestimmung war die Verwendung als Niederfrequenz-Endpentode in Audioverstärkern, und selbst heute wird sie in verschiedenen Ländern noch produziert. In den USA wird sie unter dem RETMA-Typ 6BQ5 geführt.

 

ECC85 von AEG ^[22]

 

Die ECC85 ist eine bemerkenswerte Elektronenröhre, die 1954 auf den Markt kam und speziell für den Einsatz in UKW-Tunern entwickelt wurde. Dies war eine bedeutende Entwicklung, die auf die Anforderungen des aufkommenden UKW-Rundfunks reagierte. Die ECC85 ersetzte die ECC81, die bereits 1951 eingeführt wurde. Ein entscheidender Parameter bei der Bewertung von Elektronenröhren ist die sogenannte "Steilheit". Die Steilheit gibt an, um wie viel der Anodenstrom einer Röhre variiert, wenn sich die Steuergitterspannung um 1 Volt ändert. Je höher die Steilheit, desto besser kann die Triode verstärken und desto empfindlicher wird der Empfänger – vorausgesetzt, man vernachlässigt das Rauschen und den Innenwiderstand der Röhre. Im Vergleich zur ECC81 wies die ECC85 eine leicht erhöhte Steilheit von 5,9 mA/V auf. Dies wurde erreicht, indem der Abstand zwischen dem Steuergitter und der Kathode verringert wurde. Diese Anpassung führte zu einer besseren Verstärkungseigenschaft der Röhre. Allerdings erforderte dies eine präzisere Herstellung und geringere Fertigungstoleranzen. Ein wichtiger Aspekt ist, dass die ECC81 und die ECC85 nicht pinkompatibel sind, was bedeutet, dass sie unterschiedliche Anschlüsse haben und daher nicht ohne weiteres gegenseitig ausgetauscht werden können. Die Einführung der ECC85 trug maßgeblich zur Verbesserung der Empfangsqualität in UKW-Tunern bei und ermöglichte es, die Vorteile des aufkommenden UKW-Rundfunks bestmöglich zu nutzen. [23] [24] [25]

Ein entscheidender Parameter bei der Bewertung von Elektronenröhren ist die "Steilheit", die angibt, um wie viel der Anodenstrom variiert, wenn sich die Steuergitterspannung um 1 Volt ändert. Die ECC85 wies eine Steilheit von 5,9 mA/V auf, was im Vergleich zur ECC81 eine leicht erhöhte Steilheit darstellt. Dies wurde durch die Verringerung des Abstands zwischen dem Steuergitter und der Kathode erreicht, was zu besseren Verstärkungseigenschaften führte. Beachten Sie jedoch, dass ECC81 und ECC85 nicht pinkompatibel sind, da sie unterschiedliche Anschlüsse haben.

Technische Details der ECC85:
- Betriebsspannung (Ua): 250 V
- Steuergitterspannung (Ug): -2,2 V
- Anodenstrom (Ia): 10 mA
- Steilheit (s): 6 mA/V
- Verstärkungsfaktor (µ): 57

Betriebswerte:
- Heizspannung (Ub): 6,3 V
- Heizstrom (Ih): 435 mA
- Anodenwiderstand (Rav): 1,2 kΩ
- Anodenspannung (Ua): 240 V
- Gitterwiderstand (Rg): 1 MΩ
- Kathodenwiderstand (Rk): 200 Ω
- Ausgangsspannung (Uosz): 3 Veff

Grenzwerte:
- Maximale Anodenspannung (Uao): 550 V
- Maximale Gitterspannung (Ug): -100 V
- Maximale Anodenstrom (Ia): 2,5 W
- Maximale Kathodenstrom (Ik): 15 mA
- Maximale Steuergitterspannung (Ug): -100 V
- Maximale Gitterwiderstand (Rg): 1 MΩ
- Maximale Kathodenspannung (Utk): 90 V
- Maximale Kathodenwiderstand (Rtk): 20 kΩ

 

Steiheil Diagramm von Telefunken ^[37]

 

Die ECC85 wurde oft in Oszillatorschaltungen verwendet, wobei darauf geachtet wurde, keine HF-Spannung zwischen Faden und Kathode zu haben, um Mikrophoneffekte zu vermeiden. Ein Widerstand ist HF-mäßig durch einen Kondensator überbrückt.

Diese technischen Details sollten Ihnen einen Einblick in die Spezifikationen der ECC85 Elektronenröhre geben.

 

EL34

Die EL34 ist eine Elektronenröhre, die vorwiegend in den Endstufen von Audioverstärkern wie auch in Gesangs- und Gitarrenverstärkern zum Einsatz kommt. Insbesondere in Bühnenverstärkern für E-Gitarren ist die EL34 beliebt, da sie im Eintakt-A-Betrieb interessante, für die Musik typische Verzerrungen bei Vollaussteuerung oder leichter Übersteuerung erzeugt.

 

EL34 Varianten ^[26]

 

Zusätzlich findet die EL34 in vielen Hi-Fi-Röhrenverstärkern Verwendung, sowohl aufgrund der ihr zugeschriebenen klanglichen Qualitäten als auch ihrer Fähigkeit, vergleichsweise hohe Ausgangsleistungen zu liefern. In ihrer Bezeichnung "EL34" steht "E" für die Heizspannung von 6,3 V, "L" für Leistungspentode, die "3" gibt den Sockeltyp (Oktalsockel) an, und die "4" ist eine laufende Nummer. In den USA wird sie als "6CA7" bezeichnet, während sie in Russland als "6P27S" (Kyrillisch: 6П27C) bekannt ist. Die EL34 verbraucht bei indirekter Heizung 1,5 A und kann eine maximale Anodenverlustleistung von 25 Watt und eine Schirmgitter-Verlustleistung von 8 Watt verkraften. In einem Klasse-A-Verstärker (1 Röhre) kann sie 11 Watt Ausgangsleistung erzeugen. Im Gegentakt-AB-Betrieb mit zwei EL34 sind 34 Watt und im Gegentakt-B-Betrieb sogar 100 Watt möglich.

Die Entwicklung der EL34 geht auf verschiedene Vorläufertypen zurück, und die ersten Exemplare unter der Bezeichnung EL34 wurden 1949 eingeführt. Insbesondere seit den späten 1960er Jahren erlangte die EL34 weltweite Bekanntheit durch ihre Verwendung in Marshall-Gitarrenverstärkern, die in der Rockmusik weit verbreitet sind. Obwohl europäische Hersteller wie Philips und Telefunken die Produktion eingestellt haben, sind immer noch neue Produktionen dieser Röhre erhältlich. Dazu gehören die KT77 und EL34-Varianten von Unternehmen wie Svetlana Tubes und JJ Electronic. Es gibt auch Siemens-Label-Versionen der EL34, die eine Strahlpentodenbauweise verwenden und als Beam-Power-Pentoden bekannt sind. Diese sind uneingeschränkt mit den konventionellen Bremsgittervarianten austauschbar. ^[26] [27]

Die Betriebsparameter eines Klasse-A-Verstärkers mit einer EL34, basierend auf einem Valvo-Datenblatt von 1965, sind wie folgt:

- Anodenspannung / Schirmgitterspannung: 265 V
- Anodenstrom: 100 mA
- Schirmgitterstrom: 14,9 mA
- Klirrfaktor (bei 11 Watt Ausgangsleistung): 10 %
- Arbeitswiderstand (Ausgangsübertrager-Kopplung zum Lautsprecher): 2 kOhm

Diese Daten bieten einen Einblick in die präzisen Bedingungen, unter denen die EL34 in einem Klasse-A-Verstärker betrieben werden kann, um optimale Leistung und Klangqualität zu gewährleisten.

 

 

E88CC

Die E88CC ist eine bemerkenswerte Spanngitterröhre, die ursprünglich für vielfältige Anwendungen entwickelt wurde. Die Amerikanische Bezeichnung der E88CC ist die Nummer 6922. Sie fand Verwendung in HF- und ZF-Verstärkern, insbesondere in Kaskodenschaltungen, sowie in Rechenmaschinen. Diese Röhre zeichnet sich durch ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten aus und wurde später auch von HiFi-Enthusiasten geschätzt. Ihre technischen Spezifikationen sind beeindruckend: Die E88CC arbeitet bei einer Anodenspannung von 90V mit einer Steilheit von 12,5mA/V und einem µ-Faktor von 33. Dies macht sie nicht nur für Hochfrequenzanwendungen geeignet, sondern auch für andere Aufgaben, wie die Verstärkung von Audiosignalen. Die Kennlinienschar der E88CC unterstreicht ihre Vielseitigkeit und ihre Fähigkeit, bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen effizient zu arbeiten.

 

E88CC S4A^[28]

 

Besonders interessant ist die Tatsache, dass die E88CC auch hervorragend mit niedrigen Anodenspannungen arbeitet. Bei 50V Anodenspannung und -1V Gitterspannung fließen etwa 5,5mA, während bei 50V Anodenspannung und 0V Gitterspannung etwa 15mA fließen. Beachtenswert ist, dass diese Röhre sogar mit einer positiven Gitterspannung betrieben werden kann, was zu experimentellen Möglichkeiten und kreativen Schaltungen inspiriert. Eine weitere erfreuliche Tatsache ist, dass die E88CC derzeit wieder hergestellt wird und daher bezahlbar ist. Wenn Sie auf der Suche nach dieser Röhre sind, empfiehlt es sich, nach Begriffen wie ECC88, E88CC, 6922, PCC88 und CCa zu suchen. Letztere, die CCa, ist die seltene Behördenversion der E88CC und wird zu hohen Preisen gehandelt.

Da die E88CC als langlebige Röhre gilt, ist es besonders wichtig, die Heizungsdaten genau einzuhalten. Bei der E-Version darf die Heizspannung maximal um 5% abweichen, daher ist Vorsicht geboten, wenn sie beispielsweise mit einem Vorwiderstand betrieben wird. Diese Röhre bietet aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Langlebigkeit zahlreiche Möglichkeiten für Experimente und kreative Schaltungen in der Elektronik. ^[29]

 

Schaltung von für die Messwerte des Systems von AEG E 88CC ^[38]

 

Die E88CC ist eine hochwertige Doppeltriode und findet breite Anwendung in Audiogeräten aufgrund ihrer exzellenten elektrischen Eigenschaften.  Die Herstellerangaben betonen die Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, enge Toleranzen sowie Stoß- und Vibrationsfestigkeit der E88CC-Röhre. Diese Eigenschaften machen sie besonders geeignet für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen eine stabile und präzise elektronische Leistung erforderlich ist.

Elektrische Parameter:
- Heizspannung (Uf): 6.3V ± 5%
- Heizstrom (If): 300 ± 15mA
- Anodenspannung (Uba): 100V
- Gitterspannung (Ubg): +9V
- Gitterwiderstand (Rg): 0.1 MegaOhm
- Kathodenwiderstand (Rk): 680 Ohm
- Anodenstrom (Ia): 15 Milliampere ± 0.8 mA
- Steilheit: 12.5 ± 2.5

 

Steilheit Diagramm der E88CC ^[38]

 

Diese Daten bieten einen Einblick in die elektrischen Charakteristiken der E88CC-Röhre. Die Heizspannung und der Heizstrom sind entscheidend für die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Röhre. Die Anodenspannung und Gitterspannung definieren die Betriebsbedingungen, während der Gitterwiderstand und Kathodenwiderstand die Schaltungsanpassung beeinflussen. Der Anodenstrom ist ein entscheidender Parameter für die Leistungsfähigkeit der Röhre, und die enge Toleranz von ± 0.8 mA zeigt die Präzision, die bei ihrer Herstellung angestrebt wird. Die Steilheit ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die Verstärkungseigenschaften der Röhre beeinflusst.

 

ECLL80

Die ECLL80 ist eine Triode-Pentode Röhre mit einer Anodenspannung von 100 V (für die Triode) und 20 V (für die Pentode). Der Anodenstrom beträgt 8 mA für die Triode und 2 mA für die Pentode. Die Heizspannung beträgt 6,3 V, und der Heizstrom beträgt 300 mA. Sie verfügt über einen Noval-Sockel mit 9 Polen und weist einen Verstärkungsfaktor von 20 auf. Die Röhre hat Abmessungen von 67 mm in der Höhe und 22 mm in der Breite.

Obwohl elektronische Röhren seit rund 35 Jahren nicht mehr in der Massenproduktion eingesetzt werden, bleiben sie weiterhin von Bedeutung für qualitativ hochwertige Verstärker, Geräte in der Musikindustrie, Messgeräte, industrielle Anwendungen sowie in Instituten und Museen. Ihre Verwendung in diesen Anwendungen zeigt die zeitlose Relevanz und die spezialisierten Anforderungen, die Röhren erfüllen können.

 

EL84

 

Varianten der EL84 ^[30]

 

Diese Röhre, die auch als 6BQ5 bekannt ist, ist in der Lage, in Einzelverstärkern im A-Betrieb eine Ausgangsleistung von 5,7 Watt zu erzeugen. In einem Gegentaktverstärker mit zwei Röhren im AB-Betrieb kann sie sogar beeindruckende 17 Watt liefern. Dies erfordert eine Anodenspannung von 250 bis 300 Volt und einen Anodenstrom von etwa 48 mA.

Die EL84 wurde als Ersatz für die ältere EL41 entwickelt, die weniger Leistung erbrachte und den weniger effizienten Rimlocksockel (B8A) verwendete. Eine bemerkenswerte Eigenschaft der EL84 ist ihre geringe Größe, mit einer Höhe von lediglich 72 mm und einem Durchmesser von 22 mm. Trotz dieser kompakten Abmessungen und der Herausforderung, hohe Anoden-Verlustleistungen von bis zu 12 W zu bewältigen, hat sich die EL84 als äußerst zuverlässige Endröhre bewährt. Die EL84 erlangte insbesondere ab den 1960er Jahren große Berühmtheit durch ihren Einsatz in den Vox AC15 und AC30 Bühnenverstärkern der englischen Firma Vox.

Neben der EL84 gibt es äquivalente Röhren wie die 7189, die ursprünglich für industrielle Anwendungen entwickelt wurde, sowie die baugleiche 6P14P aus der UdSSR. Eine leicht modifizierte Version der 6P14P wird heute in Russland von der Sovtek, einer Tochtergesellschaft der New Sensor Corporation, hergestellt. Zudem produzieren Hersteller in der Slowakei, Jugoslawien und China EL84-Röhren. In der Röhrenbezeichnung EL84 stehen die "E" für die Heizspannung von 6,3 V, das "L" für Leistungspentode, die "8" für den Novalsockel und die "4" für die laufende Nummer. ^[30]

 

 

 

Dimensionen und Anschlüsse der EL84 ^[39]

 

Die EL84 ist eine Ausgangspentode für Radiofrequenzverstärkung mit einer NOVAL-Basis. Die Heizspannung (Uf) beträgt 6,3 V bei einem Heizstrom (If) von 0,760 mA. Die typischen Charakteristiken umfassen eine Anodenspannung (Ua) von 250 V, Gitterspannungen (Ug1 und Ug2) von -7,3 V bzw. 250 V, Anodenstrom (Ia) von 48 mA, und Gitterstrom (Ig2) von 5,5 mA. Der Steilheitsfaktor (S) beträgt 11,3 mA/V, und der Innenwiderstand (Ri) liegt bei 40 kΩ. Das Verstärkungsfaktorprodukt (µg1/g2) beträgt 19.

Für einen Class A1-Verstärker liegen die Betriebsparameter bei einer Anodenspannung (Ua) von 250 V, einer Gitterspannung (Ug2) von 250 V, einem Kathodenwiderstand (Rk) von 135 Ω, einem Anodenstrom (Ia) von 48 mA und einem Gitterstrom (Ig2) von 5,5 mA. Der Anodenlastwiderstand (Ra) beträgt 5,2 kΩ. Die effektive Gitterspannung (Ug1eff) liegt bei 0,3 V bei 50 mW und bei 4,3 V im normalen Betrieb. Die maximale Leistung (N) beträgt 5,7 W (festes Gittervorspannungsgitter) und 6 W (bewegliche Gittervorspannung).

Die EL84 hat bestimmte Begrenzungswerte, darunter eine maximale Anodenspannung (Ua) von 300 V, maximale Anodenverlustleistung (Wa) von 12 W, maximale Gitterspannung (Ug2) von 300 V, maximale Gitterverlustleistung (Wg2) von 2 W, maximale Gitterspannung (Ug1) von -100 V, maximale Kathodenstrom (Ik) von 65 mA, Gitterwiderstand (Rg1) von 1 MΩ für automatische Vorspannung und 0,3 MΩ für feste Vorspannung, sowie eine maximale Kathodenanodenspannung (Uk/f) von 100 V.

 

 

300B 

Die Western Electric 300B ist zweifellos eine der weltweit bekanntesten Audio-Röhren. Ursprünglich in den USA bis Ende der 1980er Jahre hergestellt, verschwand sie mit dem Verschwinden des Namens Western Electric vorübergehend vom Markt. Doch seit 2013 ist das US-amerikanische Unternehmen wieder im Bereich Audio und HiFi aktiv und hat die Produktion der berühmten 300B Röhre, die von Audiophilen sehr geschätzt wird, wieder aufgenommen. In Deutschland werden Western Electric Produkte von der GKS-Vertriebs GmbH mit Sitz in Renningen vertrieben.

Die Neuauflage dieser Röhre ist zweifellos eine kostspielige Angelegenheit. Ein sorgfältig ausgewähltes Paar, präsentiert in einer eleganten Holzbox, schlägt mit 1.699 Euro zu Buche. Obwohl dies kein Schnäppchen ist, ist es im Vergleich zu den Preisen für 300B Röhren aus früheren Produktionen immer noch relativ erschwinglich. Diese älteren Röhren können oft das Dreifache kosten. Aufgrund dieser hohen Nachfrage werden 300B Röhren häufig nachgebaut. ^{[31] [32]}

 

300B Anschlüsse und Dimensionen ^[40]

 

Die 300B Röhre von R. F. TRIODE zeichnet sich durch ihre elektrischen Daten und maximalen Werte aus. Die Heizspannung beträgt 5 Volt, wobei der Heizstrom 1,2 Ampere beträgt. In Bezug auf die maximalen Werte weist die Röhre eine Anodenspannung von 400 Volt und einen Plattenstrom von 100 Milliampere auf. Die Basis dieser Röhre ist ein 4-PIN CERAMIC BASE (Keramiksockel) mit einer Heizspannung (Uf) von 5 V und einem Heizstrom (If) von etwa 1,3 A. Die typischen Kennwerte umfassen eine Anodenspannung (Ua) von 300 V, eine Gitterspannung (Ug1) von -61 V, einen Plattenstrom (Ia) von 60 mA, eine Steilheit (S) von 5,5 mA/V, einen Innenwiderstand (Ri) von 700 Ω und einen Verstärkungsfaktor (µ) von 3,85. Die Grenzwerte für diese Röhre sind eine maximale Anodenspannung (Ua) von 450 V und eine Verlustleistung (Wa) von 40 W. Der maximale Plattenstrom für eine durchschnittliche Röhre mit festgelegter Vorspannung (fixed bias) beträgt 70 mA, während er für manuell eingestellte Gittervorspannung oder selbstvorspannendes Gitter 100 mA beträgt. Zusätzlich weist die Röhre verschiedene Kapazitäten auf, darunter cg1 mit 17 pF, ca mit 11 pF und cg1-a mit 7,5 pF. Aufgrund ihrer präzisen Steuerung des Plattenstroms und ihrer hohen Leistung eignet sich die 300B Röhre besonders gut für Anwendungen in Audiogeräten und Hi-Fi-Verstärkern. ^{[40] [41]}

 

EL156 

 

EL156 Röhre von Telefunken ^[33]

 

Die EL156, eine legendäre Endpentode von unübertroffener Robustheit, fand großen Anklang in professionellen Verstärkeranlagen. Ihr eleganter Kolben und bemerkenswerte NF-Eigenschaften üben eine einzigartige Anziehungskraft aus. Daher wurde eine Endstufe entwickelt, die klassische Schaltungen mit modernen, hochwertigen Bauteilen kombiniert. Diese Schaltung ist speziell für die in China hergestellte EL156 konzipiert, die einen gebräuchlichen Oktalsockel und eine Verdrahtung ähnlich derjenigen von EL34, 6L6, KT88 und ähnlichen Röhren aufweist. Im Vergleich zur originalen Telefunken-Röhre zeigt der Nachbau sowohl mechanisch als auch elektrisch Erfolg. Dies rechtfertigt die Entwicklung eines neuen HiFi-Verstärkers.

Die EL156 erlaubt keine Ultralinearschaltung bei hohen Anodenspannungen. Daher wurde der Ausgangsübertrager entwickelt, um die Gitterbeschaltung der Endröhren niederohmig zu halten. Das ermöglicht den Einsatz von Röhren mit größeren Toleranzen, ohne selektierte Röhren zu benötigen. Die EL156-Röhre hat einen 10-poligen Stahlröhrensockel und wurde ursprünglich von Telefunken hergestellt, später von Siemens unter eigenem Logo vertrieben. Sie findet Verwendung in Niederfrequenz-Kraftverstärkern, Beschallungsanlagen, stabilisierten Netzgeräten und medizintechnischen Geräten wie Elektrokautern aufgrund ihrer Robustheit und Langlebigkeit. Mit Abmessungen von 43 x 120 mm (B x H) inklusive der Stifte und einem Gewicht von 85 g hat die EL156 zweifellos ihre Spuren in der Audiotechnik und Elektronikindustrie hinterlassen.

 

Betriebswerte der EL156 aus dem Telefunken Datenblatt ^[42]

 

AD1

 

AD1 Röhre von Phillips ^[34]

 

Die AD1 Röhre von Philips ist eine direkt geheizte 15-Watt-Endtriode, deren maximale Anodenspannung bei lediglich 250 Volt liegt. Im Einsatz als Klasse-A-Verstärker erzielt sie eine Ausgangsleistung von 4,2 Watt bei 5% Verzerrung, was einen Wirkungsgrad von nicht weniger als 28% bedeutet. Für diese Ausgangsleistung ist eine Belastungsimpedanz in der Anode von 2300 Ohm erforderlich, und das Gitter muss bis etwa 30 Volt effektiv ausgesteuert werden. Die AD1 kann sowohl mit fester als auch mit automatischer negativer Vorspannung als Klasse-A-Verstärker betrieben werden. Die automatische Vorspannung wird am besten durch einen Widerstand zwischen Nulleiter und Mitte der Heizwicklung des Netztransformators erreicht. Dieser Widerstand sollte durch einen Kondensator von mindestens 2 µF entkoppelt sein, vorzugsweise jedoch durch einen Elektrolytkondensator von 25 oder 50 µF. Darüber hinaus eignet sich die AD1 für eine Gegentaktschaltung mit Klasse-A/B-Verstärkung ohne Gitterstrom. In dieser Konfiguration können zwei AD1 Röhren eine Ausgangsleistung von 9,3 Watt liefern. Als Vorverstärkerröhre können sowohl die AC2 als auch die ABC1 verwendet werden, wobei die Transformatorübersetzung etwa 1:2 betragen sollte (Primärwicklung zur halben Sekundärwicklung).

Anodenstrom und Schirmgtterstrom in Abhhängigkeit zur negativen GItterspannung ^[43]

 

EABC80 

EABC80 Röhre ^[36]

 

Die EABC80 ist eine Trioden-Doppeldiode. Die Triode und zwei Dioden teilen sich eine gemeinsame Kathode, aber eine der Dioden hat eine separate Kathode. Diese Ausführung stammt aus britischer Produktion, es gibt jedoch auch ausländische Varianten. Die EABC80 wurde speziell für den Einsatz in der Detektorschaltung früher FM- und FM/AM-Radios entwickelt. Die Triodensektion dient der ersten Audioverstärkung, während eine der Dioden und eine der Diodenpaare als FM-Detektor in einem Verhältnisdetektor verwendet wurden. Die andere Diode im Paar wurde als AM-Detektor genutzt, wenn dieser Teil des Schaltkreises benötigt wurde.

 

Datenblattübersicht der EBAC80 ^[44]

 

Noval-9-Miniatursockel der Röhre ^[36]

 

Die EABC80 hat einen Noval-9-Stift-Miniatursockel (B9A) und eine Heizspannung von 6,3 Volt bei einem Heizstrom von 0,48 Ampere. Der Hauptunterschied zwischen der EABC80/6AK8 und der 6T8 besteht in einer verbesserten Abschirmung zwischen dem Heizfaden und den anderen Elektroden, insbesondere dem Steuergitter der Triode, um Brummeinstreuungen zu minimieren. Ansonsten sind sie austauschbar.

 

Russische 6C33

 

Die rrusische Röhre 6C 33C ^[35]

 

Die 6C33C, auch als "Warzenschwein" bekannt, ist eine bemerkenswerte Doppeltriode, die in den späten 1990er und 2000er Jahren in Bastlerkreisen populär wurde. Diese Röhre ermöglichte es erstmals, bis zu 15 Watt im Single Ended-Modus aus einer Triode zu gewinnen, was zuvor mit Röhren wie der 845 oder 6336A, die eine wesentlich höhere Betriebsspannung erforderten, nicht so einfach war. Die 6C33C zeichnet sich durch ihre geringere Betriebsspannung und robuste Bauweise aus. Ursprünglich wurde die 6C33C in einer MIG-25 gefunden, nachdem ein Pilot in Japan "gelandet" war. Dies weckte das Interesse westlicher Militärs, insbesondere der Amerikaner, die die Röhre genauer untersuchten. Sie stellten fest, dass die 6C33C eine Doppeltriode mit parallel geschalteten Elektroden und getrennten Heizfäden war. Mechanisch robust und EMP-fest, wies sie ungewöhnliche technische Eigenschaften auf.

In den 1990er Jahren tauchten jedoch 6C33C-B Röhren auf, die sich als problematisch erwiesen. Es stellte sich heraus, dass sie nicht die "richtige" 6C33C waren, obwohl ihre Daten ähnlich waren. Die originale 6C33C stammte aus den Ulyanovsk-Röhrenwerken. Es gibt auch "Perestroika-Röhren" von Sovtek und Svetlana, die unter Bastlern umstritten sind, da sie zwar NOS (New Old Stock) sind, aber möglicherweise nicht aus Militärbeständen stammen. Die 6C33C wird oft in OTL-Verstärkern verwendet, da sie sich für diese Anwendung als besonders geeignet erwiesen hat. Sie bietet ein warmes und neutrales Klangbild und ist in der Lage, eine breite Palette von Musikgenres zu reproduzieren.

Die 6C33C-Röhre wird bei einer Betriebsspannung von 200 Volt Anode (Ua) und einer negativen Gittervorspannung von -70 Volt (Bias) verwendet. Diese Röhre zeichnet sich durch einen warmen, dennoch neutralen Klang aus und vermeidet die Schönfärberei, die bei einigen anderen Röhren auftreten kann. Sie ist in der Lage, hohe Lautstärken zu erzeugen und eignet sich besonders gut für die Wiedergabe von Jazz- und klassischer Musik, wobei sie vielseitig einsetzbar ist. Die ideale Impedanz für diese Röhre liegt im Bereich von etwa 500 bis maximal 600 Ohm. Es wird empfohlen, die Röhrenkontakte und Fassungen gelegentlich zu reinigen, da verschiedene Ströme durch die Röhre fließen. Diese Informationen bieten einen Einblick in die technischen Parameter und klanglichen Eigenschaften der 6C33C-Röhre.

 

KT88 

 

KT88 von GEC/MOV ^[36]

 

Die KT88 ist eine Strahlentetrode bzw. kinkless Tetrode (daher "KT") Vakuumröhre, die in der Audiotechnik Verwendung findet. Sie wurde 1956 von GEC als größere Variante der KT66 eingeführt und wird heute unter anderem von verschiedenen Herstellern wie Genalex Gold Lion, Electro-Harmonix, JJ Electronic und Psvane produziert. Die KT88 passt in eine Standard-Acht-Pin-Octal-Fassung und hat einen ähnlichen Anschlussplan wie die 6L6 und EL34. Sie wurde speziell für die Audioverstärkung entwickelt und weist höhere Leistungs- und Spannungswerte auf als die amerikanische 6550. Mit einem KT88-Push-Pull-Paar im Klasse-AB1-Festbias-Modus kann sie bis zu 100 Watt Ausgangsleistung mit 2,5% Gesamtverzerrung oder etwa 50 Watt bei geringer Verzerrung in Hi-Fi-Anwendungen liefern. Sie kann auch deutlich höhere Platten- und Spannungswerte verarbeiten, bis zu 800 Volt.

Die KT88 wurde historisch gesehen in Hi-Fi-Stereoanlagen häufiger verwendet als in Gitarrenverstärkern aufgrund ihrer Eigenschaften hoher Leistung und geringer Verzerrung. Einige Verstärker, die mit der KT88-Leistungsröhre ausgestattet wurden, sind der Hiwatt, der Marshall Major und einige Ampeg-Modelle. NOS-Beispiele (New Old Stock) der KT88 in gutem Zustand sind äußerst selten auf dem Markt zu finden. Aufgrund ihrer Verfügbarkeit und Eigenschaften ist die KT88 in der Produktion von Hi-Fi-Verstärkern beliebt.

 

Zusammenfassung aus dem KT88 Datenblatt von JJ-Eletronic ^[45]

 

KT120

Die Shuguang Treasure KT-120 Röhre ist ein bemerkenswertes Beispiel einer KT-88/120 Röhre für Verstärker. Sie zeichnet sich durch eine interne Kohlenstoff-Polymer-Beschichtung, vergoldete Pins, Super-Legierung und Teflon-Isolator-Anschlussgehäuse aus. Diese Röhre hat einige herausragende Merkmale, die sie von anderen unterscheiden. Sie ist größer als herkömmliche KT-88 Röhren und hat eine höhere Plattenverlustleistung von 60 Watt im Vergleich zu den typischen 42 Watt bei KT-88. Es ist wichtig zu beachten, dass sie möglicherweise nicht in alle Verstärker passt, und man sollte sicherstellen, dass sie mit dem eigenen Verstärker kompatibel ist.

Die Shuguang Treasure KT-120 Röhre ist bekannt für ihre Qualität und Leistungsfähigkeit. Sie bietet eine hervorragende Klangqualität und eine erweiterte Basswiedergabe. Die Röhre zeichnet sich auch durch eine lebendige Wiedergabe der Mitten und Hochfrequenzen aus, was zu einer eindrucksvollen Klangbühne führt. Die Shuguang Treasure KT-120 Röhre ist eine ausgezeichnete Wahl für Audiophile und Musikliebhaber, die auf der Suche nach einer hochwertigen und leistungsstarken Röhre für ihre Verstärker sind.

 

Diese Dokumentation wurde mit Unterstützung von KI geschrieben

Quellen [10.11.2023]: 

[1] https://www.burosch.de/

[2] https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:Triode-dt-text.svg

[3] https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenr%C3%B6hre

[4] https://www.radiomuseum.org/tubes/tube_ef12.html

[5] https://de.wikipedia.org/wiki/RV12P2000

[6] https://www.radiomuseum.org/tubecollection/juergen_kueting.html

[7] https://de.wikipedia.org/wiki/Anodenverlustleistung

[8] https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:Tube-ef91-detail.jpg

[9] https://de.wikipedia.org/wiki/Gittervorspannung

[10] https://de.wikipedia.org/wiki/EM84

[11] https://de.wikipedia.org/wiki/ECC83

[12] https://de.wikipedia.org/wiki/Frederick_Guthrie_%28Physiker%29

[13] https://de.wikipedia.org/wiki/John_Ambrose_Fleming

[14] https://de.wikipedia.org/wiki/Robert_von_Lieben

[15] https://de.quora.com/Was-waren-die-einzigartigsten-Waffen-im-1-Weltkrieg

[16] https://de.wikipedia.org/wiki/Walter_Schottky

[17] https://en.wikipedia.org/wiki/H._J._Round

[18] https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Loewe_Dreifachr%C3%B6hre_3NF,1926.jpeg

[19] https://www.jj-electronic.com/en/ecc83s-12ax7-7025

[20] https://www.radiomuseum.org/tubes/tube_ecc85.html

[21] https://elektronikbasteln.pl7.de/die-pcc88-als-ersatz-fuer-die-ecc85-im-ukw-tuner

[22] https://www.radiomuseum.org/tubes/tube_ecc85.html

[23] https://www.radiomuseum.org/tubes/tube_ecc85.html

[24] https://frank.pocnet.net/sheets/082/e/ECC85.pdf

[25] https://elektronikbasteln.pl7.de/die-pcc88-als-ersatz-fuer-die-ecc85-im-ukw-tuner

[26] https://de.wikipedia.org/wiki/EL34

[27] https://www.reussenzehn.de/de/musiker/el34/roehren.php

[28]  https://www.reichelt.at/at/de/elektronenroehre-doppeltriode-noval-9-pol-6-3-v-tube-e88cc-s4a-p258373.html

[29] https://www.elektronik-labor.de/HF/E88CC.html

[30] https://de.wikipedia.org/wiki/EL34

[31] https://www.lowbeats.de/western-electric-300b-die-legende-ist-zurueck/

[32] https://www.likehifi.de/news/western-electric-300b-roehre-audio-triode-wird-wieder-produziert/

[33] https://www.radiomuseum.org/tubes/tube_el156.html

[34] https://www.radiomuseum.org/tubes/tube_ad1.html

[35] https://www.jogis-roehrenbude.de/Russian/6C33C.htm

[36] https://en.wikipedia.org/wiki/KT88

[37] https://patric-sokoll.de/R%C3%B6hrenmuseum/Datenbank/PDF/Datenblatt%20ECC85%20Telefunken%20Handbuch%20der%20Rundfunk%20R%C3%B6hren%20Band%201.pdf

[38] https://patric-sokoll.de/R%C3%B6hrenmuseum/Datenbank/PDF/Datenblatt%20E88CC%20AEG%20[www.tubedata.info].pdf

[39] https://patric-sokoll.de/R%C3%B6hrenmuseum/Datenbank/PDF/Datenblatt%20EL84%20JJ%20Electric%20[www.tubedata.info].pdf

[40] https://frank.pocnet.net/sheets/084/3/300B.pdf

[41] https://patric-sokoll.de/R%C3%B6hrenmuseum/Datenbank/PDF/Datenblatt%20300B%20JJ%20Electronic%20[www.tubedata.info].pdf

[42] https://frank.pocnet.net/sheets/128/e/EL156.pdf

[43] https://patric-sokoll.de/R%C3%B6hrenmuseum/Datenbank/PDF/Anwendung%20AD1%20Philips%20[www.tubedata.info].pdf

[44] https://frank.pocnet.net/sheets/128/e/EL156.pdf

[45] https://www.jj-electronic.com/images/stories/product/power_tubes/pdf/kt88.pdf