Vakuumröhre

Spätere thermionische Vakuumröhrchen, meistens Miniaturstil, einige mit Top -Kapitän -Verbindungen für höhere Spannungen

A Vakuumröhre, Elektronenrohr,[1][2][3] Ventil (Britische Verwendung) oder Rohr (Nordamerika),[4] ist ein Gerät, das steuert elektrischer Strom in einem hohen Fluss fließen Vakuum zwischen Elektroden zu dem eine elektrische Potenzieller unterschied wurde angewendet.

Der Typ, der als a bekannt ist Thermionrohr oder Thermionventil nutzt Glühemission von Elektronen aus a heiße Kathode für grundlegende elektronische Funktionen wie Signal Verstärkung und Strom Berichtigung. Nicht thermionische Typen wie ein Vakuum Phototubejedoch durch die Elektronenemission durch die photoelektrischer Effektund werden für solche Zwecke als Erkennung von Lichtintensitäten verwendet. In beiden Arten werden die Elektronen von der Kathode zum Kathode beschleunigt Anode bis zum elektrisches Feld im Röhrchen.

Audio -Leistungsverstärker mit Röhrchen im Betrieb. Rot-Orange-Leuchten erfolgt aus erhitzten Filamenten.
Illustration, die ein primitives Trioden -Vakuumrohr und die Polaritäten der typischen DC -Betriebspotentiale darstellen. Nicht gezeigt sind die Impedanzen (Widerstände oder Induktoren), die in Reihe mit den C- und B -Spannungsquellen enthalten sind.

Das einfachste Vakuumrohr, der Diode (d.h. Flemenventil), erfunden 1904 von John Ambrose Fleming, enthält nur eine erhitzte Elektronen-emittierende Kathode und eine Anode. Elektronen können nur in eine Richtung durch das Gerät fließen - von der Kathode bis zur Anode. Hinzufügen eines oder mehrere Kontrollgitter Innerhalb des Rohrs ermöglicht es den Strom zwischen Kathode und Anode durch die Spannung an den Gittern.[5]

Diese Geräte wurden in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts zu einer Schlüsselkomponente elektronischer Schaltungen. Sie waren entscheidend für die Entwicklung von Radio, Fernsehen, Radar, Tonaufnahme und Reproduktion, Fern Telefon Netzwerke und analog und früh digital Computers. Obwohl einige Anwendungen frühere Technologien wie die verwendet hatten Funkenspalt Sender für Radio oder mechanische Computer Für das Computer war es die Erfindung des thermionischen Vakuumrohrs, das diese Technologien weit verbreitet und praktisch machte und die Disziplin von erstellte Elektronik.[6]

In den 1940er Jahren die Erfindung von Halbleiterbauelemente ermöglicht es zu produzieren fester Zustand Geräte, die kleiner, effizienter, zuverlässig, langlebig, sicherer und wirtschaftlicher sind als thermionische Röhrchen. Ab Mitte der 1960er Jahre wurden thermionische Röhrchen durch die ersetzt Transistor. Allerdings die Kathodenstrahlröhre (CRT) blieb die Grundlage für Fernsehmonitore und Oszilloskope Bis zum frühen 21. Jahrhundert.

Thermionröhrchen werden in einigen Anwendungen immer noch verwendet, wie die Magnetron verwendet in Mikrowellenöfen, bestimmte Hochfrequenz Verstärker, Verstärker für elektrische Musikinstrumente wie Gitarren sowie High -End -Audioverstärker, die viele Audio -Enthusiasten für ihre "wärmer" bevorzugen. Röhrengeräusch.

Nicht alle elektronischen Schaltungsventile/Elektronenrohre sind Vakuumrohre. Gas gefüllte Röhrchen sind ähnliche Geräte, aber ein Gas enthalten, typischerweise bei niedrigem Druck, das Phänomene ausnutzen, die mit dem Zusammenhang stehen elektrische Entladung in Gasen, normalerweise ohne Heizung.

Klassifizierungen

Radiosender -Signalgenerator mit Vakuumröhrchen

Eine Klassifizierung thermionischer Vakuumröhrchen erfolgt durch die Anzahl der aktiven Elektroden. Ein Gerät mit zwei aktiven Elementen ist a Diode, normalerweise verwendet für Berichtigung. Geräte mit drei Elementen sind Triodes Wird zur Verstärkung und zum Schalten verwendet. Zusätzliche Elektroden erzeugen Tetrodes, Pentodenund so weiter, die mehrere zusätzliche Funktionen haben, die durch die zusätzlichen steuerbaren Elektroden ermöglicht werden.

Andere Klassifikationen sind:

  • nach Frequenzbereich (Audio-, Radio, VHF, Uhf, Mikrowelle)
  • nach Leistungsbewertung (Kleinsignal, Audioleistung, Hochleistungs-Funkübertragung)
  • durch Kathode/Filament Typ (indirekt erhitzt, direkt erhitzt) und Aufwärmzeit (einschließlich "Bright-Emitter" oder "Dull-Emitter"))
  • durch charakteristische Kurven Design (z. B. scharf gegen Remote-abgeschnitten in einigen Pentodes)
  • durch Anwendung (Empfangsrohre, Übertragungsrohre, Verstärkung oder Schalten, Gleichberechtigung, Mischen)
  • Spezialparameter (langes Leben, sehr niedrig Mikrofonische Empfindlichkeit und niedrige Audioverstärkung, robuste oder militärische Versionen)
  • Spezialfunktionen (Licht- oder Strahlungsdetektoren, Videobildgebungsrohre)
  • Röhrchen zum Anzeigen verwendet Information ("Magic Eye" -Röhrchen, Vakuumfluoreszenzanzeigen, CRTS)

Röhrchen haben unterschiedliche Funktionen, wie z. Kathodenstrahlröhren die einen Elektronenstrahl für Anzeigezwecke (z. B. das Fernsehbildrohr) zusätzlich zu spezialisierten Funktionen wie z. Elektronenmikroskopie und Elektronenstrahllithographie. Röntgenröhren sind auch Vakuumröhrchen. Fototubes und Fotomultiplierer verlassen sich durch ein Vakuum auf den Elektronenfluss Photonen statt Glühemission. Da diese Art von "Vakuumröhrchen" andere Funktionen als die elektronische Verstärkung und -förderung haben, werden sie an anderer Stelle beschrieben.

Beschreibung

Diode: Elektronen aus dem heißen Kathoden fließen in Richtung der positiven Anode, aber nicht umgekehrt
Triode: Spannung, die auf die Gittersteuerplatte (Anoden) angelegt wird.

Ein Vakuumrohr besteht aus zwei oder mehr Elektroden in einem Vakuum in einem luftdichten Umschlag. Die meisten Röhren haben Glasumschläge mit a Glas-zu-Metall-Siegel bezogen auf Kovar Versiegelbar BorosilikatgläserObwohl Keramik- und Metallumschläge (auf Isolierbasen) verwendet wurden. Die Elektroden sind an Kabel angebracht, die über eine luftdichte Dichtung durch den Umschlag gehen. Die meisten Vakuumröhrchen haben aufgrund des Filament- oder Heizungsverbrennungsmodus eine begrenzte Lebensdauer, sodass sie als austauschbare Einheiten hergestellt werden. Die Elektrode führt an Stifte an der Rohrbasis, die sich an a anschließen Röhrenhöhle. Die Röhrchen waren eine häufige Ursache für einen Ausfall in elektronischen Geräten, und von den von den Verbrauchern wurde erwartet, dass sie die Röhrchen selbst ersetzen konnten. Zusätzlich zu den Basisklemmen hatten einige Röhrchen eine Elektrode, die bei a terminierte Top -Kappe. Der Hauptgrund dafür war, einen Leckagewiderstand durch die Rohrbasis zu vermeiden, insbesondere für den Gittereingang mit hoher Impedanz.[7]: 580[8] Die Basen wurden häufig mit gemacht mit Phenolisolierung was als Isolator unter feuchten Bedingungen schlecht abschneidet. Weitere Gründe für die Verwendung einer Top-Kappe sind die Verbesserung der Stabilität durch Reduzierung der Kapazität von Gitter zu Anode,[9] Verbesserte Hochfrequenzleistung, hält eine sehr hohe Plattenspannung von niedrigeren Spannungen fern und eine weitere Elektrode als von der Basis zugelassen. Es gab sogar ein gelegentliches Design, das zwei Top -Cap -Verbindungen hatte.

Die frühesten Vakuumröhrchen, aus denen sich entwickelt wurde Glühbirnenlampen, enthält a Filament versiegelt in einem evakuierten Glasumschlag. Wenn heiß, veröffentlicht das Filament Elektronen in das Vakuum, ein Prozess genannt Glühemission, ursprünglich bekannt als die Edison -Effekt. Eine zweite Elektrode, die Anode oder Teller, zieht diese Elektronen an, wenn sie sich in einer positiveren Spannung befindet. Das Ergebnis ist ein Nettostrom von Elektronen vom Filament zu Platte. Elektronen können jedoch nicht in die umgekehrte Richtung fließen, da die Platte nicht erhitzt wird und keine Elektronen emittiert. Das Filament (Kathode) hat eine doppelte Funktion: Sie emittiert Elektronen beim Erhitzen; Und zusammen mit der Platte erzeugt es aufgrund der Potentialdifferenz zwischen ihnen ein elektrisches Feld. Ein solches Röhrchen mit nur zwei Elektroden wird als a bezeichnet Diode, und wird verwendet für Berichtigung. Da der Strom nur in eine Richtung gehen kann, eine solche Diode (oder Gleichrichter) wandelt Wechselstrom (AC) in pulsierende Gleichstrom um. Dioden können daher in einem Gleichstrom verwendet werden Energieversorgung, Als ein Demodulator von Amplitude moduliert (AM) Radiosignale und für ähnliche Funktionen.

Frühe Röhrchen verwendeten das Filament als Kathode; Dies wird als "direkt erhitztes" Röhrchen bezeichnet. Die meisten modernen Röhrchen werden von einem "Heizungselement" in einem Metallrohr, das die Kathode ist, "indirekt erhitzt". Die Heizung ist elektrisch von der umgebenden Kathode isoliert und dient einfach dazu, die Kathode ausreichend zu heizen Glühemission von Elektronen. Die elektrische Isolierung ermöglicht es, dass alle Heizungen der Röhrchen von einem gemeinsamen Schaltkreis geliefert werden (was ohne Hummen zu induzieren ist), während die Kathoden in verschiedenen Röhrchen bei unterschiedlichen Spannungen arbeiten können. H. J. Round erfand das indirekt erhitzte Röhrchen um 1913.[10]

Die Filamente erfordern konstante und oft erhebliche Leistung, selbst wenn Signale auf Mikrowattebene verstärkt werden. Die Leistung wird auch gelöst, wenn die Elektronen aus der Kathode in die Anode (Platte) schlucken und sie erhitzen; Dies kann auch in einem Leerlaufverstärker aufgrund des ruhender Strom notwendig, um Linearität und geringe Verzerrung zu gewährleisten. Bei einem Stromverstärker kann diese Heizung beträchtlich sein und das Röhrchen zerstören, wenn sie über ihre sicheren Grenzen hinausgefahren. Da das Röhrchen ein Vakuum enthält Strahlung durch den Glasumschlag. In einigen speziellen Hochleistungsanwendungen ist der Anode Teil der Vakuumhülle, um Wärme zu einem äußeren Kühlkörper zu leiten, der normalerweise durch ein Gebläse oder eine Wasserjacke abgekühlt wird.

Klystrons und Magnetronen Oft betreiben ihre Anoden (genannt Sammler in Klystrons) im Bodenpotential zur Erleichterung der Kühlung, insbesondere mit Wasser, ohne Hochspannungsisolierung. Diese Röhren arbeiten stattdessen mit hohen negativen Spannungen auf dem Filament und der Kathode.

Mit Ausnahme von Dioden werden zusätzliche Elektroden zwischen der Kathode und der Platte (Anode) positioniert. Diese Elektroden werden als Gitter bezeichnet, da es sich nicht um feste Elektroden handelt, sondern spärliche Elemente, durch die Elektronen auf dem Weg zur Platte gelangen können. Das Vakuumrohr wird dann als a bekannt Triode, Tetrode, Pentodeusw. abhängig von der Anzahl der Netze. Eine Triode hat drei Elektroden: Anode, Kathode und ein Raster und so weiter. Das erste Netz, bekannt als das Kontrollgitter (und manchmal auch andere Gitter), verwandelt die Diode in a Spannungskontrollierte Gerät: Die auf das Kontrollnetz angelegte Spannung beeinflusst den Strom zwischen der Kathode und der Platte. Bei negativem Negativ für die Kathode erzeugt das Steuerraster ein elektrisches Feld, das von der Kathode emittiert werden, wodurch der Strom zwischen Kathode und Anode reduziert oder sogar gestoppt wird. Solange das Kontrollgitter relativ zur Kathode negativ ist (abhängig von der Schaltung). Das Festkörpergerät, das dem Pentode-Röhrchen am ähnlich ist, ist das Übergangsfeld-Effekt-Transistor (JFET), obwohl Vakuumröhrchen im Gegensatz zu den meisten Halbleitern in den meisten Anwendungen typischerweise bei über hundert Volt arbeiten.

Geschichte und Entwicklung

Eine von Edisons experimentellen Glühbirnen

Im 19. Jahrhundert wurde zunehmend Forschungen mit evakuierten Röhrchen wie dem festgelegt Geissler und Crookes -Röhrchen. Zu den vielen Wissenschaftlern und Erfindern, die mit solchen Röhren experimentierten Thomas Edison, Eugen Goldstein, Nikola Tesla, und Johann Wilhelm Hittorf. Mit Ausnahme von früh GlühbirneSolche Röhren wurden nur in wissenschaftlicher Forschung oder als Neuheiten verwendet. Die von diesen Wissenschaftlern und Erfindern gelegten Grundlagen waren jedoch für die Entwicklung der nachfolgenden Vakuumrohrtechnologie von entscheidender Bedeutung.

Obwohl Glühemission wurde ursprünglich 1873 von gemeldet von Frederick Guthrie,[11] Es war Thomas Edisons scheinbar unabhängige Entdeckung des Phänomens im Jahr 1883, das bekannt wurde. Obwohl Edison die unidirektionale Eigenschaft des Stromflusses zwischen dem Filament und der Anode, seines Interesses (und seines Patents "bewusst war[12]) Konzentrierte sich auf die Empfindlichkeit des Anodenstroms zum Strom durch das Filament (und damit die Filamenttemperatur). Es war Jahre später so John Ambrose Fleming angewendet die korrigierende Eigenschaft des Edison -Effekts auf Erkennung von Funksignalen als Verbesserung gegenüber dem Magnetdetektor.[13]

Die Verstärkung durch Vakuumröhre wurde nur mit praktisch mit Lee de Forest's 1907 Erfindung des Dreier-terminalen "Audion"Röhre, eine grobe Form dessen, was das werden sollte Triode.[14] Im Wesentlichen der erste elektronische Verstärker sein,[15] Solche Röhrchen waren maßgeblich an der Fernie (wie der ersten Telefonleitung an der Küste in den USA) und in den USA beteiligt) öffentliche Adresssystemeund führte eine weit überlegene und vielseitige Technologie für den Einsatz in Funksendern und Empfängern ein. Die Elektronikrevolution des 20. Jahrhunderts begann wohl mit der Erfindung des Trioden -Vakuumrohrs.

Dioden

Flemings erste Dioden

Am Ende des 19. Jahrhunderts befand sich Radio oder drahtlose Technologie in einem frühen Entwicklungsstadium und der Marconi Company war mit der Entwicklung und Konstruktion von Funkkommunikationssystemen beschäftigt. Guglielmo Marconi ernannter englischer Physiker John Ambrose Fleming als wissenschaftlicher Berater im Jahr 1899. Fleming war als wissenschaftlicher Berater von Edison Telefon (1879) als wissenschaftlicher Berater bei Edison Electric Light (1882) beauftragt und war auch technischer Berater für Edison-Swan.[16] Einer der Bedürfnisse von Marconi war die Verbesserung der Detektor. Marconi hatte eine entwickelt Magnetdetektor, was weniger auf natürliche Quellen der Funkfrequenzstörung reagierte als die KohärerAber der Magnetdetektor lieferte einem Telefonempfänger nur ein Audiofrequenzsignal. Ein zuverlässiger Detektor, der ein Druckinstrument antreiben konnte, war erforderlich. Infolge von Experimenten an Edison -Effekt -Glühbirnen,,[13] Fleming entwickelte ein Vakuumröhrchen, das er als als bezeichnete Schwingungsventil Weil es Strom nur in eine Richtung übergab.[17] Die Kathode war ein Carbon -Lampen -Filament, das durch den Strom durch sie erhitzt wurde und die thermionische Elektronenemission erzeugte. Elektronen, die von der Kathode emittiert worden waren Teller (Anode) Wenn sich die Platte in Bezug auf die Kathode in einer positiven Spannung befand. Elektronen konnten nicht in die umgekehrte Richtung gehen, da die Platte nicht erhitzt und nicht zur thermionischen Elektronenemission in der Lage war. Fleming reichte im November 1904 in Großbritannien ein Patent für diese Röhren ein, das der Marconi Company in Großbritannien zugewiesen wurde. Dieses Patent wurde im September 1905 herausgegeben.[18] Später als Flemingventil bekannt, wurde das Schwingungsventil entwickelt, um den Funkfrequenzstrom als Detektorkomponente der Funkempfängerschaltungen zu korrigieren.[13][19]

Während der elektrischen Empfindlichkeit von keinen Vorteil bietet Kristalldetektoren,[20] Das Flemenventil bot einen Vorteil, insbesondere bei der Verwendung von Shipboard, über die Schwierigkeit der Einstellung des Kristalldetektors und der Anfälligkeit des Kristalldetektors, durch Schwingung oder Stoß von der Einstellung durch die Einstellung abgelöst zu werden.[21]

Die ersten Vakuumrohrdioden, die für die Anwendung der Gleichrichter in Stromversorgungsschaltungen entwickelt wurden, wurden im April 1915 von eingeführt Saul Dushman von General Electric.[22][23]

Triodes

Die erste Triode, der De -Wald Audion, 1906 erfunden
Triodes, als sie sich über 40 Jahre der Rohrherstellung entwickelten, von RE16 im Jahr 1918 bis zu einem Miniaturröhrchen der 1960er Jahre
Triodensymbol. Von oben nach unten: Platte (Anode), Steuerraster, Kathode, Heizung (Filament)

Ursprünglich war die einzige Verwendung für Röhrchen in Funkschaltungen für Berichtigung, nicht Verstärkung. Im Jahr 1906, Robert von Lieben ein Patent eingereicht[24] Für ein Kathodenstrahlröhre die magnetische Ablenkung beinhaltete. Dies könnte zur Verstärkung von Audiosignalen verwendet werden und war für die Verwendung in Telefonieausrüstung gedacht. Er würde später helfen, die zu verfeinern Triode Vakuumröhre.

Jedoch, Lee de Forest wird 1907 die Erfindung des Triodrohrs zugeschrieben, während er experimentiert, um sein Original zu verbessern (Diode) Audion.[25] Durch Platzieren einer zusätzlichen Elektrode zwischen dem Filament (Kathode) und Teller (Anode) entdeckte er die Fähigkeit des resultierenden Geräts, Signale zu verstärken. Wie die auf die angewendete Spannung Steuerraster (oder einfach "Raster") wurde von der Spannung der Kathoden auf etwas negativere Spannungen gesenkt, die Menge des Stroms vom Filament auf die Platte würde reduziert. Das durch das Netz in der Nähe der Kathode erzeugte negative elektrostatische Feld würde den Durchgang emittierter Elektronen hemmen und den Strom auf die Platte reduzieren. Mit der Spannung des Netzes weniger als das der Kathode, konnte kein Gleichstrom von der Kathode zum Netz verlaufen.

Daher könnte eine Spannungsänderung, die auf das Netz angewendet wird und ein sehr wenig Stromeingang in das Netz erfordert, eine Änderung des Plattenstroms vornehmen und zu einer viel größeren Spannungsänderung an der Platte führen. Das Ergebnis war Spannung und Leistung Verstärkung. 1908 wurde De Forest ein Patent gewährt (US -Patent 879.532) Für eine solche Drei-Elektroden-Version seines ursprünglichen Audion zur Verwendung als elektronischer Verstärker in der Funkkommunikation. Dies wurde schließlich als Triode bekannt.

General Electric Company Pliotron, Wissenschaftsgeschichte Institut

Das ursprüngliche Gerät von De Forest wurde mit herkömmlicher Vakuumtechnologie hergestellt. Das Vakuum war kein "hartes Vakuum", sondern hinterließ eine sehr kleine Menge an Restgas. Die Physik hinter dem Betrieb des Geräts wurde ebenfalls nicht festgelegt. Das Restgas würde ein blaues Glühen (sichtbare Ionisation) verursachen, wenn die Plattenspannung hoch war (über etwa 60 Volt). 1912 brachte de Forest den Audion nach Harold Arnold in der Ingenieurabteilung von AT & T. Arnold empfahl, das Patent zu kaufen, und AT & T folgte seiner Empfehlung. Arnold entwickelte Hochvakuum-Röhrchen, die im Sommer 1913 im Langstreckennetz von AT & T getestet wurden.[26] Die Hochvakuumröhrchen könnten ohne blaues Glühen bei hohen Plattenspannungen funktionieren.

Finnischer Erfinder Eric Tigerstedt signifikant verbessert das ursprüngliche Triodendesign im Jahr 1914, während er an seinem arbeitete Sound-on-Film Prozess in Berlin, Deutschland. Tigerstedts Innovation bestand darin, die Elektroden mit der Kathode im Zentrum konzentrische Zylinder zu machen und so die Sammlung emittierter Elektronen an der Anode erheblich zu erhöhen.[27]

Irving Langmuir Bei der General Electric Forschungslabor (Schenectady, New York) hatte sich verbessert Wolfgang Gaede's Hochvakuumdiffusionspumpe und benutzte es, um die Frage der thermionischen Emission und Leitung in einem Vakuum zu regeln. Infolgedessen begann General Electric 1915 mit der Herstellung von harten Vakuumtriodes (mit Pliotrons Marken) zu produzieren.[28] Langmuir patentierte die harte Vakuum -Triode, aber de Forest und AT & T behaupteten erfolgreich Priorität und haben das Patent ungültig.

Pliotrons folgte eng von dem französischen Typ 'Tm'und später der englische Typ' R ', der 1916 vom alliierten Militär weit verbreitet war µPA bis 10 npa (8)×10–8 Torr bis 8×10–11Torr).[29]

Die Triode und ihre Derivate (Tetrodes und Pentoden) sind Transkonduktanz Geräte, bei denen das auf das Netz angelegte Steuersignal a ist Stromspannungund das resultierende amplifizierte Signal, das an der Anode erscheint, ist a aktuell.[30] Vergleichen Sie dies mit dem Verhalten der Bipolar -Junction -Transistor, in dem das Steuersignal ein Strom ist und der Ausgang auch ein Strom ist.

Für Vakuumrohre, Transkonduktanz oder gegenseitige Leitfähigkeit (gm) ist definiert als die Änderung der Platte (Anode)/Kathodenstrom geteilt durch die entsprechende Änderung des Gitters zur Kathodenspannung mit einer konstanten Platte (Anode) zur Kathodenspannung. Typische Werte von gm Für ein kleiner Signal-Vakuumröhrchen sind 1 bis 10 Millisiemens. Es ist einer der drei 'Konstanten' eines Vakuumrohr Rp oder Ra. Die Van der Bijl -Gleichung definiert ihre Beziehung wie folgt:

Das nichtlineare Betriebsmerkmal der Triode führte dazu, dass frühe Rohr-Audioverstärker bei niedrigen Volumina eine harmonische Verzerrung aufweisen. Auf dem Plattenstrom in Abhängigkeit von der angelegten Gitterspannung wurde festgestellt, dass es einen Bereich von Gitterspannungen gab, für die die Übertragungseigenschaften ungefähr linear waren.

Um diesen Bereich zu verwenden, musste eine negative Vorspannung auf das Netz angewendet werden, um die zu positionieren DC Betriebspunkt in der linearen Region. Dies wurde als Leerlaufbedingung und der Plattenstrom an diesem Punkt als "Leerlaufstrom" bezeichnet. Die Steuerspannung wurde auf die Vorspannung überlagert, was zu einer linearen Variation des Plattenstroms als Reaktion auf eine positive und negative Variation der Eingangsspannung um diesen Punkt führte.

Dieses Konzept heißt Gitterverzerrung. Viele frühe Radio-Sets hatten eine dritte Batterie namens "C-Batterie" (nicht mit dem heutigen Tag zu tun C -Zelle, für den der Brief seine Größe und Form bezeichnet). Das positive Terminal der C -Batterie wurde an die Kathode der Röhrchen (oder "gemahlen" in den meisten Schaltungen) angeschlossen und deren negative Anschluss diese Vorspannung der Röhrchen lieferte.

Spätere Schaltungen, nachdem Röhrchen mit Heizungen aus ihren Kathoden isoliert wurden, verwendet wurden KathodenverzerrungVermeidung der Notwendigkeit einer separaten negativen Stromversorgung. Bei der Kathodenverzerrung ist ein relativ niedriger Wert zwischen Kathode und Masse verbunden. Dies macht die Kathode positiv in Bezug auf das Netz, das im Bodenpotential für DC liegt.

Die B -Batterien wurden jedoch weiterhin in einige Geräte einbezogen, selbst wenn die Batterien "A" und "B" durch Strom aus den Wechselstromküsten ersetzt worden waren. Das war möglich, weil es im Wesentlichen keine aktuelle Auslosung auf diese Batterien gab; Sie könnten also viele Jahre lang (oft länger als alle Röhren) dauern, ohne Ersatz zu erfordern.

Wenn Triodes erstmals bei Funksendern und Empfängern verwendet wurden, wurde festgestellt, dass die abgestimmten Verstärkungsstadien die Neigung zum Oszillieren hatten, es sei denn, ihr Gewinn war sehr begrenzt. Dies war auf die parasitäre Kapazität zwischen der Platte (Ausgang des Verstärkers) und dem Kontrollgitter (der Eingang des Verstärkers) zurückzuführen Miller -Kapazität.

Schließlich die Technik von Neutralisation wurde entwickelt, wobei der mit der Platte angeschlossene RF -Transformator (Anode) eine zusätzliche Wicklung in der gegenüberliegenden Phase enthalten würde. Diese Wicklung würde durch einen kleinen Kondensator wieder an das Raster angeschlossen, und wenn sie richtig eingestellt werden, würde die Müller -Kapazität abgebrochen. Diese Technik wurde angewendet und zum Erfolg der Neutrodyne Radio in den 1920er Jahren. Die Neutralisation erforderte jedoch eine sorgfältige Anpassung und erwies sich als unbefriedigend, wenn sie über einen weiten Bereich von Frequenzen verwendet wurden.

Tetrodes und Pentoden

Tetrodensymbol. Von oben nach unten: Platte (Anode), Bildschirmgitter, Steuergitter, Kathode, Heizung (Filament).

Um die Stabilitätsprobleme der Triode als Funkfrequenzverstärker aufgrund der Kapazität von Gitter zu Platten zu bekämpfen, der Physiker Walter H. Schottky erfand die Tetrode oder Bildschirmrasterrohr 1919.[31] Er zeigte, dass die Zugabe eines elektrostatischen Schildes zwischen dem Kontrollgitter und der Platte das Problem lösen konnte. Dieses Design wurde von Hull und Williams verfeinert.[32] Das zusätzliche Netz wurde als das bekannt Bildschirmnetz oder Schildnetz. Das Bildschirmnetz wird mit einer positiven Spannung signifikant geringer als die Plattenspannung betrieben und es ist umgangen mit einem Kondensator mit geringer Impedanz bei den zu verstärkten Frequenzen.[33] Diese Anordnung entkoppelt den Teller und die im Wesentlichen SteuerrasterBeseitigung der Notwendigkeit einer Neutralisierung der Schaltkreise bei Mittelwellen -Sendungsfrequenzen. Das Bildschirmgitter reduziert auch weitgehend den Einfluss der Plattenspannung auf die Raumladung in der Nähe der Kathode, wodurch die Tetrode eine größere Spannungsverstärkung als die Triode in Verstärkerschaltungen erzeugt. Während die Amplifikationsfaktoren typischer Triodes üblicherweise zwischen zehn bis rund 100 liegen, sind Tetrodenamplifikationsfaktoren von 500 häufig. Infolgedessen wurden höhere Spannungsgewinne aus einer einzelnen Rohrverstärkungsstufe möglich, was die Anzahl der erforderlichen Röhrchen verringert. Ende 1927 wurden die Röhren von Bildschirmen auf den Markt gebracht.[34]

Der nützliche Betriebsbereich des Bildschirmgitterrohrs (Tetrode) als Verstärker ist auf Anodenpotentiale in den geraden Teilen der charakteristischen Kurven beschränkt, die größer sind als das Bildschirmgitterpotential.

Der nützliche Betriebsbereich des Bildschirmgitterrohrs als Verstärker war jedoch auf Plattenspannungen beschränkt, die größer sind sekundäre Emission Aus der Teller. In jedem Rohr treten Elektronen die Platte mit ausreichender Energie auf, um die Elektronenemission von ihrer Oberfläche zu verursachen. In einer Triode ist diese sekundäre Elektronenemission nicht wichtig, da sie einfach von der Platte wieder aufgenommen werden. In einer Tetrode können sie jedoch vom Bildschirmnetz erfasst werden, da es sich auch in einer positiven Spannung befindet, die sie aus dem Plattenstrom raubt und die Verstärkung des Rohrs verringert. Da sekundäre Elektronen über einen bestimmten Bereich von Plattenspannungen über die Primärelektronen überlegen sind, kann der Plattenstrom mit zunehmender Plattenspannung abnehmen. Dies ist das Dynatron -Region[35] oder Tetrode Kink und ist ein Beispiel für negativer Widerstand das kann selbst Instabilität verursachen.[36] Eine weitere unerwünschte Folge der sekundären Emission ist, dass der Screenstrom erhöht wird, was dazu führen kann, dass der Bildschirm seine Leistungsbewertung überschreitet.

Der ansonsten unerwünschte negative Widerstandsbereich der Plattencharakteristik wurde mit dem genutzt Dynatronoszillator Schaltung, um einen einfachen Oszillator zu erzeugen, der nur die Verbindung der Platte zu einem Resonanz erfordert LC -Schaltung zu schwingen. Der Dynatron -Oszillator, der nach dem gleichen Prinzip des negativen Widerstands wie das betrieben wurde Tunneldiode Oszillator viele Jahre später.

Der Dynatron -Bereich des Bildschirmgitterröhrchen Pentode. Das Suppressor -Gitter der Pentode wurde normalerweise mit der Kathode und ihrer negativen Spannung relativ zu den abgestoßenen sekundären Elektronen der Anode verbunden, sodass sie von der Anode anstelle des Bildschirmgitters gesammelt werden. Der Begriff Pentode bedeutet, dass das Röhrchen fünf Elektroden hat. Der Pentode wurde 1926 von erfunden Bernard D. H. Tellegen[37] und wurde im Allgemeinen gegenüber der einfachen Tetrode bevorzugt. Pentoden werden in zwei Klassen hergestellt: diejenigen mit dem internen Suppressorgitter, der intern an die Kathode verkabelt wird (z. B. EL84/6BQ5), und diejenigen mit dem Suppressor -Gitter, die an einen separaten Pin für den Benutzerzugriff verkabelt wurden (z. B. 803, 837). Eine alternative Lösung für Stromanwendungen ist die Strahltetrode oder Strahlstromrohr, nachfolgend diskutiert.

Multifunktions- und Multisektionsrohre

Der Pentagrid -Konverter enthält fünf Gitter zwischen der Kathode und der Platte (Anode)

Superheterodyne -Empfänger erfordern a Lokaler Oszillator und Rührgerät, kombiniert in der Funktion eines einzelnen Pentagrid -Konverter Rohr. Verschiedene Alternativen wie die Verwendung einer Kombination von a Triode mit einer Hexode und sogar an Oktode wurden zu diesem Zweck verwendet. Die zusätzlichen Netze umfassen Kontrollgitter (bei einem niedrigen Potential) und Bildschirmgitter (bei einer Hochspannung). Viele Designs verwenden ein solches Bildschirmnetz als zusätzliche Anode, um Feedback für die Oszillatorfunktion zu erhalten, deren Strom das des eingehenden Radiosfrequenzsignals ergänzt. Der Pentagrid -Konverter wurde somit in AM -Empfängern häufig verwendet, einschließlich der Miniaturröhrenversion des "Alle American Five"Oktoden wie der 7A8 wurden in den USA selten verwendet, aber in Europa viel häufiger, insbesondere in batteriebetriebenen Radios, bei denen der niedrigere Stromverbrauch von Vorteil war.

Um die Kosten und Komplexität von Funkgeräten weiter zu senken Multisektionsrohr. Ein frühes Beispiel ist das Loewe 3nf. Dieses Gerät aus den 1920er Jahren verfügt über drei Triodes in einem einzigen Glasumschlag zusammen mit allen festen Kondensatoren und Widerständen, die für einen vollständigen Funkempfänger erforderlich sind. Da das Loewe -Set nur einen Röhrchen -Sockel hatte, konnte es den Wettbewerb erheblich unterbieten, da in Deutschland die staatliche Steuer durch die Anzahl der Sockets erhoben wurde. Die Zuverlässigkeit wurde jedoch beeinträchtigt und die Produktionskosten für das Röhrchen waren viel größer. In gewisser Weise waren diese mit integrierten Schaltungen ähnlich. In den Vereinigten Staaten produzierte Cleartron kurz die "Multivalve" Triple Triode für den Emerson Baby Grand Receiver. Dieses Emerson-Set hat auch eine einzelne Röhrenbuchse, aber da er eine Basis mit vier Pin verwendet, werden die zusätzlichen Elementverbindungen auf einer "Mezzanin" -Plattform oben auf der Rohrbasis hergestellt.

Bis 1940 waren die Multisektionsrohre alltäglich geworden. Es gab jedoch Einschränkungen aufgrund von Patenten und anderen Lizenzüberlegungen (siehe British Valve Association). Einschränkungen aufgrund der Anzahl der externen Stifte (Leads) zwangen die Funktionen häufig, einige dieser externen Verbindungen wie ihre Kathodenverbindungen (zusätzlich zur Heizungsverbindung) zu teilen. Der RCA -Typ 55 ist a Doppeldioden -Triode als Detektor verwendet, automatische gewinn Kontrolle Gleichrichter und Audio Vorverstärker In frühen Wechselstromfunkgeräten. Diese Sets enthalten häufig die 53 Dual -Triode -Audioausgabe. Eine weitere frühe Art von Mehrwertrohr, die, die 6SN7, ist eine "Dual -Triode", die die Funktionen von zwei Triodrohren ausführt und gleichzeitig halb so viel Platz einnimmt und weniger kostet. Das 12AX7 ist eine doppelte "hohe MU" (Hochspannungsverstärkung[38][39][40]) Triode in einem Miniaturgehäuse und wurde in Audiosignalverstärkern, Instrumenten und in großem Umfang verwendet Gitarrenverstärker.

Die Einführung der Miniaturrohrbasis (siehe unten), die mehr als bisher verfügbar ist, ermöglichte es anderen Mehrfachabschnittsrohre, wie die Einführung 6gh8/ECF82 Triode-Pentode, sehr beliebt in Fernsehempfängern. Der Wunsch, noch mehr Funktionen in einen Umschlag aufzunehmen, führte zum General Electric Compactron das hat 12 Stifte. Ein typisches Beispiel, der 6AG11, enthält zwei Triodes und zwei Dioden.

Einige ansonsten konventionelle Röhrchen fallen nicht in Standardkategorien. Die 6ar8, 6jh8 und 6me8 haben mehrere gemeinsame Gitter, gefolgt von einem Paar Strahlablenkung Elektroden, die den Strom auf zwei Anoden ablenken. Sie wurden manchmal als "Blattstrahl" -Röhrchen bekannt und in einigen Farbfernsehgeräten für verwendet Farbe Demodulation. Der ähnliche 7360 war als ausgewogen beliebt SSB (DE) Modulator.

Strahlröhren

Strahlstrahlrohr für die Funkfrequenzanwendung ausgelegt

Ein Strahlstromrohr bildet den Elektronenstrom aus der Kathode in mehrere teilweise kollimierte Strahlen ein niedriges Potential zu erzeugen Platzladung Region zwischen Anode und Bildschirmnetz, um Anode zurückzugeben sekundäre Emission Elektronen an der Anode, wenn das Anodenpotential geringer ist als das des Bildschirmgitters.[41][42] Die Bildung von Strahlen reduziert auch den Siebgitterstrom. In einigen zylindrisch symmetrischen Strahlstrom -Röhrchen besteht die Kathode aus schmalen Streifen emittierender Materials, die mit den Öffnungen des Kontrollgitters ausgerichtet sind, wodurch der Kontrollnetzstrom reduziert wird.[43] Dieses Design hilft, einige der praktischen Hindernisse für die Gestaltung von Stromröhren mit hoher Leistung und hoher Effizienz zu überwinden.

Die Datenblätter des Herstellers verwenden die Begriffe häufig Strahl Pentode oder Strahlleistung Pentode Anstatt von Strahlstromrohrund verwenden Sie ein Pentode -Grafiksymbol anstelle eines grafischen Symbols, das Strahlforschungsplatten zeigt.[44]

Balkenröhrchen bieten die Vorteile einer längeren Lastlinie, weniger Bildschirmstrom, höherer Transkonduktanz und niedrigerer harmonischer Verzerrung als vergleichbare Leistungsstärke.[45][46] Strahlröhren können als Triodes für eine verbesserte Audio -Tonqualität angeschlossen werden, liefern jedoch im Tridenmodus eine erheblich verringerte Leistung.[47]

Gas gefüllte Röhrchen

Gas gefüllte Röhrchen wie zum Beispiel Abflussrohre und kalte Kathode Röhrchen sind nicht schwer Vakuumröhrchen werden jedoch immer mit Gas mit weniger als Meeresspiegel-Atmosphärendruck gefüllt. Typen wie die Spannungs-Regulierungsröhre und Thyratron ähneln harte Vakuumröhrchen und passen Sie in Steckdosen, die für Vakuumröhrchen ausgelegt sind. Ihr unverwechselbares orange, rotes oder lila Leuchten während des Betriebs zeigt das Vorhandensein von Gas an; Elektronen, die in einem Vakuum fließen, erzeugen kein Licht in diesem Bereich. Diese Typen können weiterhin als "Elektronenrohre" bezeichnet werden, da sie elektronische Funktionen ausführen. Hochleistungsrichter verwenden Merkur Dampf, um einen niedrigeren Vorwärtsspannungsabfall zu erreichen als mit hohem Vakuumröhrchen.

Miniaturröhrchen

Miniaturröhre (rechts) im Vergleich zum älteren Oktalstil. Nicht einschließlich Stifte, das größere Röhrchen, ein 5U4GB, ist 93 mm hoch mit a 35 mm Durchmesserbasis, während der kleinere, 9-polige 12AX7, ist 45 mm hoch und 20,4 mm im Durchmesser.
Subminiatur CV4501 -Röhre (SQ -Version von EF72), 35 mm lang x 10 mm Durchmesser (ohne Leads)

Frühe Röhrchen verwendeten eine Metall- oder Glashülle auf einem Isolier Bakelit Base. 1938 wurde eine Technik entwickelt, um eine All-Glas-Konstruktion zu verwenden[48] mit den Stiften im Glasbasis des Umschlags. Dies wurde für die Konstruktion einer viel kleineren Röhrentleine verwendet, die als Miniaturröhre bezeichnet wird und sieben oder neun Stifte. Das Herstellen von Röhren reduzierte die Spannung, wo sie sicher arbeiten konnten, und reduzierte auch die Stromversorgung des Filaments. Miniaturröhren wurden bei Verbraucheranwendungen wie Funkempfänger und Hi-Fi-Verstärker vorherrschend. Die größeren älteren Stile wurden jedoch weiterhin als höhere Stromversorgung verwendet Gleichrichter, in höheren Audioausgangsstufen und als Sendungsrohre.

Subminiaturröhrchen

RCA 6DS4 "Nuvistor" Triode, c. 20 mm hoch durch 11 mm Durchmesser

Subminiaturrohre mit einer Größe von ungefähr einer halben Zigarette wurden in Verbraucheranwendungen als Hördiagrammverstärker verwendet. Diese Röhrchen hatten keine Stifte, die in eine Steckdose verstopften, aber an Ort und Stelle gelötet wurden. Das "Eichelrohr"(genannt aufgrund seiner Form) war ebenso sehr klein, ebenso wie das Metall-CA-RCA Nuvistor ab 1959 ungefähr so ​​groß wie a Fingerhut. Der Nuvistor wurde entwickelt, um mit den frühen Transistoren zu konkurrieren, und arbeitete mit höheren Frequenzen als diese frühen Transistoren. Die geringe Größe, die besonders hochfrequent unterstützt wird; Nuvistoren wurden in Flugzeugfunktransceiver eingesetzt, Uhf Fernsehtuner und einige HiFi-FM-Radio-Tuner (SANSUI 500A), bis sie durch hochfrequent-fähige Transistoren ersetzt wurden.

Verbesserungen in Konstruktion und Leistung

Kommerzielle Verpackung für Vakuumröhrchen, die in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts verwendet werden, einschließlich Kisten für einzelne Röhrchen (unten rechts), Ärmel für Reihen der Kisten (links) und Taschen, die kleinere Röhrchen beim Kauf durch ein Geschäft einbringen (oben Rechts)

Die frühesten Vakuumröhrchen ähnelten stark Glühbirnen und wurden von Lampenherstellern hergestellt, die die Ausrüstung hatten, die für die Herstellung von Glasumschlägen und die benötigt wurden, und die Vakuumpumpen erforderlich, um die Gehäuse zu evakuieren. de Forest verwendet Heinrich Geissler's Quecksilberverschiebungspumpe, die einen Teil zurückließ Vakuum. Die Entwicklung der Diffusionspumpe im Jahr 1915 und Verbesserung von Irving Langmuir führte zur Entwicklung von Röhrchen mit hohem Vakuum. Nach dem Ersten Weltkrieg wurden spezialisierte Hersteller, die wirtschaftlichere Baumethoden anwenden, eingerichtet, um die wachsende Nachfrage nach Broadcast -Empfängern zu erfüllen. Bare Wolframdfilamente bei einer Temperatur von etwa 2200 ° C betrieben. Die Entwicklung von oxidbeschichteten Filamenten Mitte der 1920er Jahre reduzierte das Filament Betriebstemperatur zu einer stumpfen roten Wärme (etwa 700 ° C), was wiederum die thermische Verzerrung der Rohrstruktur verringerte und einen engeren Abstand der Rohrelemente ermöglichte. Dies wiederum verbesserte die Rohrverstärkung, da der Verstärkung einer Triode umgekehrt proportional zum Abstand zwischen Gitter und Kathode ist. Bare Wolframdfilamente bleiben in kleinen Sendungsrohre verwendet, sind jedoch spröde und tendieren dazu, bei grobem Handwerk zu brechen. in den Postdiensten. Diese Röhren eignen sich am besten für stationäre Geräte, bei denen keine Auswirkungen und Vibrationen vorhanden sind.

Indirekt beheizte Kathoden

Der Wunsch, elektronische Geräte mithilfe von Wechselstromstromkräften zu versorgen, hatte eine Schwierigkeit in Bezug auf das Stromversetzen der Filamente der Röhrchen, da diese auch die Kathode jedes Röhrchens waren. Einschalten der Filamente direkt von a Leistungstransformator Einführte Hauptfrequenz (50 oder 60 Hz) Hum in Audiophasen. Die Erfindung der "Equipotential Cathode" reduzierte dieses Problem, wobei die Filamente durch eine ausgewogene Wechselstromtransformatorwicklung mit einem geerdeten Mittellapfer mit Strom versorgt wurden.

Eine überlegene Lösung, die es jeder Kathode ermöglichte, bei einer anderen Spannung zu "schweben", war die des indirekt erhitzten Kathode: Ein Zylinder aus oxidbeschichtetem Nickel fungierte als elektronenempfindliche Kathode und wurde elektrisch aus dem Filament in der Inneren isoliert . Indirekt erhitzte Kathoden ermöglichen, dass der Kathodenkreis vom Heizkreis getrennt werden kann. Das Filament, das nicht mehr elektrisch an die Elektroden des Rohrs angeschlossen war, wurde einfach als "Heizung" bekannt und konnte ebenfalls ohne Einführung von Brummen durch AC angetrieben werden.[49] In den 1930er Jahren wurden indirekt beheizte Kathodenrohre in der Ausrüstung mit Wechselstrom weit verbreitet. Direkt beheizte Kathodenrohre waren weiterhin in batteriebetriebenen Geräten weit verbreitet, da ihre Filamente erheblich weniger Leistung benötigten als die Heizungen, die bei indirekt beheizten Kathoden erforderlich waren.

Röhrchen, die für Audioanwendungen mit hoher Verstärkung ausgelegt sind, haben möglicherweise verdrehte Heizkabel, um streunende elektrische Felder abzubrechen, Felder, die in das Programmmaterial zu beanstandet werden können.

Heizungen können entweder mit abwechselndem Strom (AC) oder Direktstrom (DC) mit Energie versorgt werden. DC wird oft dort verwendet, wenn niedriges Brummen erforderlich ist.

Verwendung in elektronischen Computern

Die 1946 Eniac Computer verwendete 17.468 Vakuumröhrchen und konsumiert 150 kW von Macht

Vakuumröhrchen, die als Schalter verwendet wurden, machten zum ersten Mal elektronisches Computer möglich, aber die Kosten und relativ kurz mittlere Zeit bis zum Ausfall Röhrchen waren einschränkende Faktoren.[50] "Die gemeinsame Weisheit war, dass Ventile - wie Glühbirnen ein heißes leuchtendes Filament enthielten - niemals in großer Zahl zufriedenstellend eingesetzt werden konnten, denn sie waren unzuverlässig, und in einer großen Installation würden zu viele in zu kurzer Zeit zu viel versagen."[51] Tommy Blumen, der später entwarf Koloss, "entdeckte, dass, solange die Ventile eingeschaltet und eingeschaltet wurden, zuverlässig für sehr lange Zeiträume arbeiten konnten, insbesondere wenn ihre" Heizungen "auf einem reduzierten Strom geführt wurden".[51] 1934 baute Blüten eine erfolgreiche experimentelle Installation mit über 3.000 Röhren in kleinen unabhängigen Modulen; Als ein Röhrchen fehlschlug, war es möglich, ein Modul auszuschalten und die anderen am Laufen zu halten, wodurch das Risiko verringert wurde, dass ein anderer Rohrversagen verursacht wurde. Diese Installation wurde von der akzeptiert Post (die Telefonbörsen betrieben). Blumen waren auch ein Pionier der Verwendung von Röhren als sehr schnell (im Vergleich zu elektromechanischen Geräten) elektronische Schalter. Spätere Arbeiten bestätigten, dass die Unzuverlässigkeit von Röhren kein so schwerwiegendes Problem war, wie allgemein angenommen wurde. die 1946 Eniachatte mit über 17.000 Röhrchen durchschnittlich alle zwei Tage einen Rohrausfall (der 15 Minuten dauerte, bis sie gefunden wurden). Die Qualität der Röhren war ein Faktor, und die Ablenkung von Fachkräften während des Zweiten Weltkriegs senkte die allgemeine Qualität der Röhren.[52] Während des Krieges war Colossus maßgeblich am Brechen deutscher Codes beteiligt. Nach dem Krieg wurde die Entwicklung mit röhrenbasierten Computern, einschließlich militärischer Computer, fortgesetzt Eniac und Wirbelwind, das Ferranti Mark 1 (einer der ersten im Handel erhältlichen elektronischen Computer) und Univac iauch im Handel erhältlich.

Zu den Fortschritten mit Subminiaturröhren gehörten die JainComp -Serie von Maschinen, die von der Jacobs Instrument Company in Bethesda, Maryland, hergestellt wurden. Modelle wie sein JainComp-B verwendeten nur 300 solcher Röhren in einer Desktop-Größe, die die Leistung anbot, um mit vielen der damals in Raumgröße gerichteten Maschinen mithalten zu können.[53]

Koloss

Vakuumröhrchen am Ende in einer Erholung der Ersten Weltkriegszeit zu sehen Colossus Computer bei Bletchley Park, England

Flowers Colossus und sein Nachfolger Colossus MK2 wurden von den Briten während des Zweiten Weltkriegs gebaut, um die Aufgabe, das deutsche hohe Niveau zu brechen, erheblich zu beschleunigen Lorenz -Verschlüsselung. Mit etwa 1.500 Vakuumröhrchen (2.400 für MK2) ersetzte Colossus eine frühere Maschine basierend auf Relais- und Switch -Logik (der Switch -Logik (die Heath Robinson). Colossus war in der Lage, in wenigen Stunden Nachrichten zu brechen, die zuvor mehrere Wochen gedauert hatten. Es war auch viel zuverlässiger.[51] Colossus war die erste Verwendung von Vakuumröhrchen im Konzert arbeiten auf einem so großen Maßstab für eine einzelne Maschine.[51]

Wirbelwind- und "Spezialqualität" -Röhrchen

Schaltkreis von Kernspeichereinheit von Wirbelwind

Um die Zuverlässigkeitsanforderungen des US-amerikanischen US-amerikanischen Computer-Whirlwinds von 1951 zu erfüllen, wurden "Spezialqualität" -Röhrchen mit längerer Lebensdauer und insbesondere eine lang anhaltende Kathode hergestellt. Das Problem der kurzen Lebensdauer war weitgehend auf die Verdunstung von Silizium, verwendet in der Wolfram Legierung, damit der Heizungsdraht leichter zu zeichnen ist. Das Silizium bildet sich Barium Orthosilikat an der Schnittstelle zwischen der Nickelhülle und der Kathode Bariumoxid Glasur.[7]: 301 Diese "Kathodenschnittstelle" ist eine hochrangige Schicht (mit einer parallelen Kapazität), die den Kathodenstrom erheblich reduziert, wenn das Rohr in den Leitungsmodus umgestellt wird.[54]: 224 Eliminierung von Silizium aus der Heizungsdrahtlegierung (und häufigerer Austausch der Kabel Zeichnung stirbt) erlaubte die Produktion von Röhren, die für das Whirlwind -Projekt zuverlässig genug waren. Hoher Purity-Nickelrohre und Kathodenbeschichtungen frei von Materialien wie z. Silikate Und Aluminium, das den Emissionsgrad verringern kann, trägt auch zur langen Kathodenlebensdauer bei.

Das erste derartige "Computerrohr" war Sylvania's 7ak7 Pentode von 1948 (diese ersetzten den 7AD7, der eine bessere Qualität als der Standard -6AG7 sein sollte, sich jedoch als zu unzuverlässig erwies).[55]: 59 Computer waren die ersten Rohrgeräte, die Röhrchen beim Cutoff (genügend negative Gitterspannung, um sie zu leiten) für ziemlich verlängerte Zeiträume auszuführen. Das Laufen in Cutoff mit der Heizung bei Beschleunigungen der Kathodenvergiftung und der Ausgangsstrom des Rohrs wird bei der Umschaltung in den Leitungsmodus stark reduziert.[54]: 224 Die 7AK7 -Röhrchen verbesserten das Problem der Kathodenvergiftung, aber das allein war nicht ausreichend, um die erforderliche Zuverlässigkeit zu erreichen.[55]: 60 Weitere Maßnahmen waren das Ausschalten der Heizungsspannung, wenn die Röhrchen nicht über längere Zeiträume geleitet wurden, und das Ein- und Ausschalten der Heizungsspannung mit einer langsamen Rampe, um sie zu vermeiden thermischer Schock auf dem Heizelement,[54]: 226 und Belastbarkeitstest Die Röhrchen während der Offline -Wartungsperioden, um ein frühes Versagen schwacher Einheiten zu erreichen.[55]: 60–61

Die für Wirbelwind entwickelten Röhrchen wurden später im Riesen verwendet SALBEI Luftverteidigungssystem. In den späten 1950er Jahren war es eine Routine für kleine Signal-Signalröhrchen mit Spezialqualität, die für Hunderttausende von Stunden dauerte, wenn sie konservativ betrieben wurden. Diese erhöhte Zuverlässigkeit machte auch Verstärker mit mittleren Kabeln in U -Boot -Kabel möglich.

Wärmeerzeugung und Kühlung

Die Anode (Platte) dieser überträgenden Triode wurde so konzipiert, dass sie sich aufsetzt 500 w von Hitze

Wenn Röhrchen sowohl aus dem Filament (Heizung) als auch im Elektronenstrom, der die Platte bombardiert, wird eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt. Bei Leistungsverstärkern ist diese Wärmequelle größer als die Kathodenerwärmung. Einige Arten von Röhrchen erlauben den Betrieb mit den Anoden bei einer stumpfen roten Hitze; Bei anderen Typen zeigt rote Wärme eine schwere Überlast an.

Die Anforderungen an die Wärmeentfernung können das Erscheinungsbild von Hochleistungs-Vakuumröhrchen erheblich verändern. Hochleistungs -Audioverstärker und Gleichrichter benötigten größere Umschläge, um Wärme abzulösen. Übertragungsrohre könnten noch viel größer sein.

Wärme entgeht dem Gerät durch Schwarzkörperstrahlung aus der Anode (Platte) als Infrarotstrahlung und durch Konvektion von Luft über der Rohrhülle.[56] Konvektion ist in den meisten Röhren nicht möglich, da die Anode von Vakuum umgeben ist.

Röhrchen, die relativ wenig Wärme erzeugen, wie das 1,4-Volt-Filament direkt erhitzte Röhrchen, die für die Verwendung in batteriebetriebenen Geräten ausgelegt sind, haben häufig glänzende Metallanoden. 1T4, 1R5 und 1A7 sind Beispiele. Gasgefüllte Röhrchen wie z. Thyratrons Kann auch eine glänzende Metallanode verwenden, da das im Röhrchen vorhandene Gas die Wärmekonvektion von der Anode bis zur Glasgehäuse ermöglicht.

Die Anode wird oft behandelt, um ihre Oberfläche mehr Infrarotenergie auszugeben. Hochleistungsverstärkerrohre sind mit externen Anoden ausgelegt, die durch Konvektion, Zwangsluft oder zirkulierendes Wasser abgekühlt werden können. Die wassergekühlten 80 kg, 1,25 MW 8974 gehört zu den größten Handelsröhren, die heute verfügbar sind.

In einem wassergekühlten Röhrchen erscheint die Anodenspannung direkt auf der Kühlwasseroberfläche, wodurch das Wasser ein elektrischer Isolator ist, um Hochspannungslecks durch das Kühlwasser am Kühlersystem zu verhindern. Wasser wie normalerweise geliefert hat Ionen, die Strom leiten; entionisiertes Wasser, ein guter Isolator, ist erforderlich. Solche Systeme haben normalerweise einen eingebauten Wasserleitungsmonitor, der die Hochspannungsversorgung abschließt, wenn die Leitfähigkeit zu hoch wird.

Das Bildschirmnetz kann auch erhebliche Wärme erzeugen. Die Grenzwerte für die Ableitung von Gitter sowie die Plattenableitung werden für Leistungsgeräte aufgeführt. Wenn diese überschritten werden, ist der Röhrenversagen wahrscheinlich.

Rohrpakete

Metallröhrchen mit Oktalbasen
Triodrohr Typ GS-9b; Entwickelt für die Verwendung bei Funkfrequenzen von bis zu 2000 MHz und für eine Anode -Leistungsdissipation von 300 Watt.[57] Der Kühlkörper mit gedämpftem Kühlkörper sorgt für Wärme von Anode zu Luftstrom.

Die meisten modernen Röhren haben Glasumschläge, aber Metall, fusioniertes Quarz (Kieselsäure) und Keramik wurden auch verwendet. Eine erste Version des 6L6 verwendete eine mit Glasperlen versiegelte Metallhülle, während in späteren Versionen eine mit dem Metall fusionierte Glasscheibe verwendet wurde. Metall und Keramik werden fast ausschließlich für Leistungsröhrchen über 2 kW -Dissipation verwendet. Das Nuvistor war ein modernes Empfangsrohr mit einem sehr kleinen Metall- und Keramikpaket.

Die internen Elemente von Röhrchen wurden immer an externe Schaltkreise über Stifte an ihrer Basis angeschlossen, die in eine Steckdose stecken. Subminiaturröhrchen wurden unter Verwendung von Drahtkabel und nicht mit Steckdosen hergestellt. Diese waren jedoch auf eher spezialisierte Anwendungen beschränkt. Zusätzlich zu den Verbindungen an der Basis des Rohrs verbanden viele frühe Triodes das Netz mit einer Metallkappe am oberen Ende des Rohrs. Dies reduziert den Streuner Kapazität Zwischen dem Gitter und der Platte führt. Rohrkappen wurden auch für die Plattenverbindung (Anoden) verwendet, insbesondere in Sendelöhren und Röhrchen unter Verwendung einer sehr hohen Plattenspannung.

Hochleistungsrohre wie Übertragungsrohre verfügen über Pakete, die mehr zur Verbesserung der Wärmeübertragung entwickelt wurden. In einigen Röhren ist die Metallhülle auch die Anode. Der 4CX1000A ist ein externes Anodenröhrchen dieser Art. Luft wird durch eine Reihe von Flossen geblasen, die an der Anode befestigt sind, wodurch sie abkühlt. Stromröhren mit diesem Kühlschema sind bis zu 150 kW -Dissipation erhältlich. Über diesem Niveau werden Wasser- oder Wasserdampfkühlung verwendet. Das derzeit verfügbare Röhrchen mit höchster Kraft ist die Eimac 4cm2500 kg, eine erzwungene wassergekühlte Leistungstetrode, die 2,5 Megawatt auflösen kann.[58] Im Vergleich dazu kann der größte Stromtransistor nur etwa 1 Kilowatt auflösen.

Namen

Der in Großbritannien verwendete generische Name "[thermionisches] Ventil" stammt aus dem unidirektionalen Strom, der vom frühesten Gerät, der thermionischen Dioden, die Elektronen aus einem erhitzten Filament emittieren, mit einem Nicht-Rückgang aus, die Elektronen aus einem erhitzten Filament emittieren. Ventil in einer Wasserleitung.[59] Die US -Namen "Vakuumrohr", "Elektronenrohr" und "thermionisches Rohr" beschreiben einfach eine röhrenförmige Hülle, die evakuiert wurde ("Vakuum"), einen Heizungsheizung und steuert den Elektronenfluss.

In vielen Fällen gaben Hersteller und das Militär Röhrenbezeichnungen, die nichts über ihren Zweck aussagten (z. B. 1614). In den frühen Tagen verwendeten einige Hersteller proprietäre Namen, die einige Informationen vermitteln könnten, jedoch nur über ihre Produkte. Die KT66 und KT88 waren "Kinkless Tetrodes". Später erhielten Verbraucherschläuche Namen, die einige Informationen übermittelten, wobei der gleiche Name häufig von mehreren Herstellern generell verwendet wurde. In den USA, Radio Electronics Television Manufacturers 'Association (Retma) Bezeichnungen Enthält eine Nummer, gefolgt von ein oder zwei Buchstaben und einer Nummer. Die erste Zahl ist die (abgerundete) Heizungsspannung; Die Buchstaben bezeichnen eine bestimmte Röhre, sagen aber nichts über seine Struktur aus; und die endgültige Zahl ist die Gesamtzahl der Elektroden (ohne zwischen beispielsweise einem Röhrchen mit vielen Elektroden oder zwei Elektrodensätzen in einer einzigen Hülle zu unterscheiden - z. B. einer Doppel -Triode). Zum Beispiel die 12AX7 ist eine doppelte Triode (zwei Sätze von drei Elektroden plus Heizung) mit einer 12,6 -V -Heizung (die, wie es passiert, auch mit 6,3 V angeschlossen werden kann). Die "Axe" hat keine andere Bedeutung, als dieses bestimmte Röhrchen nach ihren Eigenschaften zu bezeichnen. Ähnlich, aber nicht identisch sind Röhrchen die 12AD7, 12AE7 ... 12AT7, 12AU7, 12AV7, 12AW7 (selten!), 12AY7 und 12AZ7.

Ein System, das in Europa, das als das bekannt ist Mullard -Philips -RohrbezeichnungVerwendet auch auf Transistoren einen Brief, gefolgt von einem oder mehreren weiteren Buchstaben und einer Nummer. Der Typ -Bezeichner gibt die Heizungsspannung oder den Strom (ein Buchstaben), die Funktionen aller Abschnitte des Rohrs (ein Buchstaben pro Abschnitt), den Sockeltyp (erste Ziffer) und das bestimmte Rohr (verbleibende Ziffern) an. Beispielsweise ist der ECC83 (äquivalent zum 12AX7) eine 6,3 V (e) Doppeltriode (CC) mit einer Miniaturbasis (8). In diesem System werden Spezialqualitätsrohre (z. B. für die Langzeit-Computerverwendung) durch Verschieben der Nummer unmittelbar nach dem ersten Buchstaben angezeigt: Der E83CC ist ein Spezialqualitätsäquivalent des ECC83, der E55L A Power Pentode ohne Verbraucheräquivalent .

Spezialrohre

Spannungsregulatorrohr im Betrieb. Niedrigdruckgas in Röhrchen leuchtet aufgrund des Stromflusses.

Einige Spezialrohre werden mit bestimmten Gasen im Umschlag gebaut. Zum Beispiel, Spannungsregulierungsröhrchen verschiedene Inertgase wie zum Beispiel Argon, Helium oder Neon-, welches wird ionisieren Bei vorhersehbaren Spannungen. Das Thyratron ist ein Spezialrohr mit niedrigem Druckgas oder Quecksilberdampf. Wie Vakuumröhrchen enthält es eine heiße Kathode und eine Anode, aber auch eine Steuerelektrode, die sich etwas wie das Gitter einer Triode verhält. Wenn die Steuerelektrode mit der Leitung beginnt, kann die Gas ionisiert, wonach die Steuerelektrode den Strom nicht mehr stoppen kann. Das Röhrchen "rägt" in die Leitung. Durch das Entfernen von Anoden (Platten-) Spannung können das Gas entionisieren und seinen nicht leitenden Zustand wiederhergestellt.

Einige Thyratrons können große Strömungen für ihre physische Größe tragen. Ein Beispiel ist der Miniatur -Typ 2D21, der oft in den 1950er Jahren zu sehen ist Jukeboxen als Steuerschalter für Relais. Eine Kaltkathode-Version des Thyratrons, die einen Quecksilberpool für seine Kathode verwendet, heißt eine Ignitron; Einige können Tausende von Ampere wechseln. Thyratrons, die Wasserstoff enthalten, haben eine sehr konsistente Zeitverzögerung zwischen ihrem Einschalten und der vollständigen Leitung. Sie verhalten sich sehr wie modern Siliziumkontrollierte Gleichrichter, auch genannt Thyristoren Aufgrund ihrer funktionellen Ähnlichkeit mit Thyratrons. Wasserstoff -Thyratronen werden seit langem bei Radarsendern verwendet.

Ein spezialisiertes Röhrchen ist das Krytron, das zum schnellen Hochspannungsschalter verwendet wird. Krytrons werden verwendet, um die Detonationen zu initiieren, die zum Ausschalten von a Nuklearwaffe; Krytrons werden auf internationaler Ebene stark kontrolliert.

Röntgenröhren werden unter anderem in der medizinischen Bildgebung verwendet. Röntgenröhrchen, die für den Betrieb des kontinuierlichen Dienstes bei Fluoroskopie und verwendet werden CT -Bildgebung Geräte können eine fokussierte Kathode und eine rotierende Anode verwenden, um die großen wärme Mengen zu leiten, die dadurch erzeugt werden. Diese befinden sich in einem mit Öl gefüllten Aluminiumgehäuse, um Abkühlung zu erhalten.

Das Fotomultiplikatorröhre ist ein extrem empfindlicher Lichtdetektor, der das verwendet photoelektrischer Effekt und sekundäre Emissioneher als thermionische Emission, um elektrische Signale zu erzeugen und zu verstärken. Bildgebungsgeräte für nukleare Medizin und Flüssige Zintillationszähler Verwenden Sie Photomultiplierrohr-Arrays, um niedrige Intensität zu erkennen Szintillation wegen ionisierende Strahlung.

Das Ignatron -Röhrchen wurde in den frühen 1970er Jahren in Widerstandsschweißgeräten verwendet. Der Ignatron hatte eine Kathode, einen Anoden und einen Zünder. Die Rohrbasis wurde mit Quecksilber gefüllt und die Röhre wurde als sehr hoher Stromschalter verwendet. Ein großes Strompotential wurde zwischen Anode und Kathode des Rohrs gelegt, durfte jedoch nur dann verhalten, wenn der Zünder in Kontakt mit dem Quecksilber genug Strom hatte, um das Quecksilber zu verdampfen und die Schaltung zu vervollständigen. Da dies beim Widerstandsschweißen verwendet wurde, gab es zwei Ignatronen für die beiden Phasen eines Wechselstromkreises. Aufgrund des Quecksilbers am Boden des Rohrs waren sie äußerst schwer zu versenden. Diese Röhrchen wurden schließlich durch SCRs (Silizium -kontrollierte Gleichrichter) ersetzt.

Röhrchen mit Strom versorgen

Batterien

Batterien vorausgesetzt, die Spannungen, die von Röhren in frühen Funksätzen erforderlich sind. Im Allgemeinen wurden drei verschiedene Spannungen benötigt, wobei drei verschiedene Batterien als als die bezeichneten Batterien verwendet wurden A, B, und C Batterie. Das "Eine Batterie oder LT-Batterie (Niederspannung) die Filamentspannung bereitgestellt. Rohrheizungen wurden für Einzel-, Doppel- oder Dreifachzellen ausgelegt Lead-Säure Batterien, die nominelle Heizungsspannungen von 2 V, 4 V oder 6 V verleihen. In tragbaren Radios wurden manchmal trockene Batterien mit 1,5 oder 1 V -Heizungen verwendet. Die Reduzierung des Filamentverbrauchs verbesserte die Lebensdauer der Batterien. Bis 1955 gegen Ende der Rohrzeit wurden Röhrchen entwickelt, die nur 50 mA bis nur 10 mA für die Heizgeräte entwickelt wurden.[60]

Die auf die Anode (Platte) aufgetragene Hochspannung wurde von der bereitgestellt "B" Batterie oder die HT (Hochspannung) oder Batterie. Diese waren im Allgemeinen von Trockenbatterie Konstruktion und in der Regel in 22,5-, 45-, 67,5-, 90-, 120- oder 135-Volt-Versionen. Nachdem die Verwendung von B-Batterien ausgeschaltet worden war und die entsprechende Linienkraft verwendet wurde, um die von den Röhrenplatten benötigten Hochspannung zu erzeugen. Der größte Teil der restlichen englischsprachigen Welt bezeichnet diese Versorgung nur als HT (hohe Spannung).

Batterien für einen Vakuumrohrkreis. Die C -Batterie wird hervorgehoben.

Frühe Sets verwendeten eine Gittervorspannungsbatterie oder "C" Batterie das war verbunden, um a zu liefern Negativ Stromspannung. Da kein Strom durch die Netzverbindung eines Rohrs fließt, hatten diese Batterien keinen aktuellen Abfluss und dauerten die längste, normalerweise begrenzt durch ihre eigene Haltbarkeit. Die Versorgung der Netzbias -Batterie wurde selten, wenn überhaupt, getrennt, wenn das Radio ansonsten ausgeschaltet wurde. Selbst nachdem Wechselstromversorgungen an der Tagesordnung geworden waren, wurden einige Radio -Sets weiterhin mit C -Batterien gebaut, da sie fast nie ersetzen müssten. Allerdings wurden modernere Schaltungen verwendet KathodenverzerrungBeseitigung der Notwendigkeit einer dritten Stromversorgungsspannung; Dies wurde praktisch bei Röhren unter Verwendung einer indirekten Erwärmung der Kathode und der Entwicklung der Widerstands-/Kondensatorkupplung, die frühere Interstage -Transformatoren ersetzte.

Die "C -Batterie" für die Verzerrung ist eine Bezeichnung, die keinen Zusammenhang mit der "hat"C -Zelle" Batteriegröße.

Wechselstromkraft

Der Batterieersatz war für frühe Funkempfänger -Benutzer wichtige Betriebskosten. Die Entwicklung der Batterie -Eliminatorund 1925, batteriebetlose Empfänger gesteuert von Haushaltsmacht, reduzierte Betriebskosten und trugen zur wachsenden Popularität des Radios bei. EIN Energieversorgung Verwendung einer Transformator mit mehreren Wicklungen, eine oder mehrere Gleichrichter (Was selbst Vakuumröhrchen sein kann) und großer Filter Kondensatoren vorausgesetzt, die erforderlichen Gleichstrom Spannungen aus der Wechselstromquelle.

Als Kostensenkungsmaßnahme, insbesondere bei Verbraucherempfängern mit hohem Volumen, könnten alle Rohrheizungen in Reihe über die Wechselstromversorgung angeschlossen werden, wobei Heizgeräte mit demselben Strom und mit einer ähnlichen Aufwärmzeit erforderlich sind. In einem solchen Design lieferte ein Hahn auf die Rohrheizungskette die 6 Volt, die für das Zifferblattlicht benötigt werden. Durch die Ableitung der Hochspannung von einem halben Wellengleichrichter, der direkt an die Wechselstromkühne angeschlossen war, wurde der schwere und kostspielige Stromtransformator beseitigt. Dies ermöglichte es diesen Empfängern auch, mit gleichem Strom zu arbeiten, ein so genannter AC/DC -Empfängerdesign. Viele verschiedene US -Verbraucher -AM -Funkhersteller der Ära verwendeten einen praktisch identischen Schaltkreis, da der Spitzname Alle American Five.

Wo die Netzspannung im Bereich von 100–120 V war, erwies sich diese begrenzte Spannung nur für Empfänger mit geringer Leistung als geeignet. Fernsehempfänger benötigten entweder einen Transformator oder könnten a verwenden Spannungsverdoppelung Schaltkreis. Wo 230 V nominale Netzspannung verwendet wurde, konnten auch Fernsehempfänger auf einen Power -Transformator abgeben.

Transformator ohne Stromversorgungen erforderten Sicherheitsvorkehrungen in ihrem Design, um die Schockgefahr auf Benutzer zu beschränken, wie z. B. elektrisch isolierte Schränke und ein Verriegelung Das Netzkabel mit dem Schrank zurückbinden, so dass das Linienkabel notwendigerweise getrennt wurde, wenn der Benutzer oder die Dienstleistung den Kabinett öffnete. EIN Betrügerkabel war ein Netzkabel, das in der Spezialstecke endete, die von der Sicherheitsverriegelung verwendet wurde; Die Servicer könnten das Gerät dann mit den gefährlichen Spannungen mitwirken.

Um die Verzögerung des Aufwärmens zu vermeiden, bestanden "Instant on" -Verfernseher einen kleinen Heizstrom durch ihre Röhren, selbst wenn das Set nominell ausgeschaltet war. Beim Einschalten wurde der volle Heizstrom bereitgestellt und das Set würde fast sofort spielen.

Verlässlichkeit

Rohrentester 1930 hergestellt.

Ein Zuverlässigkeitsproblem von Röhrchen mit Oxid -Kathoden ist die Möglichkeit, dass die Kathode langsam werden kann. "vergiftet"Durch Gasmoleküle aus anderen Elementen im Röhrchen, die die Fähigkeit reduzieren, Elektronen zu emittieren Ionisation von freien Gasmolekülen. Vakuum Die Härte und die richtige Auswahl an Baumaterialien sind die Haupteinflüsse auf die Röhrenlebensdauer. Je nach Material, Temperatur und Konstruktion kann das Oberflächenmaterial der Kathode auch auf andere Elemente diffundieren. Die Widerstandsheizungen, die die Kathoden erhitzen können, können in ähnlicher Weise wie Glühlampe Filamente, aber selten, da sie bei viel niedrigeren Temperaturen als Lampen arbeiten.

Der Ausfallmodus des Heizens ist typischerweise eine stressbedingte Fraktur des Wolframdrahtes oder an einem Schweißpunkt und tritt im Allgemeinen nach der Abnahme vieler thermischer (Power-ON-AUS-Zyklen) auf. Wolframdraht hat bei Raumtemperatur einen sehr geringen Widerstand. Eine negative Temperaturkoeffizientenvorrichtung wie a Thermistorkann in die Heizungsversorgung der Geräte integriert werden oder eine Ramp-up-Schaltung kann eingesetzt werden, damit die Heizung oder Filamente die Betriebstemperatur allmählich erreichen können, als wenn sie in einer Schrittfunktion betrieben werden. Billig-kostengünstige Funkgeräte hatten Röhrchen mit in Reihe angeschlossenen Heizungen, wobei eine Gesamtspannung der der Linie (Netz) entspricht. Einige Empfänger hatten vor dem Zweiten Weltkrieg Serien-String-Heizungen mit einer Gesamtspannung weniger als die des Netzes. Einige hatten einen Widerstandsdraht, der über die Länge des Netzkabels lief, um die Spannung auf die Röhrchen zu fallen. Andere hatten Serienwiderstände wie normale Röhren; Sie wurden Ballastrohre genannt.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden die Röhrchen, die in Serienheizketten verwendet werden sollen, so überarbeitet, dass alle die gleiche ("kontrollierte" Aufwärmzeit haben. Frühere Entwürfe hatten ziemlich differenzierte Thermalzeitkonstanten. Die Audioausgangsbühne hatte beispielsweise eine größere Kathode und warmterwärme langsamer als niedrigere Röhrchen. Das Ergebnis war, dass sich Heizungen, die sich schneller erwärmen, aufgrund ihres positiven Temperaturkoeffizienten auch vorübergehend einen höheren Widerstand hatten. Dieser unverhältnismäßige Widerstand führte dazu, dass sie vorübergehend mit Heizungsspannungen über ihren Bewertungen arbeiteten und ihr Leben verkürzten.

Ein weiteres wichtiges Problem der Zuverlässigkeit wird durch Luftleckage in das Rohr verursacht. Normalerweise Sauerstoff In der Luft reagiert chemisch mit dem heißen Filament oder der Kathode und ruiniert es schnell. Die Designer entwickelten Rohrdesigns, die zuverlässig versiegelten. Aus diesem Grund wurden die meisten Röhrchen aus Glas gebaut. Metalllegierungen (wie z. Cunife und Fernico) und Gläser wurden für Glühbirnen entwickelt, die sich in ähnlichen Mengen ausdehnten und sich verleihen, als sich die Temperatur änderte. Dies machte es einfach, eine isolierende Glasumschlaghülle zu bauen, während die Verbindungsdrähte durch das Glas an die Elektroden geleitet wurden.

Wenn ein Vakuumröhrchen überlastet oder über seine Entwurfsdissipation hinaus betrieben wird, kann seine Anode (Platte) rot leuchten. In Verbrauchergeräten a leuchtende Platte ist allgemein ein Zeichen für eine überlastete Röhre. Einige große Übertragungsrohre sind jedoch so ausgelegt, dass sie mit ihren Anoden in rot, orange oder in seltenen Fällen weiße Wärme betrieben werden.

"Special Quality" -Versionen von Standardrohre wurden häufig hergestellt, die für eine verbesserte Leistung in gewisser Hinsicht konzipiert wurden, wie z. Zeitabschnitt usw. Die einzige Möglichkeit, die besonderen Funktionen eines speziellen Qualitätsteils zu kennen, besteht darin, das Datenblatt zu lesen. Namen können den Standardnamen widerspiegeln (12AU7 ==> 12AU7A, sein äquivalenter ECC82 ==> E82CC usw.) oder absolut alles (Standard- und Spezialqualitätsäquivalente derselben Röhre umfassen 12AU7, ECC82, B329, CV491, E2163 , E812CC, M8136, CV4003, 6067, VX7058, 5814a und 12AU7A).[61]

Die am längsten aufgezeichnete Ventillebensdauer wurde durch ein Mazda AC/P Pentode -Ventil (Seriennummer 4418) in Betrieb am Betrieb BBC'S Hauptsender Nordirland in Lisnagarvey. Das Ventil war von 1935 bis 1961 in Betrieb und hatte eine Aufzeichnung von 232.592 Stunden. Die BBC hielt akribische Aufzeichnungen über das Leben ihrer Ventile mit regelmäßigen Renditen in ihre zentralen Ventilgeschäfte bei.[62][63]

Vakuum

Getter im geöffneten Röhrchen; silberne Ablagerung von Getter
Totes Vakuumfluoreszenzdisplay (Air ist eingegangen und der Getter Spot ist weiß geworden)

Ein Vakuumrohr benötigt ein extrem hohes Vakuum (oder schwer Vakuum aus Röntgenterminologie[64]) Um die Konsequenzen der Erzeugung positiver Ionen innerhalb des Röhrchens zu vermeiden. Restgasatome ionisieren Wenn Sie von einem Elektron getroffen werden und die Kathode nachteilig beeinflussen und die Emission verringern.[65] Größere Mengen an Restgas können ein sichtbares erzeugen Leuchtenentladung Zwischen den Röhrelektroden und zu einer Überhitzung der Elektroden, wodurch mehr Gas erzeugt wird, das Röhrchen und möglicherweise andere Komponenten aufgrund von Überstrom beschädigt.[66][67][68] Um diese Effekte zu vermeiden, muss der Restdruck im Röhrchen niedrig genug sein, dass die Mittlerer freier Weg eines Elektrons ist viel länger als die Größe des Röhrchens (so ist es unwahrscheinlich, dass ein Elektron ein Restatom schlägt und nur sehr wenige ionisierte Atome vorhanden sein). Gewerbliche Vakuumröhrchen werden bei der Herstellung auf etwa 0,000001 mmHg (1,0) evakuiert×10–6Torr; 130 μPA; 1.3×10–6Mbar; 1.3×10–9Geldautomat).[69][70]

Um zu verhindern, dass Gase das Vakuum des Röhrchens beeinträchtigen, werden moderne Röhrchen gebaut Getters, die normalerweise Metalle sind, die schnell oxidieren, Barium am häufigsten sein.[70][71] Für Glasrohre, während die Röhrenthülle evakuiert wird, werden die inneren Teile mit Ausnahme des Getters von erhitzt Rf Induktionsheizung Um das verbleibende Gas aus den Metallteilen zu entwickeln. Das Röhrchen wird dann versiegelt und der Gettter -Trog oder die Pfanne für Blitzgeräte auf eine hohe Temperatur erhitzt, wieder durch Heizung der Funkfrequenzinduktion, wodurch das Getter -Material verdampft und mit jedem Restgas reagiert. Der Dampf wird an der Innenseite der Glashülle abgelagert und lässt ein silberfarbenes metallisches Fleck hinterlassen, das weiterhin kleine Mengen an Gas absorbiert, die während seines Arbeitslebens in den Röhrchen auslaufen können. Mit dem Ventildesign wird große Vorsicht geboten, um sicherzustellen, dass dieses Material auf keinem der Arbeitelektroden abgelagert wird. Wenn ein Röhrchen ein schwerwiegendes Leck in der Umschlag entwickelt, macht diese Ablagerung eine weiße Farbe, wenn es mit atmosphärischer Sprache reagiert Sauerstoff. Große Sende- und Spezialrohre verwenden häufig exotischere Getter -Materialien wie z. Zirkonium. Frühe Röhrchen wurden Phosphor-basierte Getter verwendeten, und diese Röhrchen sind leicht zu identifizieren, da der Phosphor eine charakteristische Orange- oder Regenbogenablagerung auf dem Glas hinterlässt. Die Verwendung von Phosphor war kurzlebig und wurde schnell durch die überlegenen Barium-Getter ersetzt. Im Gegensatz zu den Barium -Geters nahm der Phosphor nach dem Abfeuern keine weiteren Gase ab.

Getters wirken durch chemische Kombination mit restlichen oder infiltrierenden Gasen, können jedoch nicht in der Inertgase (nicht reaktiv) entgegenwirken. Ein bekanntes Problem, das sich hauptsächlich um Ventile mit großen Umschlägen wie z. Kathodenstrahlröhren und Kamera -Röhren wie z. Ikonoskope, Orthiconsund Bild Orthicons stammt aus Helium -Infiltration. Der Effekt erscheint als beeinträchtigte oder fehlende Funktionen und als diffuses Leuchten entlang des Elektronenstroms im Röhrchen. Dieser Effekt kann nicht korrigiert werden (nicht neu evakuiert und versiegelt) und ist dafür verantwortlich, Beispiele für solche Röhren seltener und seltener zu werden. Unbenutzte ("neue alte Vorräte") Röhrchen können auch inerte Gasfiltration aufweisen, sodass es keine langfristige Garantie dafür gibt, dass diese Rohrtypen in Zukunft überleben.

Röhrchen übertragen

Große Sendungsrohre haben karbonisiert Wolfram Filamente mit einer kleinen Spur (1% bis 2%) von Thorium. Eine extrem dünne (molekulare) Schicht von Thoriumatomen bildet sich an der Außenseite der karbonisierten Schicht des Drahtes und dient beim Erhitzen als effiziente Elektronenquelle. Das Thorium verdampft langsam von der Drahtoberfläche, während neue Thoriumatome diffus an die Oberfläche, um sie zu ersetzen. Solche thoriierten Wolframkathen liefern normalerweise in Zehntausenden von Stunden Lebenszeiten. Das Szenario am Lebensende für ein Thoriated-Tief-Filament besteht darin Wolfram -Carbid und Emission beginnt schnell abzutreten; Ein vollständiger Verlust von Thorium hat sich nie als Faktor für das Lebensende in einer Röhre mit dieser Art von Emitter erwiesen.Waay-TV in Huntsville, Alabama 163.000 Stunden (18,6 Jahre) Dienstleistungen von einem erreicht Eimac Außenhöhle Klystron im visuellen Schaltkreis seines Senders; Dies ist die höchste dokumentierte Lebensdauer für diese Art von Röhre.[72] Es wurde gesagt[wer?] dass Sender mit Vakuumrohre besser in der Lage sind, Blitzangriffe zu überleben als Transistorsender. Während allgemein angenommen wurde, dass Vakuumröhrchen effizienter waren als Festkörperschaltungen bei HF-Leistungsniveaus über etwa 20 Kilowatt, ist dies nicht mehr der Fall, insbesondere im mittleren Wellenservice (AM-Sendung), bei dem Festkörper-Sender bei nahezu allen Stromversorgungen Die Werte haben messbar höhere Effizienz. FM-Sendungssender mit Festkörperstromverstärkern bis zu ungefähr 15 kW zeigen ebenfalls eine bessere Gesamtleistungseffizienz als Röhrenbasis-Leistungsverstärker.

Empfangsrohre

Kathoden in kleinen "Empfangsröhrchen" werden mit einer Mischung aus beschichtet Bariumoxid und Strontiumoxidmanchmal mit Zugabe von Calciumoxid oder Aluminium Oxid. Eine elektrische Heizung wird in die Kathodenhülse eingeführt und durch eine Beschichtung von Aluminiumoxid elektrisch dadurch isoliert. Diese komplexe Konstruktion führt dazu, dass Barium- und Strontiumatome an die Oberfläche der Kathode diffundieren und Elektronen emittieren, wenn sie auf etwa 780 Grad Celsius erhitzt werden.

Ausfallmodi

Katastrophale Fehler

Ein katastrophales Versagen ist eines, das das Vakuumrohr plötzlich unbrauchbar macht. Ein Riss im Glasumschlag lässt Luft in das Rohr und zerstören sie. Risse können aus Stress im Glas, gebogenen Stiften oder Auswirkungen resultieren. Rohrhöhlen müssen eine thermische Ausdehnung ermöglichen, um Spannung im Glas an den Stiften zu verhindern. Spannung kann sich ansammeln, wenn ein Metallschild oder ein anderes Objekt auf die Röhrenthülle drückt und eine unterschiedliche Erheizung des Glass verursacht. Glas kann auch durch Hochspannungsbogenschaden beschädigt werden.

Rohrheizungen können auch ohne Vorwarnung scheitern, insbesondere wenn sie über Spannung oder aufgrund von Herstellungsfehlern ausgesetzt sind. Rohrheizungen scheitern normalerweise nicht durch Verdunstung wie Lampe Filamente, da sie bei viel niedrigerer Temperatur arbeiten. Der Anstieg von Einflussstrom Wenn die Heizung zum ersten Mal energetisiert ist Thermistor in der Schaltung enthalten. Röhrchen, die für den Betrieb der Heizgeräte in der Versorgung vorgesehen sind, haben eine bestimmte kontrollierte Aufwärmzeit, um ein übermäßiger Spannung bei einigen Heizungen zu vermeiden, wenn sich andere erwärmen. Direkt erhitzte Filament-Kathoden, wie sie in batteriebetriebenen Röhrchen oder einigen Gleichrichter verwendet werden, können fehlschlagen, wenn das Filament sägt, was zu einem internen Lichtbogen führt. Überschüssige Heizung zu Kathodenspannung in indirekt beheizten Kathoden können die Isolierung zwischen den Elementen abbauen und die Heizung zerstören.

Lichtbogen Zwischen den Rohrelementen kann das Röhrchen zerstören. Ein ARC kann durch Auftragen von Spannung auf die Anode (Platte) verursacht werden, bevor die Kathode auf die Betriebstemperatur gekommen ist, oder durch Zeichnen von überschüssigem Strom durch einen Gleichrichter, der die Emissionsbeschichtung beeinträchtigt. Bögen können auch durch jedes loses Material im Röhrchen oder durch überschüssige Bildschirmspannung initiiert werden. Ein Bogen im Röhrchen ermöglicht es Gas, sich aus den Rohrmaterialien zu entwickeln, und kann leitendes Material auf internen Isolierabstandshaltern ablegen.[73]

Rohrgleichrichter haben eine begrenzte Stromkapazität und überschreiten Bewertungen werden schließlich ein Röhrchen zerstören.

Degenerative Fehler

Degenerative Fehler sind diejenigen, die durch die langsame Verschlechterung der Leistung im Laufe der Zeit verursacht werden.

Überhitzung von inneren Teilen wie Kontrollgitter oder Glimmerabstichisolatoren kann dazu führen, dass ein eingeschlossenes Gas in das Röhrchen entkommt. Dies kann die Leistung verringern. EIN Getter wird verwendet, um Gase zu absorbieren, die während des Röhrchenbetriebs entwickelt wurden, aber nur eine begrenzte Fähigkeit, sich mit Gas zu verbinden. Die Kontrolle der Umschlagstemperatur verhindert einige Arten von Gassing. Ein Röhrchen mit einem ungewöhnlich hohen Innengasniveau kann beim Auftragen der Plattenspannung ein sichtbares blaues Glühen aufweisen. Der Getter (ein hochreaktives Metall) ist gegen viele atmosphärische Gase wirksam, weist jedoch keine (oder sehr begrenzte) chemische Reaktivität gegenüber Inertgasen wie Helium auf. Eine progressive Art des Versagens, insbesondere bei physikalisch großen Umschlägen, wie beispielsweise von Kamera-Röhrchen und Kathodenröhrchen, stammt aus der Heliuminfiltration. Der genaue Mechanismus ist nicht klar: Die Metall-zu-Glas-Lead-In-Dichtungen sind eine mögliche Infiltrationsstelle.

Gas und Ionen innerhalb des Röhrchens tragen zum Netzstrom bei, der den Betrieb eines Vakuumrohrkreises stören kann. Ein weiterer Effekt der Überhitzung ist die langsame Ablagerung der metallischen Dämpfe auf interne Abstandshalter, was zu Leckagen zwischen Elementen führt.

Röhrchen in Standby -Zeiträumen, bei denen die Heizspannung angelegt wird, können einen hohen Kathodengrenzwertwiderstand entwickeln und schlechte Emissionseigenschaften aufweisen. Dieser Effekt trat insbesondere bei Puls und auf Digitale Schaltungen, wo Röhrchen für verlängerte Zeiten keinen Plattenstrom hatten. Die speziell für diese Betriebsart entwickelten Röhrchen wurden hergestellt.

Die Kathodenabbau ist der Emissionsverlust nach Tausenden von Stunden normaler Verwendung. Manchmal kann Emission für einige Zeit durch Anheben der Heizungsspannung entweder für kurze Zeit oder eine dauerhafte Erhöhung von einigen Prozent wiederhergestellt werden. Die Kathodenabreicher war in Signalrohre selten, aber eine häufige Ursache für das Versagen des monochromen Fernsehens Kathodenstrahlröhren.[74] Die nutzbare Lebensdauer dieser teuren Komponente wurde manchmal durch Anpassung eines Boost -Transformators erweitert, um die Heizungsspannung zu erhöhen.

Andere Fehler

Vakuumröhrchen können im Betrieb von Defekten entwickeln, die ein einzelnes Rohr in einem bestimmten Gerät ungeeignet machen, obwohl es in einer anderen Anwendung zufriedenstellend funktioniert. Mikrofonik bezieht sich auf interne Schwingungen von Rohrelementen, die das Signal des Rohrs auf unerwünschte Weise modulieren; Der Ton- oder Vibrationsaufnahme kann sich auf die Signale auswirken oder sogar ein uneingeschränktes Heulen verursachen, wenn sich zwischen einem mikrofonischen Röhrchen und beispielsweise ein Lautsprecher ein Feedback-Pfad (mit größerer Einheitsverstärkung) entwickelt. Leckstrom zwischen AC -Heizungen und Kathoden kann in die Schaltung gepaart, oder Elektronen, die direkt von den Enden der Heizung emittiert werden, können ebenfalls injiziert werden summen in das Signal. Der Leckstrom aufgrund interner Kontaminationen kann auch Rauschen injizieren.[75] Einige dieser Effekte machen die Röhrchen für den Audioverbrauch kleiner Signal-Signal, obwohl sie für andere Zwecke unüberwindlich sind. Die Auswahl des Besten aus einer Menge nominell identischer Röhrchen für kritische Anwendungen kann zu besseren Ergebnissen führen.

Rohrstifte können aufgrund von Wärme oder Schmutz nicht leitende oder hohe Widerstandsoberflächenfilme entwickeln. Stifte können gereinigt werden, um die Leitfähigkeit wiederherzustellen.

Testen

Universeller Vakuumrohrentester

Vakuumröhrchen können außerhalb ihrer Schaltkreise unter Verwendung eines Vakuumrohrentesters getestet werden.

Andere Vakuumrohrgeräte

Die meisten kleinen Signal -Vakuumrohrgeräte wurden von Halbleitern ersetzt, aber einige elektronische Vakuumrohrgeräte werden immer noch gemeinsam verwendet. Das Magnetron ist die Art des Röhrchens, das in allen verwendet wird Mikrowellen. Trotz der fortschreitenden Stand der Technik in der Power Semiconductor-Technologie hat das Vakuumrohr immer noch Zuverlässigkeits- und Kostenvorteile für die Hochfrequenz-HF-Stromerzeugung.

Einige Röhren, wie z. Magnetronen, Reisewellrohre, Karzinotronen, und KlystronsKombinieren Sie magnetische und elektrostatische Effekte. Diese sind effiziente (normalerweise schmale Band-) HF-Generatoren und finden immer noch Verwendung in Radar, Mikrowellen und industrielle Heizung. Reisewellrohre (TWTs) sind sehr gute Verstärker und werden sogar in einigen Kommunikationssatelliten verwendet. Hochleistungsübergreifende Klystron-Verstärkerrohre können Hunderte von Kilowatt im UHF-Bereich liefern.

Kathodenstrahlröhren

Das Kathodenstrahlröhre (CRT) ist ein Vakuumrohr, das insbesondere für Anzeigzwecke verwendet wird. Obwohl es immer noch viele Fernseher und Computermonitore gibt, die Kathodenstrahlrohre verwenden, werden sie schnell durch Flachpanel Anzeigen deren Qualität hat sich auch dann verbessert, wenn ihre Preise sinken. Dies gilt auch für Digital Oszilloskope (basierend auf internen Computern und Analog-Digital-Konverter), obwohl traditionelle analoge Bereiche (abhängig von CRTs) weiterhin produziert werden, wirtschaftlich und von vielen Technikern bevorzugt. Zu einer Zeit verwendeten viele Radios "magische Augenrohre", eine spezialisierte Art von CRT, die anstelle von a verwendet wird Meterbewegung um die Signalstärke oder Eingangspegel in einem Kassettenrekorder anzuzeigen. Ein modernes Indikatorgerät, die Vakuumfluoreszenzanzeige (VFD) ist auch eine Art Kathodenstrahlrohr.

Das Röntgenröhre ist eine Art Kathodenstrahlrohr, die Röntgenstrahlen erzeugt, wenn Hochspannungselektronen auf die Anode treffen.

Gyrotrons oder Vakuummaser, die zur Erzeugung von Millimeter-Bandwellen mit hoher Leistung verwendet werden, sind magnetische Vakuumröhrchen, in denen eine kleine relativistisch Der Effekt wird aufgrund der Hochspannung zum Bündeln der Elektronen verwendet. Gyrotrons können sehr hohe Kräfte (Hunderte von Kilowatt) erzeugen.Freielektronenlaser, verwendet, um Hochleistungs-kohärentes Licht zu erzeugen und sogar Röntgenaufnahmen, sind hoch relativistische Vakuumröhrchen, die von energiereicher Partikelbeschleunigern angetrieben werden. Somit sind dies Arten von Kathodenstrahlenrohre.

Elektronenmultiplikatoren

A Fotomultiplier ist ein Phototube deren Empfindlichkeit durch die Verwendung der Elektronenmultiplikation erheblich erhöht wird. Dies funktioniert nach dem Prinzip von sekundäre Emission, wobei ein einzelnes Elektron vom Photokathoden eine spezielle Art von Anode trifft, die als a bekannt ist Dynode mehr Elektronen aus dieser Dynode freigesetzt werden. Diese Elektronen werden bei einer höheren Spannung in Richtung einer anderen Dynode beschleunigt, wobei mehr sekundäre Elektronen freigesetzt werden. Bis zu 15 solche Stufen bieten eine enorme Verstärkung. Trotz großer Fortschritte in Festkörper-Fotodetektoren (z. Single-Photon-Avalanche-Diode) Die Einzelphotonen-Erkennungsfähigkeit von Photomultiplikatorrohre macht dieses Vakuumrohrgerät in bestimmten Anwendungen hervorragend. Eine solche Röhre kann auch zur Erkennung von verwendet werden ionisierende Strahlung als Alternative zur Geiger -Müller -Röhre (selbst keine tatsächliche Vakuumröhre). Historisch gesehen das Bild Orthicon -TV -Kamera Die Röhre, die vor der Entwicklung moderner CCD -Arrays in Fernsehstudios weit verbreitet sind, verwendeten auch mehrstufige Elektronenmultiplikation.

Über Jahrzehnte lang versuchten Elektronenrohrdesigner, die Verstärkung von Röhrchen mit Elektronenmultiplikatoren zu verstärken, um den Gewinn zu erhöhen. Diese litten jedoch unter kurzer Lebensdauer, da das für die Dynodes verwendete Material die heiße Kathode des Röhrchens "vergiftet". (Zum Beispiel wurde das interessante RCA 1630 Secondary-Emissionsrohr vermarkt Generator. Zu diesem Zeitpunkt verbesserten sich die Transistoren jedoch schnell, was solche Entwicklungen überflüssig machte.

Eine Variante, die als "Kanalelektronenmultiplikatorin" bezeichnet wird, verwendet keine einzelnen Dynodes, sondern besteht aus einem gekrümmten Röhrchen wie einer Helix, die mit Material mit guter sekundärer Emission überzogen ist. Ein Typ hatte eine Art Trichter, um die sekundären Elektronen zu erfassen. Der kontinuierliche Dynode war resistiv und seine Enden waren mit genügend Spannung verbunden, um wiederholte Elektronenkaskaden zu erzeugen. Das Mikrokanalplatte besteht aus einer Reihe von einstufigen Elektronenmultiplikatoren über einer Bildebene; Einige davon können dann gestapelt werden. Dies kann zum Beispiel als als verwendet werden Bildverstärker in denen die diskreten Kanäle die Fokussierung ersetzen.

Tektronix machte ein Hochleistungs-Breitband-Oszilloskop-CRT mit einer Kanalelektronenmultiplikatorplatte hinter der Phosphorschicht. Diese Platte war eine gebündelte Auswahl einer großen Anzahl kurzer individueller C.E.M. Röhrchen, die einen Strahl mit niedrigem Strom akzeptierten und intensivierten, um eine praktische Helligkeit zu zeigen. (Die Elektronenoptik der Breitbandelektronenpistole konnte nicht genügend Strom liefern, um den Phosphor direkt zu erregen.)

Vakuumrohre im 21. Jahrhundert

Nischenanwendungen

Obwohl Vakuumrohre weitgehend durch ersetzt wurden durch fester Zustand Geräte in den meisten Verstärkungsanwendungen, Schalten und Korrekturanwendungen gibt es bestimmte Ausnahmen. Zusätzlich zu den oben angegebenen besonderen Funktionen, noch Röhren haben einige Nischenanwendungen.

Im Allgemeinen sind Vakuumröhrchen viel weniger anfällig als entsprechende Festkörperkomponenten zu transienten Überspannungen, wie z. elektromagnetischer Puls Wirkung von Nuklearexplosionen,[76] oder Geomagnetische Stürme Erzeugt von riesigen Solar -Fackeln.[77] Diese Eigenschaft hielt sie für bestimmte militärische Anwendungen im Einsatz MiG-25.[76]

Vakuumröhrchen sind immer noch[wenn?] Praktische Alternativen zu Festkörpergeräten bei der Erzeugung hoher Leistung bei Funkfrequenzen in Anwendungen wie z. Heizung der industriellen Funkfrequenz, Partikelbeschleuniger, und Sendungssender. Dies gilt insbesondere bei Mikrowellenfrequenzen, bei denen solche Geräte wie die Klystron und Reisewellrohr Bereitstellung einer Verstärkung bei Leistungsstufen, die mit Strom unerreichbar sind Halbleiterbauelemente. Der Haushalt Mikrowelle verwendet a Magnetron Röhrchen, um Hunderte von Wattmikrowellenleistung effizient zu erzeugen. Festkörpergeräte wie z. Galliumnitrid sind vielversprechende Ersetzungen, sind aber sehr teuer und immer noch[wenn?] in Entwicklung.

In militärischen Anwendungen kann ein Hochleistungs-Vakuumrohr ein 10–100-Megawatt-Signal erzeugen, das das Frontende eines ungeschützten Empfängers ausbrennen kann. Solche Geräte gelten als nicht nukleare elektromagnetische Waffen; Sie wurden Ende der neunziger Jahre sowohl von den USA als auch von Russland eingeführt.

Audiophile

70-Watt-Röhrchen-Hybrid-Audioverstärker

Genug Menschen bevorzugen Röhren -Sound, um in drei Bereichen den Röhrenverstärker kommerziell lebensfähig zu machen: Musikinstrumente (z. B. Gitarre) Verstärker, Geräte, die in Aufnahmestudios verwendet werden, und Audiophile Ausrüstung.[78]

Viele Gitarristen bevorzugen es zu verwenden Ventilverstärker Solid-Zustandsmodelle, häufig aufgrund der Art und Weise, wie sie dazu neigen, bei Übersteuerung zu verzerren.[79] Jeder Verstärker kann ein Signal nur genau auf ein bestimmtes Volumen verstärken. Nach dieser Grenze beginnt der Verstärker, das Signal zu verzerren. Verschiedene Schaltungen verzerren das Signal auf unterschiedliche Weise. Einige Gitarristen bevorzugen die Verzerrungsmerkmale von Vakuumröhrchen. Die beliebtesten Vintage -Modelle verwenden Vakuumröhrchen.

Anzeigen

Kathodenstrahlröhre

Das Kathodenstrahlröhre war die dominante Display -Technologie für Fernseher und Computermonitore zu Beginn des 21. Jahrhunderts. Rasche Fortschritte und sinkende Preise von jedoch LCD flaches Feld Die Technologie eroberte bald den Platz von CRTs in diesen Geräten.[80] Bis 2010 war die meisten CRT -Produktion beendet.[81]

Vakuumröhrchen mit Feldelektronenemitern

In den frühen Jahren des 21. Jahrhunderts wurde das Interesse an Vakuumröhrchen erneut eingerechnet Integrierter Schaltkreis Technologie. Dieses Thema wird jetzt als Vakuum -Nanoelektronik bezeichnet.[82] Das häufigste Design verwendet a kalte Kathode in Form von a großer Feldelektronenquelle (Zum Beispiel a Feldemitterarray). Mit diesen Geräten werden Elektronen von einer großen Anzahl von eng beabstandeten individuellen Emissionsstellen auf Feldmaterial ausgestattet.

Solche integrierten Mikrotubes finden möglicherweise Anwendung in Mikrowelle Geräte, einschließlich Mobiltelefone, für Bluetooth und W-lan Übertragung und in Radar und Satellit Kommunikation. Wie 2012Sie wurden für mögliche Anwendungen in untersucht Feldemissionsanzeige Technologie, aber es gab erhebliche Produktionsprobleme.

Ab 2014 wurde berichtet, dass das AMES-Forschungszentrum der NASA an Vakuumkanaltransistoren arbeitet, die mit CMOS-Techniken hergestellt wurden.[83]

Eigenschaften

Typische Triodplattenmerkmale

Raumladung eines Vakuumrohrs

Wenn eine Kathode erhitzt wird und eine Betriebstemperatur von 777 ° Celsius um 1050 ° Kelvin erreicht, werden freie Elektronen von ihrer Oberfläche angetrieben. Diese freien Elektronen bilden eine Wolke im leeren Raum zwischen der Kathode und der Anode, bekannt als die Platzladung. Diese Leerzeichen liefert die Elektronen, die den Stromfluss von der Kathode zur Anode erzeugen. Während der Anode während des Betriebs des Stromkreises Elektronen an die Anode gezogen werden, werden neue Elektronen von der Kathode abgebildet, um die Raumladung aufzufüllen.[84] Die Raumladung ist ein Beispiel für eine elektrisches Feld.

Spannung - Strommerkmale des Vakuumrohrs

Alle Röhrchen mit einem oder mehreren Kontrollgittern werden von einem Wechselstrom gesteuert (Wechselstrom) Eingabe Stromspannung auf das Kontrollgitter angewendet, während das resultierende amplifizierte Signal an der Anode als a erscheint aktuell. Aufgrund der auf der Anode platzierten Hochspannung kann ein relativ kleiner Anodenstrom eine erhebliche Erhöhung der Energie gegenüber dem Wert der ursprünglichen Signalspannung darstellen. Das Platzladung Von der erhitzte Kathode gefahrene Elektronen werden stark an der positiven Anode angezogen. Das Kontrollgitter in einem Rohr vermitteln diesen Stromfluss, indem der kleine Wechselstrom -Signalstrom mit dem leicht negativen Wert des Netzes kombiniert wird. Wenn die Signal -Sinus -Welle (AC) auf das Netz angelegt wird, ist es Fahrten Bei diesem negativen Wert ändert sich sowohl positiv als auch negativ, wenn sich die Wechselstromwellenwelle ändert.

Diese Beziehung wird mit einem Satz von gezeigt Platteneigenschaften Kurven, (Siehe Beispiel oben), in der visuell angezeigt wird, wie der Ausgangsstrom aus der Anode (Ia) kann durch eine kleine Eingangsspannung beeinflusst werden, die auf das Netz angelegt wird (Vg) für eine bestimmte Spannung auf der Platte (Anode) (Anode) (Va).

Jedes Röhrchen hat eine einzigartige Reihe solcher charakteristischen Kurven. Die Kurven beziehen grafisch die Änderungen des momentanen Plattenstroms, der durch eine viel geringere Änderung der Netz-zu-Kathode-Spannung angetrieben wird (Spannung der Gitter zu Kathoden (Vgk) Wenn das Eingangssignal variiert.

Das V-I-Merkmal hängt von der Größe und dem Material der Platte und der Kathode ab.[85] Drücken Sie das Verhältnis zwischen Spannungsplatten und Plattenstrom aus.[86]

  • V-I-Kurve (Spannung über Filamente, Plattenstrom)
  • Plattenstrom, Plattenspannungseigenschaften
  • DC -Plattenwiderstand der Platte - Widerstand des Pfades zwischen Anode und Kathode des Gleichstroms
  • Wechselstratplattenwiderstand der Platte - Widerstand des Pfades zwischen Anode und Kathode des Wechselstroms

Größe des elektrostatischen Feldes

Die Größe des elektrostatischen Feldes ist die Größe zwischen zwei oder mehr Platten im Röhrchen.

Patente

Siehe auch

Erläuternder Vermerk

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Weitere Lektüre

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  • Millman, J. & Seely, S. Elektronik, 2. Aufl. McGraw-Hill, 1951.
  • Philips Technische Bibliothek. Bücher in Großbritannien in den 1940er und 1950er Jahren von Cleaver Hume Press über das Design und die Anwendung von Vakuumröhren veröffentlicht.
  • RCA. Handbuch des Radiotron -Designers1953 (4. Ausgabe). Enthält Kapitel über das Design und die Anwendung von Empfangsrohre.
  • RCA. EmpfangsrohrhandbuchRC15, RC26 (1947, 1968), das alle zwei Jahre herausgegeben wurde, enthält Details der technischen Spezifikationen der Röhrchen, die RCA verkauft hat.
  • Shiers, George, "The First Electron Tube", Scientific American, März 1969, p. 104.
  • Spangenberg, Karl R. (1948). Vakuumröhren. McGraw-Hill. OCLC 567981. LCC TK7872.v3.
  • Stokes, John, 70 Jahre Radiomosen und Ventile, Vestal Press, New York, 1982, S. 3–9.
  • Werfer, Keith, Geschichte des britischen Funkventils bis 1940, MMA International, 1982, S. 9–13.
  • Tyne, Gerald, Saga des Vakuumrohrs, Ziff Publishing, 1943, (Nachdruck 1994 prompt Publications), S. 30–83.
  • Grundelektronik: Bände 1–5; Van Valkenburgh, Nooger & Neville Inc.; John F. Rider Publisher; 1955.
  • Drahtlose Welt. Handbuch des Radiosendesigers. Großbritannien Nachdruck des oben genannten.
  • "Vakuumrohrdesign"; 1940; RCA.

Externe Links