Vakuumröhre
Englisch: vacuum tube
Elektronenröhre zur Steuerung des Elektronenstroms durch Vakuum zwischen Elektroden in einem versiegelten, üblicherweise aus Glas oder Metall gefertigten Behälter, häufig leicht auswechselbar konstruiert.
Vakuumröhre: Glashülle, die Elektronen durch die Leere lenkt
Eine Vakuumröhre ist eine evakuierte Glas- oder Metallhülle mit Elektroden, die den Elektronenfluss über einen Spalt steuern. Die Abwesenheit von Luft ermöglicht es Elektronen, ungehindert von einer heißen Kathode zu einer gekühlten Anode zu wandern, wo ihre Bewegung durch zwischengeschaltete Gitter moduliert werden kann. Diese grundlegende Eigenschaft machte Vakuumröhren zur Basis aller elektronischen Verstärkung und Schaltung, bevor Halbleiterbauelemente in den 1960er Jahren praktikabel wurden.
Die Kathode wird (direkt oder indirekt) auf etwa 800 bis 1.200 Grad Celsius erhitzt, wodurch Elektronen durch glühelektrische Emission von ihrer Oberfläche verdampfen. Diese Elektronen werden von einer positiven Anode angezogen. Durch Platzierung einer oder mehrerer Steuergitter mit negativer Spannung dazwischen kann die Röhre schwache Signale verstärken oder als Schalter arbeiten. Pentoden mit drei Gittern waren Standard für Audio- und Rundfunkarbeiten; Dioden (zwei Elemente) wurden zur Gleichrichtung verwendet; Thyratrons enthielten Gas und schalteten Lasten.
Industrieanwendungen verließen sich lange nach dem Übergang der Unterhaltungselektronik zu Transistoren noch auf Vakuumröhren. Leistungsröhren mit Nennleistungen von 100 bis 5.000 Watt finden sich in HF-Sendern, Induktionsheizanlagen und Industriegeneratoren. Eine große Senderöhre kann 10 Zoll groß sein und mehrere Kilogramm wiegen. Diese Röhren arbeiten bei 1.000 bis 4.000 Volt und benötigen erhebliche Kühlung, oft durch Gebläse- oder Umwälzluftkühlung.
Zuverlässigkeit und Ausfallarten
Die Lebensdauer von Vakuumröhren ist begrenzt. Ein Glühfaden wird schließlich schwächer und bricht, Gas kann im Lauf von Jahren in die Hülle eindringen, oder die Kathodenbeschichtung erschöpft sich allmählich. Eine defekte Röhre führt zu Leistungsverlust, Verzerrung oder Betriebsunterbruch. Konstrukteur von Industrieanlagen machten Röhren austauschbar, mit standardisierten Sockeln und Stiftanordnungen, damit Wartungspersonal sie ohne Umarbeitung des gesamten Gehäuses ersetzen konnte.
Die Herstellung von Vakuumröhren für industrielle Zwecke läuft heute in begrenzten Stückzahlen weiter, hauptsächlich in Russland, China und Osteuropa. Ersatzröhren für Vintage-Militär-, Medizin- und Rundfunkgeräte erzielen hohe Preise. Der Begriff "Vakuumröhre" ist heute weitgehend historisch; die Technologie überlebt nur noch in Spezialanwendungen, wo Halbleiteralternativen die erforderlichen Leistungsstufen, Frequenzbereiche oder Spannungen nicht bewältigen können.