Wie funktioniert eine Elektronenröhre?

"Röhrenradios" finden wir im Museum, aber die Röhre war einst eine bahnbrechende Erfindung. Wie ist die Röhre aufgebaut, wie arbeitet sie?

Wie funktioniert eine Elektronenröhre?

Röhren gibt es in verschiedenen Bauformen und Größen

Wie funktioniert eine Elektronenröhre?

Eine Verstärkerschaltung mit einer Triode

Wie funktioniert eine Elektronenröhre?

Schaltbild einer Diode mit direkter Kathodenheizung

Wie funktioniert eine Elektronenröhre?

Schaltbild einer Triode mit indirekter Kathodenheizung

Eine Elektronenröhre ist ein luftleerer Glaskolben, in den elektrische Anschlüsse über einen Sockel hineingeführt sind. Im Inneren der Röhre werden diese Anschlüsse dann "Elektroden" genannt.

Ein Heizdraht wird durch Stromfluß zum Glühen gebracht, wie bei einer Glühlampe. Röhren sind im Betrieb immer warm. Das Erwärmen des Heizdrahtes dauert einige Sekunden bis Minuten, daher sagte man früher auch nach dem Einschalten eines Röhrenradios: "Das Gerät muß erst warm werden".

Die Kathode
Der Heizdraht selber oder eine daran miterhitzte Elektrode (indirekt erhitzt) wird Kathode genannt. Durch die hohe Temperatur treten Elektronen aus der Kathode aus und bilden eine "Elektronenwolke" um die Kathode. Sie stehen nun als freie Ladungsträger im Vakuum zur Verfügung.

Die Anode
Um die Heizwicklung herum ist eine meist zylinderförmige weitere Elektrode angebracht, die Anode. Sie hat die Funktion, die freien Ladungsträger wieder "einzusammeln". Die Elektronen wandern von der Kathode zur Anode.

Die Diode
Dies ist die einfachste Funktion, die sich mit einer Röhre herstellen läßt. An der Kathode wird eine negative Spannung und an der Anode eine positive Spannung angelegt. Die negativ geladenen Elektronen werden von der Anode angezogen, sie bewegen sich frei durch das Vakuum von der heißen Kathode zur Anode und werden dort wieder eingesammelt. Es fließt ein elektrischer Strom! Die Spannung wurde in "Flußrichtung" angelegt.

Ändert man die Polarität der angelegten Spannung (also positive Spannung an die Kathode legen), dann werden an der heißen Kathode keine Elektronen frei, da ein Mangel an Elektronen herrscht. Es fließt kein Strom! Die Spannung wurde in "Sperrrichtung" angelegt.  

Legt man eine Wechselspannung an, dann kann nur ein Strom durch die Diode fließen, wenn eine positive Halbwelle an der Anode anliegt. Dadurch entsteht ein pulsierende Gleichstrom, die Diode fungiert als "Einweggleichrichter".

Die Triode
Wenn zwischen Kathode und Anode ein Metallgitter eingebaut ist, welches ebenfalls als Elektrode fungiert, dann sprechen wir von einer Triode. An das Metallgitter (auch nur "Gitter" genannt) kann eine negative Spannung angelegt werden, wodurch nur mehr oder weniger Elektronen zur Anode gelangen können (je nach Größe dieser Spannung), die restlichen Elektronen werden am Gitter zur Umkehr gezwungen, da sie von den Elektronen am Gitter abgestoßen werden. Legt man keine Spannung am Gitter an, dann wandern die meisten Elektronen durch die Löcher des Gitters zur Anode.

Der Strom von der Kathode zur Anode kann durch die Spannung am Gitter gesteuert werden. Dabei ist der Anodenstrom höher als der Gitterstrom - das nennt man einen Verstärker! Die Triode war des erste elektronische Bauelement, welches als Verstärker eingesetzt wurde.

Mehrgitterröhren
Es gibt noch eine Vielzahl weiterer Röhrenarten, in denen weitere Metallgitter zum Einsatz kommen. So gibt es Tetroden (Vierelektrodenröhre - Kathode, Anode und 2 Gitter), Pentoden (Fünfelektrodenröhre - Kathode, Anode und 3 Gitter), Hexoden (Sechselektrodenröhre - Kathode, Anode und 4 Gitter) und weitere.

Nachteile der Röhren
-Röhren haben nur begrenzte Lebensdauer, die Kathode altert.
-Röhren haben einen hohen Stromverbrauch durch die Heizung.
-Röhren benötigen eine Aufheizzeit, können also nicht unmittelbar nach dem Einschalten verwendet werden.


Bild 1: © SpbPhoto - Fotolia.com (verschiedene Elektronenröhren)
Bild 2: © Juulijs - Fotolia.com (Verstärkerschaltung mit Triode)



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