Bias: Zusammenhänge?

Bei einem Verstärker, ob Röhre oder Transistor, unterscheidet man verschiedene Betriebsarten, also die Klassen A, AB und B.
Wenn man an einem Transistorverstärker den Ruhestrom erhöht, wird er warm. Solange der Grenzwert nicht überschritten oder die Temperatur nicht unzulässig hoch ist, passiert nichts negatives.
Bei einer Röhre darf der Maximalwert auch nicht überschritten werden, aber heiss werden die Dinger ohnehin. Nur dürfen sie nicht zu heiss werden und vor allem verkürzt der höhere Ruhestrom die Lebensdauer.
Das ist mal das Prinzipielle im Telegrammstil.

Bei Röhrengeräten kennt man auch die Klassen A (immer bei Eintaktgeräten, also mit nur einer Endröhre). Bei diese wird meist ein etwas grösserer Kathodenwiderstand eingesetzt, an dem eine Spannung abfällt, welche die Gittervorspannung bildet, da das Gitter mit einem Widerstand fest auf Masse gezogen wird. An dieser Schaltung kann man diese Gittervorspannung (= Kathodenspannung) messen und damit die Alterung der Röhre abschätzen, aber einstellen kann man da nichts.
Bei Klasse AB (Gegentakt) ist ebenfalls ein Kathodenwiderstand vorhanden (oder 2 getrennte) und es wird nichts eingestellt. Hier kann man messen, ob beide Röhren noch etwa gleich gut funktionieren. Die Abweichung sollte möglichst unter 10% sein.
Bei Klasse B wird mit einem kleinen Ruhestrom gearbeitet, was den Einsatz eines "Nur-Kathodenwiderstandes" verunmöglicht. Hier wird der Ruhestrom mittels negativer Vorspannung auf das Röhrengitter eingestellt. Dazu dient / dienen Trimmpotentiometer. Der Ruhestrom kann nun entweder an einem kleinen Kathodenwiderstand gemessen werden oder ein mA-Meter muss in die aufgetrennte Anodenleitung geklemmt werden.
Bei dieser Schaltungsart muss der Ruhestrom von Zeit zu Zeit nachgemessen werden, damit er in beiden Zweigen möglichst gleich ist (5%) bei möglichst gleicher Spannung (10%) Daraus lässt sich einmal wieder die Alterung der Röhren erkennen (Anodenstrom nimmt ab / für richtigen Strom muss die Vorspannung kleiner werden), andererseits kann der Arbeitspunkt korrigiert werden.

Messung / Voraussetzungen:
Einstellungen sind in der Regel nur bei Gegenkatkt Klasse B möglich und sinnvoll!
Für jede Röhre gibt es ein Datenblatt
http://frank.pocnet.net/sheetsE.html
wo die entsprechenden Einstellungen zu ersehen sind. Gemessen wird zuerst die Anodenspannung, damit man weiss, wo im Datenblatt man suchen soll / welche Tabelle zuständig ist.
Dann findet man dort die Angabe über die negative Gittervorspannung und den entsprechenden Anodenstrom.
Am Besten ist es, wenn man ein Schaltbild des Gerätes hat, dieses auch lesen kann und die Angaben darin verwendet. Wenn man mit diesem Schaltbild nichts anzufangen weiss, sollte man die Finger vom Innenleben des Verstärkers fern halten.

Diese letzte Antwort gilt für ALLE, ob Forenuser oder nicht.

audientis schrieb:

Nun zu meinen Fragen: 1. Warum muss/sollte ich die Anodenspannung messen/wissen? Ist diese für die Biaseinstellung auch relevant? Ich messe bzw. regele doch nur die Spannung am Widerstand, die im mV Bereich liegt. Hingegen ist die Anodenspannung, was ich so gelesen habe, ja immer so zwischen 400 und 500V. Was sagt mir also die Anodenspannung? 2. Woher weiss ich eigentlich, wie hoch der Ruhestrom sein muss? Hängt das vom Verstärkermodell oder vom Röhrentyp/Röhrenhersteller ab? Werden z.B. KT88 Röhren immer im gleichen Ruhestrombereich betrieben? Gruß Carsten

Hallo Carsten,

ich versuche mal Deine Fragen zu beantworten.

Zu 1.: Die Anodenspannung ist für die Aussage wichtig, wie hoch die Leerlaufverlustleistung der Röhre bei einer bestimmten Bias-Einstellung ist. Wenn der Bias zu hoch eingestellt wird (mehr Ug1), dann besteht die Gefahr das eben die max. Verlustleistung der Röhre überschritten wird. Das ist nicht gut für die Röhre, das Netzteil und für den Klang! Nehmen wir als Beispiel mal die KT88. Diese Röhre hat lt. Datenblatt eine maximale Verlustleistung von ca. 46 Watt an der Kathode. Hast Du jetzt eine Betriebsspannung von 500 Volt, dann darf der Strom (Ik) durch die Röhre maximal ca. 92mA betragen (N = U x I) 500Volt x 0,092A = 46Watt). Der Gleichstromwiderstand des AÜ hat darauf (fast) keinen Einfluss.

Hast Du jetzt weniger Betriebsspannung z.B. 400Volt, dann kann der Bias auf (weniger Ug1) eingestellt werden und damit der Strom (Ik) höhere Werte annehmen, in diesem Beispiel 115mA (400Volt x 0,115A = 46Watt). Lt. Datenblatt verträgt die KT88 einen max. Strom (Ik) von 230 mA!!! Das sind extreme Beispiele am Limit und werden in der Praxis so nie vorkommen!

Eine typische Umgebung für die KT88 ist z.B. folgende:

Betriebsspannung (UB) 470Volt
Kathodenstrom (Ik): 0,065A (65mA)
Leerlaufverlustleistung (Nk): ca. 30Watt
Bias (Ug1) ca.: -35Volt
Betriebsart: AB in Gegentakt

zu 2. Wie hoch der Ruhestrom durch die Kathode sein muss hängt von vielen Dingen ab. Wie soll der Amp arbeiten. Als reiner Class-A ist der Ruhestrom höher, ca. 10% - 20% unter dem Limit. Bei Class-AB ist der Ruhestrom niedriger, ungefähr so wie im obigen Beispiel. Weitere Faktoren für den "richtigen" Ruhestrom ist die Auslegung der Schaltung und der AÜs. Die AÜs stellen für die Röhre einen komplexen Aussenwiderstand dar und da es nach dem OhmschenGesetz einen Zusammenhang von Spannung, Strom und Widerstand gibt ist diese Größe mit einzukalkulieren! Ohne die Schaltung und die Daten der AÜs zu kennen, kann man keine Empfahlung für den "richtigen" Ruhestrom geben!

Eine generelle Regel gibts aber: Immer deutlich unter dem Limit der max. Leerlaufverlustleistung bleiben. Soll der Verstärker weniger Verzerrungen produzieren, dann den Ruhestrom auf höhere Werte (mehr Class-A) einstellen, ansonsten niedere Werte für den Ruhestrom (Class-AB) wählen, produziert aber mehr Verzerrungen bei mittleren Lautstärken und der Klang wirkt auch etwas rauher!

mfg

@ sidolf
Bitte kein Durcheinander.

Zu 1.: Die Anodenspannung ist für die Aussage wichtig, wie hoch die Leerlaufverlustleistung der Röhre bei einer bestimmten Bias-Einstellung ist. Wenn der Bias zu hoch eingestellt wird (mehr Ug1), dann besteht die Gefahr das eben die max. Verlustleistung der Röhre überschritten wird. Das ist nicht gut für die Röhre, das Netzteil und für den Klang! Nehmen wir als Beispiel mal die KT88. Diese Röhre hat lt. Datenblatt eine maximale Verlustleistung von ca. 46 Watt an der Kathode. Hast Du jetzt eine Betriebsspannung von 500 Volt, dann darf der Strom (Ik) durch die Röhre maximal ca. 92mA betragen (N = U x I) 500Volt x 0,092A = 46Watt). Der Gleichstromwiderstand des AÜ hat darauf (fast) keinen Einfluss.

Es gibt im Wesentlichen drei Gernzen für die Röhre: Den maximalen Kathodenstrom, der dann den Anoden- UND Schirmgitterstrom beinhaltet,
die maximale Anodenspannung um Durchschläge zu vermeiden und
die maximale Anodenverlustleistung.

Wird der maximale Kathodenstrom überschritten, verringert das die Lebensdauer der Röhre drastisch, sie ward quasi "leergesaugt".
Das Überschreiten der maximalen Anodenspannung kann zu Durchschlägen führen, was die Röhre ebenfalls zerstören kann.
Das Überschreiten der maximalen Anodenverlustleistung (gilt auch für die maximale Schirmgitter-Verlustleistung) führt zu Glühen des Anodenblechs (des Schirmgitters), was die thermische Belastbarkeit überschreitet.

Eine Einstellung soll nur nach Herstellerangaben des Gerätes vorgenommen werden. Nur wer die Schaltung kennt und die Materie beherrscht, sollte sich an das Probieren und Verstellen wagen. Alle anderen erreichen entweder nichts oder beschädigen (über kurz oder lang) die Röhren.

@richi44

Hallo,

genauso habe ich es auch ausdrücken wollen. Ich bin nur davon ausgegengen, dass bei einem fertigen Gerät die Betriebsspannung UB auf einem vernünftigen Wert liegt, was bei Carsten's Balad sicher der Fall ist. Wir wollen ja keinen neuen Amp entwerfen.

Also können wir uns auf die Einstellung eines vernünftigen Bias zur gegebenen UB konzentrieren. Deswegen meine Beispiele. Nochmals, es muss eine Bias-Einstellung sein die deutlich unter der max. Leerlaufverlustleitung von Nk (=Na + Ng2) ist! Aber wie ich schon ausführte eine exakte Aussage hierzu kann man nur machen wenn man die Daten der Schaltung und der AÜs kennt!

Etwas verwirrte Grüße

Hallo,

ein herzliches Dankeschön euch beiden für die doch recht ausführlichen Antworten.

Da raucht mir ganz schön der Schädel.

Denke mal es hilft, wenn ich euch ein paar Daten zu meinem Amp gebe.
Es ist ein Audio Institute VR-120 S. Das ist eigentlich ein TAC 88, also baugleich mit ein paar Unterschieden im Detail.
Im Gegensatz zum TAC 88 kann ich den Ruhestrom von aussen (oben) einstellen. Neben jeder Endröhre ist ein Loch mit einer roten Isolierung und es sind auf jeder Seite (auch oben) zwei Löcher durch die man an die Potis kommt.

Habe auf den Endröhrensockeln noch folgende Werte gefunden.
Hersteller : Valve Art (sind noch die original Röhren)
Ua: 430 V
Vg2: 440 V
Vg1: -36 V
Ia: 29 mA

Bedeutet das nun, dass ich den Ruhestrom auf 29 mA einstellen sollte, sofern mein Amp eine Anodenspannung von 430 V hat? Und bei einer Anodenspannung von z.B. 500 v müsste ich den Strom entsprechend reduzieren, richtig?
Komme ich um das messen der Anodenspannung irgendwie herum, wenn ich mir neue Röhren kaufe?

Wenn ich alles richtig verstanden habe, dann

- ist die Anodenspannung eine konstante Größe in meinem Verstärker, also z.B. immer 430 V.
- hängt der Ruhestrom (Kathodenstrom), den ich einstellen muß, von der verwendeten Röhre und deren Verlustleistung ab.
- ist Bias nicht gleich Ruhestrom. Dachte immer das wäre so, da alle von „Bias einstellen“ sprechen

Stelle ich nun eigentlich den Bias oder den Ruhestrom ein?

Habe mir heute erst mal ein Multimeter gekauft und werd mal versuchen, den Ruhestrom (oder Bias?) zu messen.
Von allem anderen lass ich eh die Finger.

Ich weiss, sehr viele Fragen, sorry.
Bin aber technisch sehr interessiert und möchte mir demnächst bessere Röhren bestellen und möchte da nichts falsch machen.

Ach so, eine letzte Frage hätte ich für heute noch.
In der Mitte sind drei kleine Röhren, wohl die Vorstufenröhren. Auf den beiden äusseren steht 6N8P und auf der in der Mitte 6N9P. Kann diesen Röhrentyp aber in keinem Shop finden. Könnt ihr mir da weiterhelfen.

Danke euch schon mal vorab.

Grüße

Carsten

So, hatte grade Premiere. Zum ersten mal eine Messung gemacht...war das spannend

An allen 4 Röhren ca. 370 mV, d.h. 37 mA Kathodenstrom, oder? Ist das jetzt zu hoch?

Übrigens habe ich jetzt die besagten Vorstufenröhren gefunden.
Die 6N8P ist eine 6SN7 und die 6N9P ist eine 6SL7.
Denke mal, dass ich die gefahrlos tauschen kann, oder gibt es da auch wieder was zu beachten?

Sind eigentlich alle drei Vorstufenröhren, oder nur die äusseren?

Ach schon wieder so viele Fragen. Ich hör mal lieber auf.

Bis dann und gute Nacht

Carsten

audientis schrieb:

So, hatte grade Premiere. Zum ersten mal eine Messung gemacht...war das spannend An allen 4 Röhren ca. 370 mV, d.h. 37 mA Kathodenstrom, oder? Ist das jetzt zu hoch? Übrigens habe ich jetzt die besagten Vorstufenröhren gefunden. Die 6N8P ist eine 6SN7 und die 6N9P ist eine 6SL7. Denke mal, dass ich die gefahrlos tauschen kann, oder gibt es da auch wieder was zu beachten? Sind eigentlich alle drei Vorstufenröhren, oder nur die äusseren? Ach schon wieder so viele Fragen. Ich hör mal lieber auf. Bis dann und gute Nacht Carsten

Hallo Carsten,

was haste den nu für Röhren KT88 oder so? Was da auf dem Sockel steht, hat nichts mit den echten Betriebsdaten zu tun. Mit diesen Werten Ua's und Ug2's und Ug1's und dem daraus resultierenden Ik wurden die Röhren nur vom Distributor selketiert also "gematched"!

Gruß

Hallo Sidolf,

sorry, hatte ich ganz vergessen. Ja, müssten KT88 sein.
Steht zwar nicht drauf, sehen aber so aus und da es ja eigentlich ein TAC 88 ist, gehe ich auch mal davon aus.

Verstehe. Dass da 29 mA drauf steht, heisst also nicht, dass die auch mit 29 mA betrieben werden müssen.

Mein Händler hat mir den Strom ja auch auf 37 mA eingestellt, wenn meine Rechnung stimmt. Der müsste ja eigentlich wissen, was er da tut.

Noch mal kurz zu den Werten auf der Röhre.
Ia ist ja der Ruhestrom. Was ist aber der Unterschied zwischen dem Ua und dem Vg2 Wert und vor allem, was sind die -36 V bei Vg1? Kannst Du mir das kurz aufdröseln?

Habe mir gestern übrigens noch neue 6SL7 und 6SN7 bestellt.
Da kann ich ja auch nichts verkehrt machen, da man ja den Ruhestrom (oder Bias?) nicht neu einstellen muss.
Habe ich zumindest so verstanden.

Mit den Endröhren warte ich noch, bis ich besser durchblicke, was ich da genau einstellen muss.

Gruß
Carsten

audientis schrieb:

Noch mal kurz zu den Werten auf der Röhre. Ia ist ja der Ruhestrom. Was ist aber der Unterschied zwischen dem Ua und dem Vg2 Wert und vor allem, was sind die -36 V bei Vg1? Kannst Du mir das kurz aufdröseln? Gruß Carsten

Hallo Carsten,

die Werte:

Ua: 430 V
Vg2: 440 V
Vg1: -36 V
Ia: 29 mA

bedeuten, dass der Händler oder wer auch immer irgendein Röhrenprüfgerät hat, welches eine Anodenspannung von 430 Volt und eine Gitter2-Spannung von 440 Volt liefert. In der Anode hängt ein mA-Messgerät, die Gitter1-Spannung ist einstellbar und an einem Messgerät ablesbar!

Vor sich hat er jetzt einen Haufen, z.B. KT-88, Röhren liegen. Jetzt steckt er die erste der KT88 in das Prüfgerät und stellt mit der regelbaren Gitter1-Spannung (negative Spannung) den Anodenstrom so ein, dass etwa 1/3 der Anodenverlustleitung auftritt! In Deinem Fall ca. 12 Watt (430Volt x 29mA = ca. 12 Watt).

Genau dieser Anodenstrom stellt sich bei einer Gitter1-Spannung von -36 Volt ein, wie er am eingebauten Messgerät ablesen kann! Diese Werte kommen jetzt auf die Röhrenaufkleber.

Dann sucht er aus dem Haufen Röhren die vor ihm liegen welche aus, die, bei unveränderter Gitter1-Einstellung, in etwa (!) den gleichen Anodenstrom wie die erste ReverenzRöhre liefert. So ungefähr funktioniert das Selektieren oder matching. Es gibt zwar noch genauere Methoden des matching aber meistens wird's so gemacht.

Alles klar?

Gruß

Ok, das mit der Röhrenselektion und den Messwerten habe ich jetzt verstanden.

Aber kurz nochmal zu meiner anderen Frage, was die Anodenspannung meines Amps angeht.
Diese ist ein konstanter Wert meines Verstärkers, oder?
Also z.B. immer 450 V.

Und ich muss die Spannung wissen, wenn ich mir neue Röhren kaufe, damit ich den Kathodenstrom richtig einstellen kann, korrekt?

Sollte ich da jetzt schon wieder was durcheinander bringen
Wenn ja, welche Werte muss ich also beim Kauf neuer Röhren wissen, um den Strom richtig einzustellen?

Hoffe, ich schnalls bald

Carsten

audientis schrieb:

Und ich muss die Spannung wissen, wenn ich mir neue Röhren kaufe, damit ich den Kathodenstrom richtig einstellen kann, korrekt? Sollte ich da jetzt schon wieder was durcheinander bringen Wenn ja, welche Werte muss ich also beim Kauf neuer Röhren wissen, um den Strom richtig einzustellen? Hoffe, ich schnalls bald Carsten

Hallo Carsten,

Dieser Wert ist konstant!!!!! Den kannst Du nicht verändern!!!

Du kannst in einem Verstärker eh nich jede verfügbare Röhre einfach so einsetzen! Hast Du einen Verstärker der für die Familie der EL34 konstruiert ist, so kannst Du keine &L& oder 300B, 2A3 oder KT88 usw. so einfach einsetzen. Auch wenn der Sockel der Röhre so augenscheinlich passt!?, nicht einfach ohne Fachkenntnis eine andere Röhre einsetzen.

Ein Beispiel: Du hast einen Verstärker der für eine EL34 konstruiert wurde, dann kannst Du unbedenklich alle Variationen der EL34, wie z.B.: E34L oder EL34-STB usw. darin tauschen. Dieser, für die EL34 konstruierte Verstärker stellt genau die Betriebsspannung zur Verfügung mit der eine EL34, jeglicher Abart, betrieben werden kann!

Also auf die Betriebsspannung brauchst Du beim Röhrenkauf, sofern Du bei der gleichen Röhre bleibst, nicht zu achten!

Gruß

audientis schrieb:

Ok, das mit der Röhrenselektion und den Messwerten habe ich jetzt verstanden. Aber kurz nochmal zu meiner anderen Frage, was die Anodenspannung meines Amps angeht. Diese ist ein konstanter Wert meines Verstärkers, oder? Also z.B. immer 450 V. Und ich muss die Spannung wissen, wenn ich mir neue Röhren kaufe, damit ich den Kathodenstrom richtig einstellen kann, korrekt? Sollte ich da jetzt schon wieder was durcheinander bringen Wenn ja, welche Werte muss ich also beim Kauf neuer Röhren wissen, um den Strom richtig einzustellen? Hoffe, ich schnalls bald Carsten

Hallo Carsten,

die Anodenspannung ist ein fester Spannungswert auf den das Netzteil des Amps ausgelegt ist.

Wenn Du neue Röhren kaufst,nimmst Du einfach den entsprechenden Typ,z.B. KT 88 und die am besten als selektierte Version.Es macht die Bias Einstellung einfacher und man weiß einfach daß die Röhren miteinander harmonieren.
Und die Mehrkosten sind bei vernünftigen Lieferanten wie BTB
minimal.

Die eigentliche Anodenspannung deines Amps ist zweitrangig.
Genauso wie die Selektionsdaten auf den Röhren nichts mit deinem Amp zu tun haben.Wie sidolf schon erwähnte dokumentieren diese nur die verwendeten Werte bei der Selektion. Der einzustellende Ruhestromwert bestimmt der Hersteller des Geräts. In der Regel sollte der Wert stimmen,rauf oder runter in geringem Maße schadet meist nicht,bringt aber auch klanglich meist nichts.

Gruß

Jens

Hallo Sidolf,

das ging ja scnnell.

Es ist ein TAC 88, der ja KT 88 Röhren hat.
Ich wollte mir die KT 88 von Elektro Harmonix oder SED bestellen.
Die Vorstufen-Röhren 6SN7 und 6SL7 hatte ich ja schon bestellt, müssten laut Tracking morgen kommen.

Wenn ich die dann habe, stelle ich dann den Strom erstmal auf den gleichen Wert ein wie jetzt, also 37 mA?

Du hattest mir ja so eine schöne Formel gegeben (N= U x I).
Dass hiesse ja, ich müsste im Datenblatt die Verlustleistung nachschauen und die Anodenspannung messen und dann an Hand der Formel den Strom errechen.
Dieser wäre dann aber der maximale und nicht der optimale Strom, stimmts?
Ausserdem müsste ich dann auch den Amp aufmachen und die Spannung messen. Lässt sich das umgehen, um den optimalen Strom einzustellen.

Hier mal die Daten der SED KT 88



Das sind aber alles Maximalwerte.
Wo liegt denn der optimale Arbeitsbereich, das steht da leider nicht drin.

verzweifel

Carsten

Nochmal Carsten,

wenn Du neue Röhren kaufst,dann vergiss den Meßaufkleber auf den Röhren und schon mal gar das Datenblatt der Röhre.

Einfach 37ma einstellen und alle 5-10 Stunden den Ruhestrom nochmal checken und ggf. nachregeln.Wenn die Röhren sich eingespielt haben,dann bleibt auch der Ruhestrom konstant.

Das Gerät brauchst Du nicht zu öffnen und da auch keine Spannungen nachmessen. Gefährlich Hochspannung

Und beim tausch der Vorröhren brauchst Du gar nichts einzustellen,nur bein den Endröhren.


Gruß

Jens

Wenn ich die dann habe, stelle ich ...

Damit meine ich natürlich nicht die Vorstufenröhren, das habe ich schon gelernt.

@Jens
Ok, danke Jens, wieder was gelernt.

die Anodenspannung ist ein fester Spannungswert auf den das Netzteil des Amps ausgelegt ist.

Der einzustellende Ruhestromwert bestimmt der Hersteller des Geräts.

Das sind Aussagen, die ich brauche, die verstehe auch ich.

Da ich aber technisch sehr interessiert bin, möchte ich natürlich auch tiefer in die Materie einsteigen und irgendwann den kompletten Durchblick haben. Naja, zumindest ein bisschen mehr als jetzt.
Von daher freue ich mich auch über die Antworten von Sidolf und anderen hier im Forum.
Aber am Anfang, wenn man nicht mal weiss, was eine Gitterspannung oder so ist, dann ist es schwer einigen Antworten zu folgen.

Danke nochmal an Euch für die Hilfe beim Einstieg in die Röhrenwelt.

@Sidolf
Mit diesen ganzen Gleichungen werd ich mich demnächst auch mal auseinandersetzen. Find ich auch ganz spannend und ist wohl auch unerlässlich, wenn man die Zusmannehänge verstehen will.
Hatte ja früher mal LK Physik im Abi. Ist aber anscheinend nicht mehr ganz so viel hängen geblieben.
Also... wieder auffrischen.
Früher dachte man ja immer... wofür brauch ihc das später im Leben? jetzt weiss mans.

Gruß
Carsten

@ Carsten und alle anderen Interessenten:
Da ich nicht weiss, was Du (noch) weisst, fang ich bei "Adam und Eva" an.
Jemand hat sich geärgert, dass die ersten Glühlampen innen immer dunkler wurden, weil offensichtlich Material vom Glühfaden "ausgestrahlt" wurde. Daher baute er ein Blech ein und befestigte es an einem Draht.
Das Material wurde natürlich weiter abgetragen, aber durch Zufall stellte dieser fest, dass an dem Blech eine kleine negative Spannung gegenüber dem Glühfaden entstand.
Zu jener Zeit gab es bereits Messinstrumente und man wusste, dass Elektronen negativ geladen sind. Also konnte besagter daraus schliessen, dass das Material,das sich da auf dem Glas und dem Blech niederschlug, mit Elektronen angereichert sein musste, denn sonst hätte die negative Spannung nicht entstehen können.
Und er fand weiter heraus, dass dieser ganz kleine Strom grösser wird, wenn man das Blech an eine positive Spannung legt.

Der nächste Schritt war, dass man das in eine modernere Glühlampe mit Wolfram-Glühfaden montierte. Hier war die Lebensdauer besser und die Ausbeute etwas grösser. Man hatte also jetzt ein Ding, das Strom fliessen liess, wenn das Blech postiv war und wo kein Strom floss, wenn es negativ war. Das war die erste Röhre mit zwei Elementen, die Diode (dass der Glühfaden selbst zwei Anschlüsse hat, zählt in diesem Sinne nicht).
Schon bald kam man auf die Idee, damit etwas anzufangen und irgendwelche Spannungen gleichzurichten. Nur war das ein bisschen wenig. Also hat man ein weiteres Element eingefügt. Mit diesem konnte man den Stromfluss unterbrechen oder zumindest abschwächen, obwohl das ursprüngliche Blech positiv war. Man hatte also jetzt den Glühfaden, der gleichzeitig die Elektronen aussendete (direkt geheizte Kathode) und das positive Blech (Anode) und ein Steuerelement.

An diesem hat man weiter gewerkelt und festgestellt, dass ein Sieb oder Gitter sich besser eignet als nur ein Blechstreifen irgendwo in der Landschaft. Und es gab eine einfache Erklärung dafür:
Die Elektronen aus der Kathode fliegen zu diesem Gitter. Ist es positiv geladen (Elektronenmangel), so zieht es die Elektronen an und der Strom fliesst weniger zur Anode als zum Gitter.
Wird es aber negativ geladen, so stösst diese negative Ladung (die Elektronen "verstopfen" die Gittermaschen) die daher fliegenden Elektronen ab. Damit ist gar kein Stromfluss zum Gitter oder zur Anode möglich.
Damit war es möglich, ohne Leistung, nur mit einer Spannung, einen Strom ein- und auszuschalten. Die bisherigen Schalter mussten von hand bedient werden oder es waren Relais, deren Spule eine Leistung brauchte.

Erst später kam man auf die Idee, den Strom nicht nur zu schalten, sondern durch die Gitterspannung kontinuierlich zu verändern. Dabei galt (und gilt immer noch), dass bei grosser negativer Spannung am Gitter kein Strom fliesst und dass der Anodenstrom geregelt werden kann, wenn man die negative Spannung am Gitter verringert. Es gilt aber auch noch, dass das Gitter nicht Null Volt oder positiv sein soll, weil sonst der Strom zunehmend zum Gitter fliesst und möglicherweise der Anodenstrom abnimmt.

Die nächste Entwicklung war die Verbesserung der Kathode durch neues Material und auch die Trennung zwischen Kathode und Heizung. Man hatte aber immer noch die drei Elemente Anode, Gitter und Kathode.
Durch Veränderung von Form und Abstand zur Kathode wurde das Gitter optimiert. Es wurde möglich, eine recht genaue Übereinstimmung von Gitterspannung und Anodenstrom herzustellen. Und weil man ja nicht nur schalten, sondern steuern wollte, stellte man fest, dass an der Anode eine Spannung an einem Widerstand abfällt und somit aus der festen Anodenspannung eine variable Spannung wird, die einen grösseren Bereich hat als die steuernde Gitterspannung. Kurz, man hat den Verstärker erfunden.

Es wurde weiter experimentiert und so hat man festgestellt, dass bei der Triode (mit den erwähnten drei Elementen) der Strom nicht nur von der Gitterspannung abhängig ist, sondern auch von der Anodenspannung. Je höher die Anodenspannung, desto höher der Strom.

Im Verstärker ergibt das aber ein Problem. Wenn der Strom ansteigt, steigt der Spannungsabfall am Anodenwiderstand und damit sinkt die Anodenspannung und damit sinkt der Strom. Es gibt als eine negative Beeinflussung dessen, was man erreichen wollte. Dass das heute nicht mehr so stark ist, dass die Triode kaum verstärkt, dürfte bekannt sein, denn sonst wäre diese Röhrenart "ausgestorben".

Zuerst hat man einen Trick angewendet und als Anodenwiderstand keinen Draht- oder Kohlewiderstand verwendet, sondern eine Drosselspule. Diese hat eine Induktivität, sodass sie für Wechselspannung einen Widerstand darstellt, nicht aber für die Gleichspannung. Wenn man also eine Anodenbatterie mit 60V hatte, so hatte man ohne Signal an der Anode immer noch die 60V. Allerdings blieb der Spannungsabfall bei der Ansteuerung, weil ja der unterschiedliche Strom (Strom mit wechselnder Stärke) einen Spannungsabfall erzeugte und der gewünschten Wirkung entgegen wirkte.

Der nächste Schritt war das Einfügen eines weiteren Gitters. Dieses sollte die Rückwirkung verringern oder vermeiden. Es sollte die Elektronen von der Kathode her durch das Steuergitter anziehen und beschleunigen und ihnen dabei so wenig als möglich im Weg stehen. Es sollte also die Rückwirkung der Anode abschirmen. Damit war das Schirmgitter geboren. Das neue Kind nannte sich Tetrode, weil es 4 Elemente besass. Es war (fast) die Erfüllung der Träume.
Wenn man eine Kurve zeichnet, indem das Verhältnis Anodenstrom zu Anodenspannung dargestellt wird, sieht man, dass diese Kurve sehr flach ist. Das bedeutet, dass die Anodenspannung ab einem bestimmten Wert praktisch keinen Einfluss auf den Anodenstrom hat. Nur ganz am Anfang steigt der Strom mit der Spannung stark an, aber diesen Bereich kann man ja meiden.
Nur ein Nachteil bleibt: Es gibt einen bestimmten Bereich auf der Kurve von Anodenstrom und Anodenspannung, kurz nach dem steilen Anstieg, wo der Strom mit zunehmender Spannung abnimmt. Dies geschieht, weil beim Aufprall der Elektronen auf die Anode aus diesem Blech selbst Elektronen herausgeschlagen werden. Und je höher die Anodenspannung (in diesem kleinen Bereich) desto mehr ausgeschlagene Elektronen. Weil das Schirmgitter in diesem Moment positiver als die Anode ist, werden diese "Sekundärelektronen" vom Schirmgitter angezogen und "entsorgt" sodass der Schirmgitterstrom zunimmt, der Anodenstrom sich aber verringert. Erst bei höheren Spannungen vermag die Anode wieder alle (auch die Sekundären) Elektronen anzuziehen.

Der nächste Schritt war die Pentode, die jetzt zwischen Schirmgitter und Anode noch ein Gitter oder ein entsprechendes Element bekam. Dieses bremst die Sekundärelektronen soweit, dass sie nicht auf das Schirmgitter zurück gelangen können und wieder zur Anode fliegen, unabhängig von der Anodenspannung. Daher nennt man es Bremsgitter. Damit es seine Arbeit verrichten kann, liegt es auf Kathodenpotential (ist meist intern verbunden).
Statt des Gitters werden auch Bleche montiert, die den Elektronenstrahl so fokusieren, das da Richtung Anode fliegenden Elektronen die "Irrläufer" bombardieren und zur Umkehr zwingen. Diese eigentlichen Tetroden, die sich wie Pentoden verhalten (auch die KT88) nennt man Beampower-Röhren.

Jetzt ist noch zu ergänzen, was es mit dem maximalen Kathodenstrom und den Leistungen an Anode und Schirmgitter aufsich hat.
Zuerst aber nochmals der Hinweis, dass erstens das Steuergitter niemals positiv werden darf (das gilt für Verstärkeranwendungen. Es gibt Sonderschaltungen mit Spezialröhren, wo kurzzeitig das Steuergitter positiv werden darf, siehe Sperrschwinger).
Zweitens ist aus den Kurven in den Datenblättern ersichtlich, dass gerade Pentoden eine minimale Anodenspannung besitzen müssen, um richtig zu funktionieren. Aber auch alle anderen Röhren haben eigentlich Minimalspannungen, die für einen "artgerechten" Betrieb nötig sind.

Liegt an der Anode die Anodenspannung an und es fliesst ein Anodenstrom, so ergibt dies (nicht N=UxI, weil die Bezeichnung N für Leistung vor bald 50 Jahren abgeschafft und durch P ersetzt wurde) die Leistung Pa = UxI (nicht zu verwechseln mit Po = Ausgangsleistung des Verstärkers). Und das Gleiche geschieht am Schirmgitter Pg2 = Ug2 x Ig2.
Gitter und Anodenblech sind auf eine bestimmte Erwärmbarkeit ausgelegt, also auf eine bestimmte maximale Leistung. Wird diese Leistung durch einen zu hohen Strom und/oder eine zu hohe Spannung überschritten, so kann sich die ganze "Mechanik" verbiegen und es kommt zu Kurzschlüssen oder zumindest zu Datenänderungen der Röhre, denn die Daten sind vollumfänglich von der mechanischen Konstruktion abhängig.

Die Kathode soll mehr Elektronen emitieren, als verbraucht werden. In diesem Fall bildet sich eine Elektronenwolke zwischen Kathode und Steuergitter. Wird diese Wolke aufgebraucht, kommt die Kathode in die Sättigung, was den heutigen Materialien nicht bekommt. Die Röhre verliert innert kurzer Zeit ihre Funktion. Daher darf die Röhre auch nicht mit falscher Heizung (zuviel beschädigt den Heizfaden, zuwenig die Kathode) betrieben werden.

Es ist also wichtig, die Grenzdaten, die in den Datenblättern aufgeführt sind, nicht zu überschreiten.
Daher ist bei Geräten, die eine Ruhestromeinstellung gestatten, diese auch gewissenhaft unter Beachtung der Herstellervorgaben des Gerätes und der Grenzdaten der Röhre vorzunehmen.

Und schliesslich ist als wichtigstes zu beachten: Röhren sind für einen bestimmten Einsatz gebaut. Dies ist eine Folge ihres mechanischen Aufbaues und dieser wurde aufgrund der Anforderungen so gewählt. Je nach Einsatzzweck ändern sich die Daten. Und daher gilt, dass NIEMALS eine Röhre gegen einen anderen Typ ersetzt werden darf, ohne dass die "Umgebung" der neuen Röhre angepasst wurde. Und der Konstrukteur hat sich vermutlich mehr gedacht als der unbedarfte Laie, der einfach mal gedankenlos stöpselt...

Hallo Richard,

super erklärt!!

Gleich mal ausdrucken:)




Gruß
Manfred

Vor allem das:
Röhren sind für einen bestimmten Einsatz gebaut. Dies ist eine Folge ihres mechanischen Aufbaues und dieser wurde aufgrund der Anforderungen so gewählt. Je nach Einsatzzweck ändern sich die Daten. Und daher gilt, dass NIEMALS eine Röhre gegen einen anderen Typ ersetzt werden darf, ohne dass die "Umgebung" der neuen Röhre angepasst wurde. Und der Konstrukteur hat sich vermutlich mehr gedacht als der unbedarfte Laie, der einfach mal gedankenlos stöpselt...

kann man gar nicht oft genug wiederholen...

MfG

DB