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Was sind Röhren? Viele werden jetzt denken, eine Röhre... ein Zylinderförmiger Körper der innen hol ist. Ist ja richtig, aber hier ist was anderes gemeint ;-).
Vielleicht kennt ihr die alten Radios aus den 50ern. Die recht großen Kisten mit den zwei Knöpfen links und rechts.
Hier ist mal ein solches Radio:
Diese Radios funktionieren mit Röhren. Alle heutigen Radios sind mit dem Nachfolger von Röhren aufgebaut, dem Transistor.
Die Aufgabe beider ist einfach erklärt. Sie dienen dazu, Signale zu verstärken. Sei es jetzt wie in diesem Fall Musik, oder etwas anderes. Wobei ”verstärken” eigentlich das falsche Wort ist. Eigentlich steuert man mit einem schwachen Signal (zum beispiel von einem MP3 Player) ein größes Signal (das vom Lautsprecher).
Den Transistor wollen wir hier mal komplett vergessen. Hier geht es ja um Röhren.
Der Aufbau von Röhren:
Dazu erst einmal, wie eine Röhre aussieht.
Sie besteht aus einem Glaskolben in Form einer Röhre. Am unteren Teil der Röhre sind Pins, welche die Kontakte zu den Bauteilen in der Röhre herstellen. Es gibt sie in verschiedenen Größen, je nach Leistung und Aufgabe. Bei besonders Starken Röhren, ist einer der Anschlüsse an der Oberseite der Röhren befestigt. In der Röhre selber ist ein Vakuum sowie dünne Fäden und Bleche. Dazu gleich mehr.
Hier erst mal ein Bild einiger Rähren:
Größe ca. 3cm.
Hier ist eine etwas größere Röhre. Höhe ca. 12cm. Sie hat, wie ich oben schon einmal beschrieben habe, einen Kontakt an ihrer Spitze.
Soviel zu den schönen Bildchen :-). Jetzt kommen wir zum Aufbau. In der Röhre selber, befindet sich ein Heizdraht, der mit Strom zum glühen gebracht wird. Dabei entstehen biss zu 800°C in der Röhre. Also verdammt heiss. Der Glaskolben wird dementsprechend mit warm. Um diesen Heizdraht drumherum, ist ein dünnes Röhrchen das mit einer Schicht versehen ist. Durch das Röhrchen in der Mitte, geht der Heizfaden, welcher dieses Röhrchen richtig anheizt, bis es auch glüht.
Jetzt bewegen sich durch die Wärme Elektronen von diesem Röhrchen weg.
Soweit so gut. Die Elektronen treffen auf ein Blech. Im obrigen Bild der großen Röhre sieht man das Blech ziemlich gut. Das Graue im inneren der Röhre.
Das dünne Röhrchen nennt man Kathode, weil es Elektronen abgibt (Oxidation) und das Blech auf welches die Elektronen auftrennen nennt man Anode. An ihr findet die Reduktion statt.
Jetzt haben wir eine von vielen Röhrenarten kennengelernt. Diese Röhre, die nur aus Kathode, Anode und Heizfaden besteht, nennt man Diode. Di steht für zwei, was Anode und Kathode meint.
Wenn ihr gut seit, habt ihr gemerkt: Wo soll man jetzt bitte was steuern oder verstärken können? Richtig!!! Da fehlt noch was.
Damit man den Elektronenfluss steuern kann, ist um die Kathode spiralförmig ein Faden gewickelt. Natürlich mit Abstand. Mit diesem Faden regelt man den Elektronenfluss. Praktisch wie ein Sieb kann es mit Strom geöffnet oder verengt werden. Der Faden bewegt sich natürlich dabei nicht. Diesen zusätzlichen Faden nennt man Gitter. Hier haben wir die zweite Art von Röhre. Die Triode. Das Gitter wird dabei mit negativer Spannung gesteuert. Durch die gleiche Polung der Elektroden von der Kathode kommend und dem Gitter, stößt das Gitter die Elektroden in Richtung Kathode zurück und nur einige gelangen vorbei.
Hier einmal der Schematische Aufbau von Diode und Triode
Diode: Oben die Anode, unten der Heizfaden. Die Kathode ist leider nicht eingezeichnet.
Die Triode mit dem zusätzlichen Gitter:
Später bastelte man noch zwei Gitter in die Rähre rein, die sogenannte Pentode:
Bei der entwicklung der Pentode waren folgende Aufgaben zu bewältigen:
- Gleichmäßigeres auftreffen der Elektroden auf die Anode
- Verlangsamung des auftreffens der Elektronen auf die Anodenbleche
Zwischen Gitter (g1) und Anoden zog man noch zwei Gitter ein. Das Schirmgitter (g2) sowie das Bremsgitter (g3). Dabei wird das Schirmgitter an eine Positive Spannung gelegt. Durch die Anode sowie durch das Schirmgitter fließt ein Strom (beide auf Positiver Ladung). Um es einfach auszudrücken kann man sagen: Dass Schirmgitter schirmt schief fliegende Elektroden von der Anode ab und wirkt Verzerrungen entgegen. Durch dieses zusaätzliche Gitter entstand die Tetrode. Durch dieses gitter (g2) trafen die Elektroden unglaublich schnell auf das Anodenblech auf und es gab eine Elektrodenwolke um die Anode, da die Elektroden nicht schnell genug in die Bleche eindringen konnten. Also kam noch das grobmaschige Bremsgitter (g3) dazu. Es wird an Kathodenpotential gelegt und ist somit negativ geladen. Es bremst die Elektroden vor dem auftreffen auf die Anodenbleche stark ab.
Es gibt noch eine vielzahl anderer Röhrentypen. So geht es noch bis zur Nanode, welche 7 Gitter besitzt.
Durch das Heizen der Röhre, leuchtet sie innerlich, was nett aussieht :-)
Bei besonders ”dicken” Röhren, kommt es sogar zum Glühen der Anode, da enorm viele Elektronen auf sie treffen. Diese Reibung wandelt sich in Wärme um. Die Anode ist in diesem Fall das Pinke
Elektronen sind keineswegs Unsichtbar. Bei starken Röhren, kann man sie als blauen Neben sehen. Im obrigen Bild an der Oberseite der Linken Röhre ist ein blauer Schimmer zu erkennen. Hier noch einmal deutlich:
Das wirklich Gefährliche an Röhren ist nicht, dass man sich verbrennen kann :-), nein es ist die enorme Spannung mit der Röhren betrieben werden.
Dazu erst mal der Unterschied zwischen Strom und Spannung. Strom ist eine Anzahl an Elektronen die je Sekunde fließen (Einheit Ampere). Spannung ist die Geschwindigkeit, mit der sie fließen (Einheit Volt). Multiplizier man beide Werte miteinander, bekommt man Watt. Watt ist eine Angabe, die besagt wie viele Elektronen gerade fließen.
Mächte man also eine 40W Glühbirne betreiben, ist es egal ob ich sie mit 10 Volt und 4 Ampere betreibe (10V * 4A = 40W) oder aber mit 100V und 0,4A (100V * 0,4A = 40W).
Leider kann eine Röhre keine großen Mengen an Strom (Ampere) verarbeiten. Gängige Röhren lassen 0,1A durch.
Wir wollen möglichst viel Watt haben, aber unsere Stromstärke ist auf 0,1A begrenzt. Was tun?
Richtig, wir nehmen eine hohe Spannung. Unsere Formel ist ja
W = V * A
Ein Beispiel: Wir wollen 50 Watt haben, sind aber wegen der Röhre bei 0,1A festgesetzt.
50 = V * 0,1
Die Spannung muss also 500V betragen. Zum vergleich, aus unserer Steckdose kommen 230V. Ab 90V herrscht Lebensgefahr, daher ist der Umgang mit Röhren nicht Ungefährlich.
Die obere Rechnung beinhaltet keine Verluste, die Jede Röhre mit sich bringt.
Jetzt habe wir gesagt, ab 90V herrscht Lebensgefahr. Aus der Röhre kommen 500V hinten raus. Die kann man dann logischer Weise nicht direkt an einen Lautsprecher dranklemmen. Also gibts was. Der so genannte Ausgangsübertrager kurz AÜ.
Es handelt sich dabei um einen Eisenkern, welcher mit Windungen aus Kupfer versehen ist. Mehr oder weniger gleich wie ein Netztrafo. Jedoch hat dieser AÜ viel mehr Windungen um eine große Induktivität zu bekommen, da sonst die Bässe fehlen würden. Je größer der AÜ ist, desto besser ist die Basswiedergabe bei hoher Leistung.
Wozu ich sagen muss in sachen Leistung:
Röhrenverstärker kann man in Sachen Watt nicht mit Transistorverstärkern vergleichen. Bei Röhren kann man ohne weiteres mit 2 Watt ein Wohnzimmer beschallen. 50 Watt zählt schon zu wirklich großen Geräten. 100 Watt reicht schon für eine große Party mit viel Bass. 1000 Watt würden für ein Konzert reichen. Ich lese oft man kann sagen, dass der Umrechnungsfaktor 10 Wäre. Sprich mit 5 Watt Röhre kann man mit einem 50 Watt Transistorverstärker gleichziehen.
Wer schon mein Mischpult in Transistortechnik gesehen hat: Mit meinem kleinen PCL81 mit sagen und schreibe 0,15 Watt Ausgangsleistung pro Kanal kann ich ohne Probleme mit den 30 Watt Verstärkern gleichziehen.
So sieht ein solcher Übertrager aus:
Sonstiges:
An jeder Röhre kann man einen Reflektierenden Kreis am Glas feststellen. Diesen erzeugt das so genannte “Getter” (nicht Gitter) unmittelbar neben der Stelle am Glas sieht man im inneren einen scheinbar unbedeutenden Kreis aus Draht. Das ist das Getter. Das reflektierende heisst Getterspiegel. Das Getter holt schmutz sowie evtl. eindringende Luft aus der Röhre und verwandelt sie zu dem Spiegel. Ohne das Getter ist eine Röhre schnell kaputt. Ist das Getter verbraucht (Luft durch Zerstörung des Glaskörpers eingedrungen) wird der Spiegel milchig weiss und die Röhre ist defekt. Mag sein das sie noch funktioniert. Nur: Luft ist leitend im gegensatz zum Vakuum und es können Überschlage in der Röhre entstehen.
Mir ist letztens eine Röhre vom Tisch gerollt :-(. Mit ihren Innereien kann ich euch den Aufbau noch einmal gut deutlich machen.
Oben links ist einer der Abstandshalter die alle Bauteile auf Distanz halten. Rechts daneben das Getter.
Unten links die Anode. Daneben das grobmaschige Bremsgitter. Dann g2, g1, die beschichtete (weiss) Kathode und schließlich ganz rechts der Heizdraht.
Jetzt ist die Frage, wozu die ganze alte Technik, wenn man Transistoren weder Heizen, noch mit hoher Spannung betreiben kann und keinen AÜ braucht. Viele Leute, so auch ich, sind der Überzeugung, dass Röhren einen besseren Sound haben. Viele sagen das Gegenteil. Hier muss jeder seine eigene Meinung gelten lassen. Was den Röhrenverstärker aber ganz klar vom Transistorverstärker absetzt, ist das schön ”warme” Glühen der Röhre. |
