Elektronenroehren

Aufbau und Funktionsweise von Elektronenröhren

Elektronenröhren sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Ihr innerer Aufbau ist aber immer gleich. In einem vakuumierten Glaskolben befindet sich ähnlich wie bei einer Glühlampe eine Heizwendel. Dieser Glühdraht dient zur Emission von freien Ladungsträgern in der Form von Elektronen und wird Kathode genannt. Sie ist stets negativ geladen.

Auf der anderen Seite des Glaskolbens befindet sich eine Metallplatte. Dies ist die positiv geladene Anode. An diese wird im Normalbetrieb eine positive Spannung angelegt, die die freien Elektronen anzieht. Eine höhere positive Spannung geht mit einem linearen Anstieg der so entstehenden Stromstärke einher.

Die Röhre in dieser einfachsten Form besitzt so zwei Elektroden. Daher wird sie Dioden-Elektronenröhre genannt. Sie lässt sich als Diode oder einfacher Gleichrichter einsetzen. Wird die Spannung in die falsche Richtung angelegt, bildet sich an der Anode eine negative Spannung. Diese stösst Elektronen ab und verhindert so einen Stromfluss durch die Röhre.

Trioden fügen diesem Aufbau ein Gitter hinzu, das zwischen Kathode und Anode im Glaskolben platziert ist. Dieses wird Steuergitter genannt und fungiert ebenfalls als Elektrode. Daran liegt eine variable negative Spannung an, welche die der Kathode übersteigt. Je höher diese Spannung ist, desto weniger Elektronen erreichen die Anode, da sie vom negativ geladenen Gitter zur Kathode zurückgestossen werden. Die Stärke des elektrischen Stroms von der Kathode zur Anode wird so invers vom Gitterstrom bestimmt. Der Anodenstrom ist dabei gleichzeitig höher als der Gitterstrom. So lassen sich Trioden als Verstärker einsetzen.

Einsatz von Elektronenröhren

Elektronenröhren sind seit dem frühen 20. Jahrhundert im Einsatz und wurden zu Beginn in vielen Geräten eingesetzt. Sie waren die einzig verfügbaren aktiven Bauteile. Sie fanden besonders in den ersten Fernsehern und Radioempfängern Verwendung.

Heute haben Transistoren und andere Halbleiterbauteile viele ihrer Aufgaben übernommen, da sie günstiger sind, weniger Platz benötigen und weniger aufwendig kontaktiert werden müssen. Zudem sind sie mechanisch belastbarer und altern nicht.

Besonders in Audio- und Funkverstärkern sowie in der Hochfrequenztechnik werden dennoch auch heute weiterhin Elektronenröhren verbaut. Als Audioverstärker werden klassische Röhrenverstärker aufgrund ihres subjektiv empfundenen weicheren Klangbildes bevorzugt. Sie verfügen über eine nicht perfekt lineare Kennlinie, die aber besonders bei der Verstärkung von Gitarren sehr beliebt ist.

Hier kommen entweder Trioden oder Pentoden-Elektronenröhren zum Einsatz. Pentoden punkten dabei durch ihren kontrollierten Elektronenfluss. Die zusätzlichen Gitter verursachen jedoch durch ihre Interferenzen ein höheres Grundrauschen an der Anode. Daher werden oft zwei Trioden in Reihenschaltung bevorzugt. Diese Verschaltung wird Kaskode genannt und bietet die Vorteile der Pentode ohne das störende Rauschen.

In der Funk- und Hochfrequenztechnik sind solche Röhren besonders begehrt, da sie für sehr hohe Leistungen bis in den Megawattbereich und sehr hohe Frequenzen bis zu 1 Gigahertz geeignet sind. Zudem verfügen sie selbst in diesen Extrembereichen über geringe störende Kapazitäten und bieten konstante Parameter über einen weiten Frequenzbereich.