Funktion einer Röhre

Wer sich heute mit Elektronik beschäftigt kennt meist die Funktion von Transistoren, während die Wirkungsweise einer Röhre oftmals weniger vertraut ist. Zur grundsätzlichen Funktion sollen deshalb eine Röhre und ein Transistor verglichen werden. Die einfache Form einer Verstärkerröhre ist die Triode mit den drei Anschlüssen Kathode (= Minuspol), Anode (= Pluspol) und Steuergitter. Diese Anschlüsse sind vergleichbar mit den Anschlüssen eines NPN-Transistors Emitter (Minuspol), Kollektor (Pluspol) und Basis als Steuerelektrode. Allerdings funktioniert die Röhre nur, wenn die Kathode auf ca. 800 bis 1000 Grad erhitzt wird. Dazu dient die Heizung, die wie der Glühdraht in einer Glühlampe meist aus Wolfram hergestellt ist. Die heiße Kathode enthält eine Schicht aus Material mit geringer Elektronenbindung, so dass bei diesen Temperaturen Elektronen ins den leeren Raum austreten können. Die Elektronen werden dann von der positiven Anode angezogen, sodass ein Strom fließt.

Vergleich Röhre und Transistor

Beide Bauelemente steuern einen Strom. Beim Transistor steuert ein kleiner Basisstrom den größeren Kollektorstrom. Bei der Röhre steuert die Spannung am Steuergitter den Anodenstrom. In beiden Fällen führt eine positivere Steuerspannung zu mehr Strom im Laststromkreis und damit zu einem größeren Spannungsabfall am Lastwiderstand bzw. zu einer kleineren Spannung an der Ausgangselektrode Anode bzw. Kollektor. Ein Verstärker mit einer Triode oder mit einem Transistor dreht also im Normalfall die Phase der verstärkten Spannung um 180 Grad. Ein Unterschied ist jedoch, dass der Transistor eine positive Vorspannung benötigt, während die Röhre meist mit einer negativen Gittervorspannung betrieben wird. Die Spannung bildet sich automatisch am Gitterwiderstand, weil freie Elektronen von der Kathode das Gitter negativ aufladen.

Die Pentode

Bei einer Pentode kommen noch zwei weitere Gitter hinzu. Das Schirmgitter (g2) wird positiv geladen und schirmt den Einfluss der wechselnden Spannung der Anode vom Steuergitter ab. Die Spannung am Schirmgitter beeinflusst wie das Steuergitter den Anodenstrom und die Verstärkung der Röhre. Das Bremsgitter (g3) wird meist mit der Kathode verbunden und dient dazu, Elektronen die von der Anode entweichen (Sekundärelektronen) zu ihr zurück zu lenken.

Im Vergleich Transistor/Röhre fällt vor allem auf, dass die Röhre wegen der erforderlichen Heizleistung für die gleiche Aufgabe wesentlich mehr Energie benötigt. Energiesparende Schaltungen werden daher heute mit Transistoren bestückt. Vorteile der Röhre sind hohe Eingangswiderstände und gute Hochfrequenzeigenschaften, was z.B. zu erstaunlich guten Radioschaltungen führt. Im HiFi-Bereich sagt der Röhre einen weicheren Klang nach, weil vor allem bei einer Übersteuerung weniger scharfe Übergänge in die Begrenzung auftreten.