Elektronenröhre
Englisch: electron tube
Elektronisches Bauelement zur Steuerung des Elektronenstroms durch Vakuum, Gas oder Dampf zwischen Elektroden in einem versiegelten Behälter aus Glas oder Metall, meist so ausgeführt, dass es leicht ein- und ausgebaut werden kann.
Elektronenröhre: vakuumversiegeltes Bauteil, das elektrischen Strom steuert
Eine Elektronenröhre ist ein verschlossenes Glas- oder Metallgehäuse mit zwei oder mehr Elektroden, die einen Elektronenstrom durch ein Vakuum, Edelgas oder Dampf lenken. Der einfachste Typ, die Diode, hat eine geheizte Kathode, die Elektronen ausstrahlt, und eine Anode, die sie auffängt; komplexere Röhren nutzen Gitter, um den Elektronenstrom zu regeln. Diese Steuerfunktion machte Röhren unverzichtbar für Rundfunk, Fernsehen, Radar und frühe Computer, bis Halbleiter die meisten Anwendungen übernahmen. Röhren erfüllen heute noch spezielle Aufgaben in der Hochleistungs-Funkübertragung, Audioverstärkung und spezieller Industrieausrüstung, wo ihre Robustheit und Strahlenunempfindlichkeit zählen.
Elektronenröhren gibt es in mehreren Familien. Dioden gleichrichten Wechselstrom zu Gleichstrom. Trioden verstärken schwache Signale, indem ein Steuergitter zwischen Kathode und Anode den Elektronenstrom moduliert. Pentoden haben mehrere Gitter, um die Verstärkung zu verbessern und unerwünschte Rückkopplung zu reduzieren; sie beherrschten die Rundfunk- und Audiogeräte des 20. Jahrhunderts. Thyratrons enthalten einen gittergesteuerten Gasentladungsweg und wirken als schnelle elektronische Schalter. Magnetrons erzeugen Mikrowellenenergie durch Wechselwirkung von Elektronen mit Magnetfeldern und kommen in Radargeräten und industriellen Mikrowellenöfen vor. Kathodenstrahlröhren (CRTs) lenken Elektronenstrahlen, um Bilder auf einem phosphoreszierenden Schirm zu zeichnen.
Der interne Druck der Röhre bestimmt ihr Verhalten. Hochvakuumröhren enthalten nur Restgase bei Drücken unter 0,01 Pascal und werden für Hochfrequenzverstärkung verwendet. Mit Gas gefüllte Röhren arbeiten bei Drücken von 10 bis 100 Pascal und leiten Strom leichter; sie kommen in Spannungsreglern und Schaltkreisen vor. Mit Dampf gefüllte Röhren, besonders Quecksilberdampftypen, waren häufig in Hochleistungs-Gleichrichterstapeln für industrielle Motorenanwendungen verbreitet, bevor Halbleiterersatzstoffe kamen.
Installation und Ausfallarten
Röhren sitzen in genormten Sockeln (Oktalsockel, Novalsockel, Kompaktronsockel und andere), die schnelles Ausbauen und Austauschen ohne Löten ermöglichen. Das Glasgehäuse der Röhre muss intakt sein; selbst kleine Risse lassen Luft eindringen, zerstören das Vakuum und unterbrechen den normalen Betrieb. Kathoden verschleißen durch Elektronenausstrahlung; nach Jahren fällt die Emission ab, bis die Verstärkung schwächer wird oder ganz aufhört. Der Heizfaden kann durchbrennen. Lichtbogenbildung zwischen Elektroden, oft durch zu hohe Spannung oder mechanische Stöße ausgelöst, kann die Röhre zerbrechen oder Elektroden zusammenschweißen.
Der Begriff Elektronenröhre entstand als Sammelbegriff zur Unterscheidung von Vakuum- und Gasbauteilen von Halbleitern. Ältere Bezeichnungen wie Vakuumröhre und Radioröhre sind im englischsprachigen Raum noch gebräuchlich, während Elektronenventil im britischen und Commonwealth-Sprachraum Standard ist, was die Rolle der Röhre als Einweg-Steuerbauteil widerspiegelt, ähnlich einem mechanischen Ventil. Industrieausrüstung der 1930er bis 1970er Jahre verließ sich auf rohrgestützte Stromversorgungen, Steuerschaltungen und Messinstrumente; Ersatzteile bleiben trotz des Alters der Geräte über Spezialanbieter erhältlich.