Röhren 1927 - 1933 in Europa
Röhren werden erwachsen – indirekt geheizte Röhren für Netzbetrieb und Mehrgitterröhren
Vor 1927 zählen neben der allmählichen Verbesserung der Konstruktion die Einführung der Barium-Oxyd- Katode sowie die sichere Produktion von Hochvakuum- Röhren mittels Getterung zu den wenigen großen Fortschritten der Röhrentechnik.
Ab 1927 begann ein steiler Anstieg der Röhrenentwicklung insbesondere mit der Einführung indirekt geheizter Röhren sowie der Mehrgitterröhren.
Indirekt geheizte Röhren:
In der Frühzeit der Radiotechnik wurden Funkempfänger ausschließlich mit Batterien betrieben, sowohl als Quelle für die Anodenspannung wie auch zur Heizung. Wegen den hohen Heizströmen, besonders bei Wolfram- Katoden, wurden überwiegend Akkus verwendet.
Dieser Batteriebetrieb war umständlich und kostspielig und war für die weitere Verbreitung des Rundfunkempfangs hinderlich.
Es war daher sehr erstrebenswert, Radios am Lichtnetz zu betreiben.
Mit den bisherigen direkt geheizten Röhren war die Heizung mit Wechselspannung aus dem Lichtnetz mit mehr als einer Verstärkerstufe nicht möglich, da dies unerträgliche Brummstörungen zur Folge hätte. Die Heiz- Wechselspannung über dem Heizfaden überlagert sich mit der Gitter- Steuerspannung, was sich auch durch Symmetrierung nicht völlig beseitigen lässt.
Auch an die Erzeugung der Anodenspannung aus dem Wechselstromnetz dachte man lange Zeit nicht, da es noch nicht einmal Gleichrichterröhren gab.
Nur an den weniger verbreiteten Gleichstrom- Lichtnetzen war der Betrieb noch relativ einfach möglich, indem die Netzspannung direkt als Anodenspannung diente und die Heizfäden der Röhren in Reihe geschaltet und über einen Vorwiderstand auch an der Netzspannung betrieben wurden.
Da das Wechselstromnetz sich viel stärker ausbreitete als das Gleichstromnetz und dieses allmählich verdrängte, entstand ein Bedarf an Röhren, die am Wechselstromnetz betrieben werden konnten.
Verschiedene Firmen, auch Philips und Valvo, entwickelten Röhren mit niedriger Heizspannung von 1 Volt und weniger, um diese Brummstörungen zu vermeiden. Dabei wurde jedoch nur eine Veringerung, aber nicht eine zufriedenstellende Beseitigung des Problems erreicht.
Die endgültige Lösung bestand darin, die Heizung von der emittierenden Katode zu trennen, es entstand die
indirekte Heizung.
Erste Labor- und Kleinserien von indirekt geheizten Röhren wurden im Laufe der 1920er Jahre produziert, der große Durchbruch erfolgte weltweit jedoch erst im Jahre 1927.
Die eigentliche Katode besteht hierbei aus einem Nickelblechröhrchen, das die emittierende Oxydschicht trägt, wobei dieses Röhrchen von einem darin befindlichen Heizdraht erwärmt wird.
Die Heizdaten dieser frühen indirekt geheizten Röhren bewegten sich überwiegend im Bereich 3,8 - 4 V, Heizstrom 1 – 1,1 A, entsprechend einer Heizleistung von etwa 4 – 4,4 W, ungeachtet ob Vor- oder Endstufenröhre.
Kleinere oder dünnere Katodenröhrchen konnte man zunächst nicht herstellen, und um diese auf die erforderliche Temperatur zu bringen, war diese Heizleistung notwendig.
Es ist kein plausibler Zusammenhang zu erkennen, warum für verschiedene Röhrentypen als Heizstrom jeweils 1 A oder 1,1 A angegeben wird.
Besonders absurd ist die Heizstromangabe 1,2 A der Triode REN914, die bei dem vorgesehenen Betrieb als Widerstands- Verstärker einen Anodenstrom von ca. ⅓ mA führt !
Bei den Paralleltypen Philips E499 und Valvo W4110 wird jeweils Heizstrom If = 1 A angegeben !
Es dauerte bis zum Jahr 1934, bis man indirekt geheizte Katoden mit weniger als 4 W Heizleistung herstellen konnte.
Die ersten Röhren mit den Heizdaten 4 V; 0,65 A, entsprechend der Heizleistung 2,6 W, waren die Typen AB1 und AK1.
Nur 2 Jahre später erschien von Philips die Rote Serie, worin Vorstufen- Röhren wie EBC3, EF5, EK2, etc. und sogar die Endpentode EL2 mit den Heizdaten 6,3 V, 0,2 A eine Heizleistung von nur noch 1,26 W hatten. Dies verdeutlicht den rasanten Fortschritt der Röhrenentwicklung in dieser Zeit !
Erst deutlich später erschienen hauptsächlich Vorstufen- Trioden mit Heizung 6,3 V, 0,15 A, entsprechend 0,945 W.
Mehrgitterröhren:
Bisher besaßen Röhren nur die Elektroden Kathode, Gitter und Anode und wurden daher Trioden genannt, die jedoch mit gewissen Nachteilen behaftet waren.
° Zur Verstärkung von Hochfrequenz stellte insbesondere die Gitter – Anodenkapazität, aber auch der niedere Innenwiderstand, ein Problem dar.
° Zum Betrieb von Lautsprechern waren Endtrioden ineffizient.
Röhren mit 2 Gittern: Tetroden.
Bei Trioden, also Röhren mit nur einem Gitter, wirkt die Anodenspannung der Gitter- Steuerspannung entgegen, wodurch die Verstärkung herabgesetzt wird.
Die Kapazitäten zwischen den Elektroden untereinander, insbesondere die Kapazität zwischen Gitter und Anode sind bei höheren Frequenzen nachteilig.
Mit der Einführung eines zweiten Gitters, das zunächst Schutzgitter, später Schirmgitter genannt wurde, konnten wesentliche Nachteile der Trioden aufgehoben werden.
Dieses Schirmgitter ist zwischen dem Gitter und der Anode angebracht und wirkt als Abschirmung, wodurch die Kapazität zwischen (Steuer-) Gitter und Anode verringert wird.
Dieses Schirmgitter erhält eine positive Spannung, wodurch es nun anstelle der Anode die Elektronen aus der Kathode anzieht.
Dadurch kann der Abstand der Anode zu den anderen Elektroden weiter vergrößert werden, wodurch die Kapazität Anode – Steuergitter noch mehr verringert wird.
Wurde bei der Triode die Verstärkung durch die Rückwirkung der Anode verringert, so wird nun der Anodenstrom hauptsächlich durch die konstante Spannung des Schirmgitters und der eigentlichen Steuerspannung des Gitter 1 bestimmt, wodurch eine sehr hohe Verstärkung zu erzielen ist.
Wird diese Schirmgitterröhre so stark ausgesteuert, dass durch die Schwingungsamplitude die Anodenspannung auf die Höhe der Schirmgitterspannung sinkt, werden die beschleunigten Elektronen nicht mehr von der Anode angezogen und bewegen sich zurück zum Schirmgitter, wodurch sich der Anodenstrom verringert.
Die Schwingung der Anodenspannung ist ab dieser Stelle nicht mehr proportional zur Spannung des Steuergitters, d. h. der Außsteuerbereich der Anode ist dadurch begrenzt. Für Vorstufenröhren, die nur der Signalverstärkung dienen, ist diese Einschränkung akzeptabel.
Als Endröhre ist eine solche Röhre jedoch unbrauchbar, da dieser verringerte Außsteuerbereich dem Ziel einer hohen Ausgangsleistung entgegen steht.
Röhren mit 3 Gittern: Pentoden.
Den Nachteil des verringerte Außsteuerbereichs der Schirmgitter- Tetrode lässt sich beseitigen, indem zwischen dem Schirmgitter und der Anode ein drittes weitmaschiges Gitter, ein Bremsgitter, angebracht wird, das auf Kathodenpotential liegt.
Eine solche Röhre besteht nun aus 5 Elektroden, daher also Pentode.
Dieses Bremsgitter erzeugt ein Feld, das die Sekundärelektronen zur Anode zurücktreibt.
Diese Pentode ist nun so hoch aussteuerbar, dass die Anodenspannung weit unter der Schirmgitterspannung liegen kann.
Dadurch ist eine sehr große Schwingungsamplitude der Anodenspannung möglich, wodurch Endpentoden sehr effizient arbeiten.
Bei Vorstufen- Pentoden besteht ein weitere Vorteil gegenüber Tetroden, indem ihr Innenwiderstand nochmals deutlich höher ist.
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1927 – die ersten indirekt geheizten Röhren
1927 erschien in den USA von RCA die UY-227 mit 2,5V Heizspannung, wie bei amerikanischen Röhren üblich. Philips orientierte sich wohl an dieser UY-227 und brachte die indirekt geheizte F215 mit ebenfalls 2,5V Heizspannung heraus. Bei Valvo erschien sie als A2200W.
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Im Jahr 1927 brachte Telefunken die erste serienmäßige indirekt geheizte REN1104k, zunächst mit dem normalen 4-Stift- Sockel B4, wobei die Katode an einer Seitenschraube angeschlossen wurde. Als Heizspannung wird 3,5 – 4V oder 3,8 – 4V empfohlen, wie schon zuvor für Batterieröhren. Hiermit wurde für die nächsten Jahre die Heizspannung 4V als Norm für indirekt geheizte Röhren gesetzt, bzw. für Röhren, die mit Wechselspannung geheizt werden. Es gab auch noch eine REN1104w, auch mit 4-Stift- Sockel, aber mit 2 Seitenschrauben für den Heizfaden zum Nachrüsten vorhandener Geräte mit Batterie- Röhren. Das Bild (links) wurde der Festschrift „25 Jahre Telefunken“ entnommen.
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1928 erschien die REN1104 mit dem 5-Stift- Sockel B5, mit der Katode auf dem Mittelstift. Die REN1104 ist universell für HF-, ZF- und NF-Stufen einsetzbar, in Audionstufen ist sie direkt geheizten Röhren deutlich überlegen. Sie hat einen relativ niederen Verstärkungsfaktor µ von nur 10, aber auch einen niederen Innenwiderstand von nur 7 kΩ, so dass man sie vorzugsweise mit Transformatorkopplung betreibt, wobei die Spannung hochtransformiert wird. Steilheit = 1,5 mA/V. Sie kann auch als Endröhre mit 0,22 W Sprechleistung betrieben werden, was jedoch gegenüber deutlich billigeren direkt geheizten Endtrioden ähnlicher Leistung wohl kaum in Frage kam. Im Jahr 1927 kostete die REN1104k RM 19,-, während die direkt geheizte Endtriode RE134, welche mit 0,65 W die rund 3-fache Sprechleistung brachte, nur RM 10,50 kostete.
Im gleichen Jahr erschienen die REN804 mit Verstärkungsfaktor µ = 17, Steilheit 2,3 mA/V, vorgesehen als Audionröhre mit Transformatorkopplung,
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sowie die REN1004 mit Verstärkungsfaktor µ = 33, Steilheit 1,5 mA/V, vorgesehen als Widerstandsverstärker. Die Systemaufbauten der Röhren REN804, REN1004 und REN1104 sind praktisch gleich, nur die Steigung der Gitterwindungen ist unterschiedlich. Die Gitterwindungen werden nur von einem einzelnen Stab gehalten. In dem Katodenröhrchen befindet sich ein Keramikkörper, der zwei dünne Bohrungen enthält, durch die der Heizfaden haarnadelförmig hindurchläuft. Dadurch befinden sich beide Heizfadenenden auf einer Seite. Durch den hin- und zurück laufenden Heizfaden wird dessen vom Heizstrom erzeugte Magnetfeld größtenteils aufgehoben. Das Katodenröhrchen wird oben nur durch das Anschlussband gehalten und unten nur durch die Heizfaden- Anschlüsse, d. h. die Enden des Heizfadens tragen das Katodenröhrchen !
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Direkt geheizt : RE... |
Indirekt geheizt : REN... |
Die Sockelschaltung blieb wie zuvor, mit dem Gitteranschluss zwischen den beiden Heizfaden- Stiften, nur der Mittelstift mit dem nun separaten Katodenanschluss kam hinzu. Da die neuen indirekt geheizten Röhren nun mit 4 V Wechselspannung geheizt wurden, war die Gefahr sehr groß, dass diese Heiz- Wechselspannung auf das Gitter kopplete und Brummstörungen verursacht. Daher wurde die Symmetrierung der Heizspannung dringend erforderlich, was durch ein „Entbrummer“ - Potentiometer oder Heizwicklungs- Mittelabgriff realisiert wurde. Die Anordnung des Gitteranschlusses zwischen den Heizspannung führenden Stiften und Drähten innerhalb der Röhre blieben immer ein Problem, besonders wenn das Steuergitter hochohmig aufgehängt war, z. B. bei einer Gitter-Audion- Schaltung. |
Erstmals mit der Einführung des 7-Stift- „Hexoden“- Sockels C7A und danach mit den Außenkontaktsockeln kam man von dieser ungünstigen Anordnung ab und man verlegte den Steuergitter-Anschluss auf eine Gitterkappe auf dem Gipfel der Röhre. Diese Praxis wurde bei amerikanischen Röhren schon Jahre zuvor angewandt.
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September 1927: B443 - die erste serienmäßige Endpentode der Welt Neben den indirekt geheizten Röhren fand mit der Einführung der B443 von Philips im September 1927, als erste serienmäßige Endpentode der Welt, 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 erreicht unter den gleichen Bedingungen als eine Triode gleicher Leistung eine mehr als doppelte Ausgangsleistung bei geringerer Steuerspannung. Ursprünglich war die maximale Anodenspannung auf 150 V festgelegt, später wurde diese auf 250 V erhöht. Dabei konnte eine Ausgangsleistung von 1,35 W erreicht werden. Die B443 ist (noch) direkt geheizt und war ursprünglich für Batteriebetrieb vorgesehen, aber, da Endröhre, war auch ein Betrieb mit Heiz- Wechselspannung möglich. Die B443 hat die Verdrängung der Endtrioden durch Mehrgitter-Endröhren eingeleitet. Sie erschien jedoch nicht in Deutschland, die entsprechende Valvo- Type L415D erschien erst im Juli 1928, die entsprechende Telefunkenröhre RES174d sogar erst im August 1931 ! |
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B443 – Urversion mit Schirmgitter an Seitenschraube |
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Juli 1928: RENS1204 - die erste indirekt geheizte Schirmgitter- HF- Tetrode Bei Trioden wirkt die Anodenspannung der Gitter- Steuerspannung entgegen, wodurch die Verstärkung herabgesetzt wird. Solange es nur Trioden gab, war die Verstärkung von Hochfrequenz problematisch, so, dass man dies gerne vermied. |
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Dies änderte sich dramatisch durch die Einführung von Schirmgitter- Tetroden wie die RENS1204. Damit wurde problemlose HF- Verstärkung nicht nur überhaupt erst möglich, sondern sogleich mit einem bisher unerreichten Verstärkungsfaktor. Zwei- oder Mehrkreis- Empfänger mit einer RENS1204 als HF- Vorstufe, oft gefolgt von einer Audion- und weiteren Stufen, waren weit verbreitet. Schirmgitter- Tetroden standen am Anfang der Weiterentwicklung der Mehrgitterröhren, durch welche die Röhren- Empfängertechnik sich zur Vollkommenheit entwickelte. Da kurz zuvor gerade erst die Lautsprecher- Endpentoden herauskamen, fragt man sich, warum zur HF- Verstärkung zunächst nur Tetroden und keine HF- Pentoden erschienen ? Eine offizielle Antwort wurde bisher nicht gefunden. Es ist vielleicht so zu erklären, dass die Schirmgitter- Tetroden zur HF- Verstärkung nahezu unendlich viel besser als Trioden waren und man damit zunächst mehr als zufrieden war. Ein hoher Anoden- Außsteuerbereich, wie er für Endröhren notwendig ist, war hier nicht erforderlich.
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Ältere RENS1204
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neuere RENS1204 |
Wegen der hohen Verstärkung wurde die Anode oben an einer Schraubkappe herausgeführt, um möglichst gut vom Steuergitter entkoppelt zu sein. Dieses lag immer noch unten am Sockel zwischen den beiden Heizfaden- Stiften, wodurch Brummstörungen durch die 4 V Heiz- Wechselspannung nicht völlig ausgeschlossen werden konnten. |
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