Röhren 1927 - 1933 : Endröhren: Pentoden & Trioden
1927
Endpentoden
September 1927: B443 - die erste serienmäßige Endpentode der Welt !
 |
Neben den indirekt geheizten Röhren fand mit der Einführung der ersten serienmäßigen Endpentode der Welt, der B443 von Philips im September 1927, ein weiterer epochaler Fortschritt der Röhrenentwicklung statt. Mit Mehrgitter- Röhren wurde schon Jahre zuvor experimentiert, aber erst jetzt war man in der Lage, solche Röhren mit zuverlässigen Daten serienmäßig herzustellen. Sie wurde zuerst eingesetzt im Philips Empfänger 2502, der damit auch zum ersten Empfänger wurde, der mit einer Endpentode bestückt war. Sie erreicht unter den gleichen Bedingungen als eine Triode gleicher Leistung eine mehr als doppelte Ausgangsleistung bei geringerer Steuerspannung. Sie war ursprünglich für bis zu 150 V Anoden- und Schirmgitterspannung ausgelegt, später wurde sie für bis 250 V Anodenspannung und 3 W Anodenverlustleistung zugelassen. Bei einem Arbeitspunkt-Anodenstrom von 12 mA konnte dabei eine Ausgangsleistung von 1,35 W erreicht werden. Die maximale Schirmgitterspannung beträgt jedoch 150 V. Bei höherer Anodenspannung muss die Schirmgitterspannung über einen Vorwiderstand oder Spannungsteiler auf maximal 150 V herabgesetzt und mit einem Kondensator abgeblockt werden.
Nachfolgend die Daten der B443 aus einer Datenliste von Philips – Frankreich :
|
||||||||
 |
Die B443 ist direkt geheizt und war ursprünglich für Batteriebetrieb vorgesehen, aber als Endröhre war auch ein Betrieb mit Heiz- Wechselspannung möglich. Durch die B443 wurde die Verdrängung der Endtrioden durch Mehrgitter-Endröhren eingeleitet. Die Urversion der B443 wurde mit 4-Stift- Sockel mit Schirmgitter an Seitenschraube geliefert. Damit konnte sie in vorhandenen Empfängern einfach anstelle der Endtriode eingesetzt werden, wobei nur die Seitenschraube mit der Anodenbatterie verbunden werden musste. Erst ab 1929 erschien eine 5-Stift- Version.
|
||||||||
|
Die weitere Entwicklung : Mit der B443 entstand die Klasse kleiner Endpentoden mit 3 W Anodenverlustleistung, die sowohl für Batteriebetrieb als auch für Netzbetrieb angewandt werden konnte. Deutschland : Als Tochterfirma von Philips war es naheliegend, dass Valvo eine Endpentode L415D mit identischen Daten zur B443 herausbrachte, die erstmals in der Zeitschrift „Funk Bastler“, Heft 31, Juli 1928, erwähnt wurde. Zu dieser Zeit stand Telefunken den Endpentoden noch ablehnend gegenüber und vermied deren Einsatz in eigenen Geräten. Um sich im Röhrenmarkt behaupten zu können, konnte Telefunken jedoch nicht auf Dauer abseits stehen und musste ebenfalls Endpentoden anbieten. Telefunken vermied jedoch, eine Röhre mit den gleichen Daten der Philips B443 nachzubauen und brachte mit der RES164d einen Gegenentwurf zur B443 mit abweichenden Daten. Sie wurde erstmals im Juli 1928 im „Funk Bastler“, Heft 32, als RES164d erwähnt, als 4-Stift-Version mit Seitenschraube. Am 9. November 1930 wurde in der „Funkschau“ die RES164 (ohne „d“) als 5-Stift-Version ohne Seitenschraube erwähnt. Die Gründe zur Einführung der RES164d von Telefunken könnten im Marketing gelegen haben: „Wir bieten eine eigene, - natürlich bessere - Endpentode an“ wie auch mit der Einbringung von eigener Entwicklung, um weniger Gebühren an Philips als Patentinhaber zahlen zu müssen. Die RES164d unterschied sich von der B443 hauptsächlich durch eine Schirmgitterspannung von nur 80 satt 150 V, eine geringere Gittervorspannung und eine etwas höhere Ausgangsleistung. Äquivalenztypen der RES164(d) erschienen von Valvo als L416D (Funkschau 21. September 1930), von Tungsram als PP416 und von Philips als B443S, wobei diese nur im Verbreitungsgebiet der RES164(d) erschien, ansonsten blieb Philips bei der normalen B443. Die RES164, einschließlich ihrer Äquivalenztypen, war in Deutschland über viele Jahre hinweg praktisch die konkurrenzlose Standard- Endpentode für einfache Empfänger geringer Sprechleistung und wurde auch für alle Wechselstrom- Modelle des Volksempfänger VE301 ausgewählt. Besonders wegen dem VE301 blieb sie noch sehr lange in Produktion und Gebrauch, obwohl sie technisch schon lange veraltet war. RES174d Telefunken. Wie schon erwähnt, übernahm Telefunken nicht die Philips B443, die erste serienmäßige Endpentode der Welt, sondern brachte mit der RES164d eine eigene Entwicklung entgegen. Da jedoch Valvo die L415D als Äquivalenztype zur B443 herausbrachte, sah sich Telefunken veranlasst, nun mit der RES174d ebenfalls eine Äquivalenztype zur B443 anzubieten, die im August 1931 sowohl in der „Funkschau“ wie auch im „Funk Bastler“ vorgestellt wurde. Sie konnte mit dem Argument angepriesen werden, dass man sie bis zu 150 V Anodenspannung ohne Schirmgitter- Vorwiderstand betreiben konnte, im Gegensatz zur RES164, bei der nur maximal 80 V als Schirmgitterspannung zulässig ist. Allerdings blieben die Produktionszahlen der RES174d sehr weit hinter der der RES164(d) zurück. Nachfolgend eine Datenübersicht über die Philips B443 und Telefunken RES164(d) sowie ihrer Äquivalenztypen:
Datenunterschiede B443 versus RES164: die größten Unterschiede sind die Schirmgitterspannungen von 150V der B443 (und L415D) zu nur 80V der RES164 sowie die negativen Gittervorspannungen von -19V der B443 zu -11,5 V der RES164, mit entsprechenden Gitterwechselspannungen.
Bemerkenswert ist der horizontale Systemaufbau der RES164(d) , der während der gesamten Produktionszeit bis zum Ende beibehalten wurde, auch als diese Bauweise schon lange als veraltet galt. Die Valvo L416D auf dem Bild scheint wohl aus späterer Produktion zu sein, hat vertikalen Aufbau und besitzt erstaunlicherweise kein Bremsgitter, ist also eine Tetrode ! Dies könnte durch die niedere Schirmgitterspannung von nur 80V ermöglicht worden sein. Die Tungsram PP416 ist so ausgestattet, wie es schon in den früheren 1930er Jahre modern wurde, mit Domkolben und vertikalen Aufbau. |
|||||||||
Erstvorstellung der Endpentoden B443, RES164 und Äquivalenztypen:
B443 Philips, September 1927, bestückt im Philips Empfänger 2502.
In Frankreich erstmals vorgestellt am 26. 05. 1928 in der Zeitschrift „Le Petit Radio“ !
Äquivalenztypen:
L415D Valvo, Juli 1928 „Funk Bastler“ Heft 31;
RES174d Telefunken, 14. August 1931 : Funk Bastler 1931 Heft 33 ;
RES164d (4-Stift) Telefunken, Juli 1928 : Funk Bastler 1928, Heft 32;
Äquivalenztypen:
(4- oder 5-Stift- Versionen nicht erkennbar)
L416D Valvo: 21. September 1930 : Funkschau S. 307
B443S Philips : Geräte- Bestückung ab 1932 !
RES164 (5-Stift) Telefunken, 09. November 1930 : Funkschau
°____________________________________________________________________________________________________________°
Äquivalent: Valvo L425D, Telefunken RES364, Tungsram PP430.
Ua 300V, Ug2 200V, Ug1 -25V, Ia 20 mA, Pav 6W, P-out 2,8W
 |
 |
| C443 | PP430 |
Erstvorstellung der Endpentode C443 und Äquivalenztypen:
C443: Jahr 1928, bestückt in den Philips Empfängern 2510, 2511 und 2801.
In Deutschland erscheinen die Äquivalenztypen Valvo L425D und Telefunken RES364 erst im Jahr 1931:
L425D : 20. Februar 1931, Funk Bastler #08, Geräte- Bestückung ab 1931.
RES364: Geräte- Bestückung ab 1931.
Die Entwicklung geht weiter zu höherer Leistung :
Hatte erste serienmäßige Endpentode der Welt, die B443, eine Anodenverlustleistung von 3 W und eine Sprechleistung von 1,35 W, so folgte schon bald darauf im Jahr 1928 die C443 mit 6 W Anodenverlustleistung und 2,8 W Sprechleistung.
Von der Betriebsweise der Röhre aus gesehen ist es sinnvoll, zur Erhöhung der Leistung die Anodenspannung zu erhöhen, weshalb 300V als Anodenspannung gewählt wurde. Andererseits bereiten höhere Anodenspannungen zunehmend größere Probleme und Risiken, wobei 300V gerade noch relativ gut beherrschbar sind.
Auch hier wurde eine Schirmgitterspannung gewählt, die unterhalb der maximalen Anodenspannung liegt, in diesem Fall 200V. Daher muss auch hier die Schirmgitterspannung über einen Vorwiderstand oder Spannungsteiler auf maximal 200V herabgesetzt und mit einem Kondensator abgeblockt werden.
Bestückt wurde damit die Philips- Empfänger 2510, 2511, 2801, die ebenfalls im Jahr 1928 erschienen.
Äquivalenztypen sind von Valvo die L425D und von Telefunken die RES364, wovon jedoch erst im Jahr 1931 Nachweise zu finden und Geräte damit bestückt sind.
Auch die C443 wurde zuerst mit 4-Stift- Sockel mit Seitenschraube und ab 1929 mit 5-Stift- Sockel geliefert.
°____________________________________________________________________________________________________________°
RES664d Endpentode
erschien August 1930 : Funk Bastler 1930, Heft 35
Heizung 4V 0,6A, Ua 400V, Ug2 200V, Ia 30 mA, P-o ca. 5,5 W,
Endpentode ähnlich Philips E443N, war nur sehr wenig verbreitet, wahrscheinlich wegen der notwendigen hohen Anodenspannung 400V und der verringerten Schirmgitterspannung von 200V.
°____________________________________________________________________________________________________________°
Endtrioden
Endtriode, ; 250 V, 40 mA, Ra 3,5 kΩ, -45 V, 1,7 W, µ 3,5; Uf 4 V / If 0,65 A;
(entspricht Philips D404, Valvo LK460).
Erstmals erwähnt September 1928
 |
 |
Im Funk Bastler 1928, Heft 41, wurden von der RE604 nur Kurven gezeigt, ohne weitere Informationen. Allerdings erschienen nachweislich schon 1927 Geräte, die mit der RE604 bestückt sind. Zwar kam schon ein Jahr zuvor mit der B443 von Philips die erste serienmäßige Endpentode heraus, die sich allmählich immer mehr durchsetzte, was aber nicht bedeutete, dass nun sofort die Produktion von Endtrioden beendet wurde und man von da an nur noch Endpentoden herstellte. Insbesondere Telefunken vermied die Endpentoden solange wie möglich und beharrte auf Endtrioden. Erst im Jahr 1931 erschienen von Telefunken mit den Typen RES164 und RENS1823d die ersten Empfänger, die mit Endpentoden bestückt waren. Da man nun statt teurem Batteriestrom nun kostengünstig auch die Anodenspannung mit reichlich Anodenstrom aus dem Lichtnetz beziehen konnte, erschien mit der RE604 eine Endtriode, welche in der Leistung alle bisher üblichen Rundfunk- Endtrioden deutlich übertraf, - aber auch im Bedarf an Anodenstrom ! Unabhängig von Rundfunkröhren erschienen jedoch für Beschallungsanlagen auch Hochleistungs- Endtrioden, die mit hohen Anodenspannungen im Bereich 400 – 800 V arbeiteten, wie RV218, RV239 und RV258. |
| RE604 | LK460 |
Die RE604 brachte jedoch schon bei niedrigen Anodenspannungen eine relativ hohe Leistung.
Anfängliche Datenangaben machten Vorschläge zum Betrieb mit nur 100 oder 150 V und nannten sogar 200 V als maximale Anodenspannung ! -
Hier stand wohl noch eine Denkweise aus dem Batterie – Zeitalter im Hintergrund ! Anodenbatterieen waren teuer, eine 120 V- Batterie galt schon als Luxus, 150 V aus Anodenbatterieen zu erzeugen war schon Utopie !
Nach einiger Zeit realisierte man, dass die Einschränkungen des Batteriebetriebs nicht mehr bestanden und die nun mühelos erreichbare Anodenspannung 250 V etablierte sich als Standard.
Daher wurden für die RE604 die Anodenspannung 250 V, mit Arbeitspunkt- Anodenstrom 40 mA, bei -45 V negativer Gittervorspannung und dabei 1,7 W Sprechleistung als normale Betriebsdaten festgelegt. - Für die damalige Zeit war dies für Endtrioden eine beachtliche Leistung !
Es sollte jedoch nicht unerwähnt bleiben, dass die erste Endpentode der Welt, die B443 von Philips, eine Ausgangsleistung von 1,35 W mit nur bescheidenen 12 mA Anodenstrom erreichte.
Die Endpentoden B443S bzw. RES164(d) benötigen zur Vollaussteuerung 6,8 Vi-eff am Steuergitter, hierzu benötigt die RE604 dagegen 27 V effektive Wechselspannung, also den rund 4-fachen Wert.
Betrieb der RE604
|
|
Als Versorgungsspannung reichten jedoch die 250 V nicht aus, um die RE604 betreiben zu können ! Die RE604 benötigt eine negative Gittervorspannung -45 V, die normalerweise von einem 1125 Ω Katodenwiderstand erzeugt wurde, mangels anderer Möglichkeiten. |
Im Katodenwiderstand wird eine Leistung von 45 V * 0,04 A = 1,8 W umgesetzt, die einen Totalverlust darstellt und die sogar höher als die Ausgangsleistung 1,7 W ist ! Eine gewisse Nutzung wäre gegeben, wenn der Katodenwiderstand noch zugleich als Sieb- Widerstand verwendet werden würde, (so wie der 700 Ω- Widerstand im VE301).
Eine andere Möglichkeit wäre, die negative Gittervorspannung von der Feldwicklung eines elektrodynamischen Lautsprechers zu beziehen. Unglücklicher Weise hatte man aber damals noch nicht die Idee, die Feldwicklung in Reihe zur Anodenspannung zu schalten, sondern man schaltete sie parallel zur 250 V Anodenspannung !
Leistung der RE604
Die Endtriode RE604 erreicht bei 250 V Anodenspannung und 40 mA Anodenstrom eine Ausgangsleistung von 1,7 W.
250 V * 40 mA entsprechen 10 W Anodenleistung, die Ausgangsleistung 1,7 W entsprechen dann zufällig einem Wirkungsgrad von genau 17 %.
°____________________________________________________________________________________________________________°
Endtrioden versus Endpentoden
Einige Jahre später erschien die Endpentode AL4.
Diese erreicht bei 250 V Anodenspannung und 36 mA Anodenstrom eine Ausgangsleistung von 4,3 W.
Fairerweise muss man noch 5 mA Schirmgitterstrom hinzurechnen, so dass der gesamt- Anodenstrom 36 + 5 = 41 mA beträgt.
Daraus ergibt sich eine Anoden- Eingangsleistung von 250 V * 41 mA = 10,25 W, also nur minimal mehr als bei der RE604.
Mit der hierbei erreichten Ausgangsleistung 4,3 W ergibt sich ein Wirkungsgrad von 42 %.
Der Wirkungsgrad der Endpentode AL4 ist also 2,47-fach höher als der der Endtriode RE604 !
Daraus wird klar ersichtlich, warum Endpentoden die Endtrioden verdrängten !
Die zusätzlichen Verluste durch den Katodenwiderstand, die besonders bei der RE604 beachtlich sind, wurden hierbei nicht berücksichtigt !
Endröhren - Ausgangsleistung bei Eintakt - A - Betrieb
Ton- Signale, also Sprache und Musik, sind elektrisch dargestellt, ein Gemisch niederfrequenter Wechselspannungen.
Röhren sind jedoch nur in einer Richtung steuerbar und können daher Wechselspannungen als solche nicht auf direktem Weg verstärken.
Ein Ausweg ist möglich mit 2 Röhren im Gegentakt- Betrieb, was aber wegen dem hohen Aufwand nur für höhere Leistungungen in Frage kommt.
Der Betrieb mit nur einer Röhre wird erreicht, indem ihr Aussteuerbereich im Ruhezustand auf die Mitte des Bereichs festgelegt wird, genannt Eintakt - A - Betrieb.
Kann eine Endröhre in einer bestimmten Schaltung einen maximalen Anodenstrom von 100 mA erreichen, wird ein Ruhestrom von 50 mA eingestellt.
Bei Ansteuerung mit Wechselspannung steuern positive Halbwellen den Anodenstrom von 50 mA nach (theoretisch) 100 mA aus, negative Halbwellen steuern den Anodenstrom von 50 mA nach (theoretisch) 0 mA aus.
Eine Endröhre wird sehr wahrscheinlich auf einen Ausgangsübertrager arbeiten, der wiederum einen Lautsprecher antreibt.
Die Stromschwankungen, die durch die Aussteuerung der Röhre entstehen, verursachen analoge Spannungsschwankungen auf dem Ausgangsübertrager.
Angenommen wäre eine Anodenspannung von 250 V und ein Arbeitspunkt- Ruhestrom von 50 mA.
Wäre eine Röhre ein idealer Analogschalter, so könnte sie bei einer positiven Halbwelle die gesamte Anodenspannung, z. B. 250 V, auf den Ausgangsübertrager durchschalten, wobei nach obigem Beispiel ein Spitzenstrom von 100 mA fließen würde.
Bei einer negativen Halbwelle könnte sie voll sperren und der Anodenstrom ginge auf 0 mA zurück.
Nun sind Röhren leider keine idealen Analogschalter, Endtrioden sind davon sehr weit entfernt, Endpentoden jedoch schon deutlich weniger.
Kennlinien - Vergleiche
Dies soll am Vergleich der Endtriode RE604 (vom Jahr 1928) mit der Endpentode AL4 (von 1936) dargestellt werden, beide im Betrieb an 250 V Anodenspannung.
Dieser Vergleich ist deshalb so günstig, weil die Endtriode RE604 mit einem Arbeitspunkt- Ruhestrom von 40 mA betreiben wird und dabei eine Ausgangsleistung von 1,7 W erreicht.
Die Endpentode AL4 arbeitet mit einem Arbeitspunkt- Ruhestrom von 36 mA (also 90 % von 40 mA) und erreicht dabei eine Ausgangsleistung von 4,3 W.
(Um ganz ehrlich zu sein, benötigt die AL4 noch zusätzlich 5 mA Schirmgitterstrom, also brutto 41 mA.)
Festgelegt wird diese Ausgangsleistung bei jeweils 10 % Verzerrung (Klirrfaktor), da bei Eintakt - A - Betrieb die Verzerrungen bei Vollaussteuerung stark zunehmen.
Wie kommt nun dieser große Leistungsunterschied zustande, indem die AL4 bei nur 90 % des Anodenstroms der RE604 sogleich 2,56 mal mehr Leistung erbringt ? (4,3 / 1,7 = 2,56 = 256 % !).
(Rechnet man noch den Schirmgitterstrom der AL4 hinzu, - siehe oben, - ist der Wirkungsgrad der Endpentode AL4 „nur noch“ 2,47-fach höher als der der Endtriode RE604 !)
Die Höhe der Ausgangsleistung einer Endröhre im Eintakt - A – Betrieb wird bestimmt durch den Spannungshub (Spannungsschwingung) multipliziert dem Stromhub, also ΔUa1+2 * Δia1+2, wie auf folgenden Kennlinien dargestellt wird.
Am wichtigsten ist der Arbeitsbereich ΔUa1 * ΔIa1, da hier der maximale Strom bei minimaler Anodenspannung erreicht wird. Es ist der Bereich, in dem die Röhre ihre maximal- und Spitzenleistung erbringen muss, der daher auch Leistungsdreieck genannt wird.
Zum gesamten Arbeitsbereich gehört natürlich auch noch ΔUa2 * ΔIa2, der Bereich von der Arbeitspunkt-Mitte hin zum Punkt des minimalen Stroms bei zugleich maximaler Anodenspannung über der Röhre. Es ist der Bereich in Richtung Sperrung, wo die Röhre am wenigsten zu leisten hat, gewissermaßen die Ruhephase. Zum Leistungsvergleich von Röhren untereinander ist dieser Bereich unwichtig, da sperren natürlich jede Röhre kann, auch die schwächste.
Daher genügt zum Leistungsvergleich zwischen der RE604 und der AL4 nur der Arbeitsbereich ΔUa1 * ΔIa1.
Maßgeblich für die maximale Ausgangsleistung ist die Änderung von der Arbeitspunkt-Mitte hin zum Punkt des maximalen Stroms bei zugleich minimaler Anodenspannung über der Röhre.
Je tiefer eine Röhre die Anodenspannung nach unten ziehen kann, um so höher ist der Anteil der Anodenspannung, die auf den Ausgangsübertrager getrieben wird, analog hierzu der Anodenstrom und somit die Ausgangsleistung.
Röhren werden normal nur im Bereich negativer Steuergitter- Spannung betreiben. Die Steuerung der Röhre erfolgt dadurch stromlos und unbelastet.
Die Gitterspannung 0 V stellt daher die Obergrenze dar, da darüber hinaus Gitterstrom zu fließen beginnt, der das Signal belastet und dadurch Verzerrungen verursacht. (Dies stimmt zwar nicht ganz genau, spielt aber hier in der Vergleichsbetrachtung keine Rolle).
Bei der Gitterspannung 0 V wird daher der maximale Anodenstrom bei minimaler Anodenspannung erreicht.
Im obigen Kennlinienbild der RE604 kann man zunächst den Ruhe- Arbeitspunkt bei 250 V, 40 mA, erkennen, der sich bei der Gitterspannung -45 V ergibt.
Wird nun die RE604 von Gitterspannung -45 V nach Gitterspannung 0 V ausgesteuert,
ändert sich der Anodenstrom von Ia1 = 40 mA nach 62,5 mA, der Stromhub Δ Ia1 ist daher 22,5 mA .
Die Anodenspannung ändert sich dabei von Ua1 = 250 V nach 108V, der Spannungshub Δ Ua1 ist daher 142 V.
Errechnet man daraus eine Leistung, erhält man : Δ Ua1 * Δ Ia1 = 142 V * 22,5 mA = 3,195 W.
Dies entspricht nicht der tatsächlichen Sprechleistung und dient nur zum Vergleich mit anderen Röhren, in diesen Fall mit der AL4.
Im Kennlinienbild der AL4 (unten) kann man den Ruhe- Arbeitspunkt bei 250 V, 36 mA, erkennen, der sich bei der Gitterspannung -6 V ergibt.
Wird nun die AL4 von Gitterspannung -6 V nach Gitterspannung 0 V ausgesteuert,
ändert sich der Anodenstrom von Ia1 = 36 mA nach 68 mA, der Stromhub Δ Ia1 ist daher 32 mA .
Die Anodenspannung ändert sich dabei von Ua1 = 250 V nach 28 V, der Spannungshub Δ Ua1 ist daher 222 V.
Errechnet man daraus eine Leistung, erhält man : Δ Ua1 * Δ Ia1 = 222 V * 32 mA = 7,104 W.
Vergleicht man diese Leistung mit der der RE604, errechnet sich nach 7,104 W / 3,195 W, erkennt man, dass auch hier die Vergleichsleistung der AL4 2,22 fach über der RE604 liegt.
Interessant ist nebenbei auch der Vergleich der jeweiligen Gitterspannung vom Ruhe- Arbeitspunkt zum maximal- Arbeitspunkt.
Hierzu benötigt die RE604 einen Spannungshub von 45 V, die AL4 jedoch nur 6 V. Die RE604 benötigt in diesem Fall 45/6 = den 9 fachen Gitterspannungshub der AL4 !
°____________________________________________________________________________________________________________°
1930
RE304 - (Valvo LK430, Philips C405), Endtriode, erschien ca. 1930; 250 V 20 mA -32 V, 1,1 W