Wie funktionieren Radioröhren? Eine kurze Einführung
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Bitte auch bei Röhrengeschichte technische Aspekte lesen. Zurück zur Vorseite ... zurück zu "Röhren-Formeln / Technik" ... mehr zur Röhren-Geschichte
Hinweis: Es gab über die Jahrzehnte unterschiedliche Schreibweisen für Tetrode und Pentode = Tethrode und Penthode
Die Radioröhre war das erste universelle Verstärkerbauteil in Radios. Generell geht es in der Rundfunktechnik darum schwache Signale vom Sender zu verstärken und / oder umzuformen, um ein gutes Signal zum Lautsprecher zu liefern. Daneben werden auch Röhren mit reiner Gleichrichterfunktion oder Oszillatorfunktion oder Regelfunktion verwendet.
Eine Radioröhre besteht aus einem Glas- oder Metallkörper, in dem ein Fast-Vakuum herrscht. Warum Vakuum? Weil im Vakuum Elektronen besonders gut von der Kathode zur Anode "wandern" können. Ausserdem hat jede Röhre eine Heizung (ein Teil das rot glüht und deshalb Elekronen abgeben (emittieren) kann. Der Heizfaden (wie bei einer Glühbirne - die ja auch ein Fast-Vakuum hat) würde im normalen Raum (mit Luft) schnell durchbrennen.
Man legt hier ein geringe negative Vorspannung (gegenüber der Kathode) an, um damit den fließenden Strom auf einen günstigen Wert einzustellen (auf einen guten Kennlinienteil zu legen) und kann jetzt mit einer sehr geringen Steuerspannung (z.B. vom Schwingkreis eines Radios) den Strom durch die Röhre beeinflußen. Dabei tritt der Effekt auf, daß kleinste Spannungsschwankungen am Gitter zu einer großen Stromänderung (auch Spannungsänderung) an der Anode führen: Es tritt Verstärkerwirkung auf.
Wird das Steuergitter negativer, fließt weniger Strom, wird es positiver, fließt mehr Strom. Bei Verstärkung von Signalen tritt bei der Gittersteuerung eine Phasenumkehr auf: Wird ein NF-Signal mit gerade positiver Richtung eingekoppelt, wird an der Anode der Röhre die Phasensichtung negativ sein.
Es gibt eine Zahl von Röhren mit nicht nur einem Steuergitter. Zusatzgitter in Mehrgitterröhren (Raumladegitter, Schirmgitter, Fanggitter, Gitter 2) verbessern die Eigenschaften. Mehr dazu hier. Es gibt direkt geheizte Röhren, bei denen der Heizfaden selbst die Elektronen aussendet und indirekt geheizte Röhren.
Bei diesen indirekt geheizten Röhren heizt der Faden ein Röhrchen auf (er befindet sich im Röhrchen). Direkt geheizte Röhren sind sofort nach dem Einschalten betriebsbereit, indirekte Röhren brauchen eine kurze Aufheizphase (10-30 Sekunden).
Es wurden darüber hinaus Röhren angeboten, in denen mehr als ein Röhrensystem enthalten waren. So ist zb. die ECH81 eine Röhre mit zwei Systemen (Triode - mit einem Steuergitter, Heptode mit 2 Steuergittern und 3 Versorgungsgittern).
Regeln, Regelröhren, Regelschaltungen: Es gibt Röhren-Pentoden, sowie Misch/Oszillatorröhren oder ZF-Stufen, die spezielle stärker und gleichmässiger gekrümmte Kennlinien haben und somit in Abhängigkeitkeit von der Gitter1-Vorspannung unterschiedliche Verstärkung bieten. Das wird durch Steuergitterwendelveränderungen (unterschiedlicher Steigungsgrad) erreicht. So kann z.B. mit der Höhe der AM-Gleichrichter-Gleichspannung ein Steuersignal der ZF- oder Hf- oder Mischstufe zugeführt werden und damit ein wirksamer Schwundausgleich (Fadingausgleich) erreicht werden. Spezielle Regelröhren sind zum Teil an der ungeraden Endziffer des Röhrentyps erkennbar. Beispiel: EF80 = keine Regelröhre, EF85 = Regelröhre. In Mischstufen ist z.B. die ECH81 eine regelbare Röhre. Mehr zu Regelspannungs-Schaltungen in Radios hier.
Schirmungen: Viele Röhren wurden von aussen gegen elektrische Felder geschirmt, die Schirmungen lassen bei vielen der alten Röhren nach (Abplatzungen des Schirmauftrags) zu wünschen übrig. Diese Schirmungen sind nicht mit den inneren Teilverspiegelungen bei vielen Röhren zu verwechseln. Diese Verspiegelungen sind kein Fehlerhinweis, sondern konstruktionsbedingt.
Bei der Herstellung werden die Röhren (zumeist über Induktivität) "gegettert". Dazu wird innen eine kleine Material-Pille hocherhitzt, dabei werden eventuelle Restgase in den Vakuumröhren gebunden. Das Gettermaterial schlägt sich mehr oder weniger an der Glasinnenwand nieder. Dagegen sind innen weiße Beläge ein Hinweis auf Lufteintritt, solche Röhren sind defekt.
Frequenzen: Röhren haben Grenzfrequenzen. Je nach Röhrentyp, Röhrengröße, Röhrenbauform konnten Röhren teilweise nicht für hohe Frequenzen genutzt werden. Eine Volksempfänger-Audiontriode war eher nicht für den Einsatz als UKW-Vorstufenröhre geeignet. Eine ECC81 war für den Einsatz in einem > 500 MHz-Bereich weniger brauchbar, als eine ECC2000.
Wie eine typische Röhre (am Beispiel der ECH81) innen aufgebaut ist, kann hier angesehen werden.
Röhren definieren sich über ihre Typenbezeichnung. Es gab hier diverse Ordnungssysteme. So bedeutet z.B. EL84: E= 6,3 Volt Heizung, L= NF-Endstufe, 84 = Serie. Mehr dazu hier ....
Beispiele für Mehrsystemröhren:
Legende zur obigen Auflistung, ab dem jeweils 2. Buchstabe:
A = Einzel-HF-Gleichrichter
B = Doppel-HF-Gleichrichter
C = Triode
H = Hexode L = Endstufen-Pentode LL = Doppel-Endstufen-Pentode Y = Netzgleichrichter für eine Halbwelle Z = Netzgleichrichter für beide Halbwellen
Röhrensteuerungen: Üblicherweise haben Röhren (Trioden) ein Steuergitter, eine Tetrode neben dem Steuergitter (Gitter 1) ein weiteres Gitter (Schirmgitter), dass an einer festen positiven Spannung angeschlossen ist. Es wird dadurch die Leistung der Röhre verbessert. Der nächste Schritt ist das weitere Gitter (Fanggitter) bei der Pentode. Auch dadurch werden bestimmte Parameter der Röhre verbessert. Die meist verwendeten Röhren sind Trioden, Pentoden und Heptoden (Hexoden).
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Die Technik der Röhren war komplex. Diverse technische Parameter bestimmten Leistung und Einsatzzweck. Begriffe (und daraus resultierende mathematische Formel), wie z.B. Verstärkung, Steilheit, Durchgriff, Innenwiderstand, Aussenwiderstand, Ausgangsimpedanz, Rauschzahl, Frequenzgang, Kennlinie, Arbeitspunkt und Regelfähigkeit belegen das. Diese Begriffe genauer zu beschreiben, würden den Rahmen dieser Seite sprengen. Deshalb hier ... mehr
Röhrenbauformen:
Es gab zehntausende verschiedene Röhren, die nur teilweise gegeneinander tauschbar waren. Deshalb hat es Röhrenvergleichs-Tabellen gegeben, um gegeneinander tauschbare Röhren aufzuzeigen, manchmal gab es auch Röhren, die elektrisch tauschbar waren, aber unterschiedliche Röhrensockel hatten.
Beispiel der Röhre EBF11. Die Doppeldiode / Pentode EBF11 ist eine Stahlröhre. Hier werden die Funktionen (Anschlüsse) der Röhre gezeigt:
Blickrichtung von unten auf den Röhrensockel. (Stahlröhren haben am Sockel ein Dreistift-Gruppe und eine Fünfstift-Gruppe). Eine Aufgabe der indirekt geheizten Röhre EBF11 war es beispielweise, als letzte AM-ZF-Stufe und AM-Gleichrichtung und getrennter Erzeugung der Regelspannung eingesetzt zu werden.
Beispiel einer EL84:
Die Grafik der indirekt geheizten EL84 zeigt von unten auf den Röhrensockel (oder auch Röhrenfassung) sehend, die Nummerierung der Elektroden der Röhre. Dabei gilt bei diesem Röhrentyp der EL84 (Novalsockel): Von der Stift-Lücke ausgehend (im Uhrzeigersinn von Punkt 1 bis 9). Das gilt sinngemäß auch für einige andere Röhrentypen.
In Röhren-Datenbüchern sind auch die Röhrensockel-Beschaltungen grafisch anschaulich dargestellt. Blick immer von unten auf die Röhre. 1= frei, 2 = Gitter1, 3 = Katode u. Fanggitter, 4 = Heizung, 5 = Heizung, 6 = frei, 7 = Anode, 8 = frei, 9 = Schirmgitter
Beispiel einer EL41:
Die EL41 ist eine indirekt geheizte Rimlock-Röhre, die 8 Anschlüsse haben kann. Sie hat als Elektrodenmarkierung eine Glasnase unten am Röhrensocke. Blickrichtung von unten auf die Röhre. Bei Rimlockröhren liegt immer der Heizfaden rechts und links von der Markierungsnase.
Weitere Rimlock-8-Pol-Röhren: EA40, EAF40/41, EB41, EBC41, (EC40), ECC40, ECH41, ECH42/43, ECL113, EF40/41, EF42/43, EL41/42, EZ40/41. UAF41, UAF42, UB41, UBC41, UCH41, UCH43/43, UF41, UF42/43, UL41, UY41, UY42.
Röhrenfassungen: Im Laufe der Jahrzehnte wurden Röhren mit diversen Anschlußvarianten genutzt. Waren zuerst die Kontakte bananenstecker-ähnlich, kamen bald verschiedene Kontakt-Strukturen hinzu. Über diese Kontaktierungen wurden den Röhren die nötigen Spannungen zugeführt. Dabei wurde die Röhre mit ihrem Sockel in die passende Röhrenfassung gesteckt.
Dabei ist es mehr oder weniger gut gelungen, diese Verbindungsstellen vertausch-sicher zu machen. Einige Röhren hatten nicht nur Kontakte an der Unterseite, sondern weitere Kontakte oben oder an der Seite. Viele Röhren wurden auch aussen gegen elektrische Felder geschirmt (die u.U. auch getrennte Kontakte hatten). Die Schirmungen lassen bei vielen der alten Röhren nach (Abplatzungen des Schirmauftrags).
Insbesondere wurden gern Steuergitter oder Anoden oben aus die Röhre herausgeführt. Dabei waren oft auch Abschirmkappen oben auf diesen Antschlüssen angebracht.
Eine besondere Rolle spielten die E-Röhren mit indirekter 6,3 Volt Heizung. Diese Röhren wurden schon großteils vor dem zweiten Weltkrieg bei Wechselstromgeräten verwendet. Nach dem zweiten Weltkrieg wurden zuerst die Rimlock-Röhren, dann immer stärker die Noval-Röhren und bedingt auch die Miniatur-Fassungs-Röhren (siehe weiter unten Punkt 10) angewendet.
Beispielhaft einige Röhrenfassungen (aus einer viel grösseren Anzahl)
... andere Röhrenformen mit unterschiedlichen Fassungen
Obere Reihe, Beispiele (v.l.n.r): x, x , 4 pol. RE084, x, 7 pol. AK1. Untere Reihe, Beispiele(v.l.n.r): 8 pol. Außenkontakt = AL4, 5 pol. Außenkontakt = EY2, Stahlröhre = EF12, Loktal = EBL71.
Weitere Röhrenfassungen:
-- anklicken -- Die Röhrenfassungen wurden in verschiedenen Quellen durchaus unterschiedlich benannt.
Gebräuchliche Schaltungs-Grundformen: a) Die klassische Röhrenschaltung nutzt die Kathode als Basis (Kathodenbasisschaltung), das heißt das Steuersignal wird über das Steuergitter (Gitter1) der Röhre zugeführt, in der Röhre verstärkt und an der Anode mit erhöhtem Pegel weitergegeben. Der Eingang ist in der Regel hochohmig. Der Arbeitspunkt normalerweise liegt auf der Mitte der Kennlinie (A).
b) Die Gitterbasisschaltung hat als Bezugspunkt das "geerdete" eigentliche Steuergitter (Gitter1). Das Steuersignal wird über die Kathode zugeführt und steht an der Anode verstärkt zur Verfügung. Der Stufeneingang ist dabei relativ niederohmig. Das kann bei UKW-Eingangsstufen vorteilhaft sein. Eine Variante von (a) und (b) ist die Zwischenbasisschaltung. Hier wird als Signalbezugspunkt eine Stelle zwischen Steuergitter und Kathode festgelegt, gern bei UKW-Eingangsteilen genutzt.
In unmodulierten oder FM-modulierten Senderstufen kann die Gitterbasisschaltung (Arbeitspunkt C) vorteilhaft sein, das Gitter als "geerdete" Basis zu verwenden. Vorteile dabei Eingangs zu Ausgangs-Entkopplung und relativ niederohmige Eingangs-Anpassung.
Röhrendatenbücher, Röhrensockelbücher: Wer sich mit Röhrenradios beschäftigen will, kommt auf die Dauer um ein Röhrendatenbuch, Röhrenhandbuch, Röhrenvademekum nicht herum, weil nicht bei allen Schaltbildern die Röhrensockel - (Röhrenfassung) - Beschaltung angegeben ist. Man findet diese Bücher noch ausreichend antiquarisch. Ein umfangreiches Röhrenbuch ist z.b. von Franzis die "Röhrentaschentabelle", Autor Jürgen Schwandt, von 1994, ISBN 3-7723-5454-8. Hier sind über 3000 Röhren gelistet.
Beispiel: SEL "Röhren", Daten der gebräuchlichsten Empfänger- und Bildröhren, sowie Spezialröhren. 10. Auflage, 1963
Beispiel: Franzis "Röhren-Taschen-Tabelle". 14. Auflage, 1990
... weitere Beispiele:
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Weitere Informationen zu Röhren und deren Einsatz im Radio und wie man Schaltbildern mit Röhren "liest" im Kompendium, auch hier.
Mehr zu Röhren-Formeln und Röhren-Technik
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28.02.2012 / 05.05.2019 |
Die einfachste Verstärkerröhre hat drei Elektroden: Katode (mit dem Heizdraht), Gitter und Anode. Legt man an eine Katode ein negative Spannung an und an die Anode eine positive Spannung (typisch 200 Volt) an und heizt die Katode auf, dann beginnt von der Katode zur Anode ein Strom durch das Vakuum zu fließen. Nun kommt das Gitter (Steuergitter) ins Spiel.
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