Multigrid

Eine Mehrgitterröhre ist eine Vakuumröhre mit mehr als den grundlegenden drei Elektroden (Kathode, Gitter, Anode). Jedes zusätzliche Gitter zwischen dem Steuergitter und der Anode erfüllt eine spezifische Funktion: Abschirmung, Unterdrückung von Sekundärelektronen oder weitere Modulation des Elektronenstrahls. Häufige Varianten sind Tetroden (vier Elektroden) und Pentoden (fünf Elektroden), bei denen die zusätzlichen Gitter Ingenieuren ermöglichen, höhere Verstärkung, bessere Stabilität und weniger unerwünschte Schwingungen als mit einfacheren Trioden zu erreichen.

In einer Pentode, dem verbreitetsten Mehrgitteraufbau, verhindert das der Anode nächste Suppressorgitter, dass von der Anode losgeschlagene Sekundärelektronen das Schirmgitter erreichen, was sonst zu Stromverlust und Verzerrung führen würde. Das Schirmgitter selbst, auf einem geringeren Potential als die Anode gehalten, schirmt das Steuergitter vom Feld der Anode ab und erlaubt damit wesentlich höhere Spannungsschwankungen ohne Gitterstrom. Diese Anordnung ermöglicht Pentoden Spannungsverstärkungsfaktoren von über 100, während eine Triode nur 20 bis 30 erreicht.

Mehrgitterröhren wurden in den 1920er und 1930er Jahren im Radio- und Audiobau unverzichtbar, weil sie echte Probleme lösten: Trioden oszillierten in HF-Schaltungen unvorhersehbar, Triodeverstärker erforderten unpraktisch hohe Eingangssignale, und Leistungsstufen litten unter Verzerrungen durch Sekundäremission. Eine Pentoden-Ausgangsstufe konnte aus einem schwachen Eingangssignal saubere Watt liefern. Rundfunksender, Überlagerungsempfänger und HiFi-Verstärker stützten sich alle auf Mehrgitteraufbauten.

Der Nachteil liegt in der Komplexität von Vorspannung und Schaltungsauslegung. Jedes Gitter muss auf das richtige Gleichspannungspotential gegenüber der Kathode eingestellt werden, und Streukapazitäten zwischen Gitterelementen können Instabilität verursachen. Bei hohen Frequenzen werden Transitzeit-Effekte (die Zeit, die Elektronen vom Durchlauf von Kathode zu Anode benötigen) bedeutsam und begrenzen die Bandbreite von Mehrgitterröhren. Konstrukteure müssen auch den Gitterstrom handhaben, der stark ansteigt, wenn ein Gitter gegenüber der Kathode positiv wird.

Obwohl Halbleitertransistoren Vakuumröhren seit den 1960er Jahren in den meisten Anwendungen ersetzt haben, bleiben Mehrgitteraufbauten in spezialisierter HF-Leistungsverstärkung relevant, besonders in der Amateuerfunktechnik und einigen industriellen Anwendungen. Der Begriff ist heute mostly historisch geprägt, aber Ingenieure, die mit Altgeräten oder Hochfrequenz-Generatoren arbeiten, begegnen weiterhin Tetroden und Pentoden, die nach ihren Gitterkonfigurationen spezifiziert werden.