Hallo, ich bin neulich irgendwie auf Röhren gekommen und habe mir dazu mal den Wikipediaartikel durchgelesen um zu verstehen, wie diese funktionieren. Es wird durch eine Heizung eine Kathode so weit erhitzt, das durch die Wärme eine Glühemission statt findet, dessen freie Elektronen dann von der Anode aufgesaugt werden können. Um den Strom von Anode und Kathode steuern zu können, kann man dazwischen ein Gitter platzieren. Je negativer das Gitter geladen ist, um so weniger Strom fließt zwischen Kathode und Anode. Es gibt nun verschiedene Metalle und Materialien mit unterschiedlichen Austrittsarbeiten. Zum Beispiel müsste eine Kathode aus Platin stärker erhitzt werden, wie eine Kathode aus Lithium, damit es zu einer Glühemission kommt. Angenommen man baut sich eine Röhre bei der die Kathode aus Lithium besteht und die Anode und das Gitter aus Platin. Nun erhitzt man die komplette Röhre gleichmäßig, inklusive Gitter und Anode so weit, das wir die Temperatur erreicht haben, bei der Glühemission von Lithium beginnt, aber noch kalt genug ist, das es beim Gitter noch zu keiner Emission kommt. Bis dahin sollte die Röhre noch funktionieren? Wenn man nun diese Röhre möglichst gut dämmt, so das möglichst wenig Wärme verloren geht, sollte man doch eigentlich eine effiziente Röhre gebaut haben, oder verstehe ich was komplett falsch? Grüße Tobias
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Ich wuerd das Gitter und die Anode aber eher kalt lassen ... was soll's denn bringen, die auch zu waermen, wir brauchen von dort keinen Elektronenaustritt.
Beitrag #5145701 wurde von einem Moderator gelöscht.
Meine Glaskugel hat gerade geblinkt und mir mitgeteilt, dass er durch die IsUlierung Heizleistung sparen will. Das klappt aber nicht, da die Anode durch die auftreffenden Elektronen erhitzt wird (P = U x I). D.h. Die Anode muss gekühlt (Strahlungs- oder Wasser-Kühlung) werden, weil sie sonst (ver)glüht.
Ganz genau, ich will die Energie für die Heizung sparen. Durch die Isolierung wird zwangsläufig das Gitter und die Anode warm. Im optimalen Fall könnte ich dann mit der Anode sogar die Kathode heizen und bräuchte überhaupt keine Energie mehr für die Heizung aufwenden. Das aber ab einer gewissen Stromstärke auch Wärme abführen muss, ist klar, schließlich (sollte) es nur in einem bestimmten Temperaturfenster funktionieren.
Erste Vermutung wäre: die Temperaturbereiche überlappen sich. Wenn du die Kathode so weit erwärmst, dass du ausreichend freie Elektronen bekommst, sind Gitter und Anode bereits so warm, dass du die austretenden Elektronen nicht mehr ignorieren kannst. Zweite Vermutung: der Temperaturbereich in dem es überhaupt funktioniert ist so klein, du musst die Röhre abwechseln kühlen und heizen. Dafür brauchst du mehr Energie, als für die Heizung. Oder dritte Vermutung: als noch Röhrengeräte mit Batteriebetrieb gebaut wurden, war die Temperaturregelung zu aufwendig. Heutzutage kann man die Regelung zwar bauen, aber man benutzt keine Röhren mehr. Hast du die Tabellenbücher zur Berechnung des möglichen Temperaturbereiches?
Tobias B. schrieb: > verstehe ich was komplett falsch? Ja, neben der Heizung soll die Röhre noch etwas sinnvolles machen. Dieser Anodenstrom bringt in die Röhre Verlustleistung ein und heizt diese auf. Diese Verlustleistung soll im Verhältnis zur Heizleistung möglichst groß sein.
Tobias B. schrieb: > Wenn man nun diese > Röhre möglichst gut dämmt, so das möglichst wenig Wärme verloren geht, > sollte man doch eigentlich eine effiziente Röhre gebaut haben, oder > verstehe ich was komplett falsch? Könnte man machen, aber der Aufwand rechtfertigt sicher nicht die zu erwartenden bescheidenen Ergebnisse. Üblicher Weise nimmt man als Kathodenmaterial aber nicht Lithium, -welches verdampfen würde-, sondern Bariumoxid, welches schon bei Rotglut gute Emission zeigt, und als Anode mit geringer Emission kommt z.B. Graphit in Frage. Brauchbare Elektronenröhren wollen für vernünftige Leistungen aber möglichst viel Spannung sehen, und dafür reicht die geringe überschüssige thermische Energie der aus der Kathode herausgekochten Elektronen nicht aus. Das sind mit Lügen und Gerichtskosten kaum 2V. Für einen Oszillator reicht das mit Ach und Krach, aber Halbleiter funktionieren wesentlich besser. Übrigens gab es m.W vor Ewigkeiten außengeheizte Röhren für Empfänger, die ohne Batterien von einem Petroleumbrenner angetrieben wurden. Die Anodenspannung wurde aber trotzdem mit einer Vielzahl von Thermoelementen gewonnen.
Durch die große Bauform ist die thermischen Isolierung nach außen begrenzt, Eine gute Isolierung kann man z.B. im Vakuum erreichen. Von daher wäre es wohl einfacher die Kathode direkt gut zu isolieren indem man sie im Vakuum aufhängt. Es wäre also wohl eher praktischer die Isolierung schon in der Röhre etwas zu verbessern, etwa mit Strahlungsschirmen und ggf. vergolden für gute IR Reflexion. So weit sind davon einige Röhren nicht weg.
> Von daher wäre es wohl einfacher die Kathode direkt gut zu > isolieren indem man sie im Vakuum aufhängt. Besonders bei Vakuumröhren ist das eine gute Möglichkeit ...
Elektrofan schrieb: > Besonders bei Vakuumröhren ist das eine gute Möglichkeit ... Irgendwie habe ich in Erinnerung, das alle Elektronenröhren Vakuumisoliert sind. :-)
Ist es nicht für eine Vakuumröhre kontraproduktiv, wenn die Glühwendel nicht glüht? Es geht meines Wissens nicht um die Hitze sondern um das Glühen und ohne Glühen werden keine Elektronen emittiert. Wenn man sie jetzt isoliert, damit sie schön warm bleibt und nichts glühen muss, wird sie meiner Meinung nach nicht funktionieren. Oder ich hab das, was der TE meinte, nicht verstanden :)
Naja, wenn die Kathode glüht ist sie heiß und wenn sie heiß genug ist glüht sie Das ganze ist prinzipiell möglich. Bei manchen Senderöhren ist die Anode ein Grafitblock der im Betrieb glühen kann und darf. Der könnte ohne weiteres eine Kathode soweit aufheizen daß die ohne innere Heizung wieder genug Elektronen abgibt. Ein Problem hat man dann wenn man ein Steuergitter in die Röhre einbauen will. Wenn das von der Anode mit zum Glühen geheizt wird ann emittiert das auch Elektronen, und da esnageativer als die Kathode war sogar mehr als diese. Die Röhre kann damit nicht mehr gesteuert werdne sondern wird in alle Richtungen niederohmig wie ein durchlegierter Transistor. Aus dem Grund haben die Gitter oft Kühlflügel und sind bei manchen röhren sogar vergoldet worden damit sie möglichst wenig zur Kathode werden.
Doch, man kann Feldemission machen. Dabei kommen Elektronen kalt raus.Eine Frage der Oberflaeche.
Tobias B. schrieb: > Ganz genau, ich will die Energie für die Heizung sparen. Dann nimm eine Kaltkathodenröhre und gut is's. In Röhrenzeiten hat man die gerne verwendet, wenn man die Leistung für die Heizung sparen wollte.
@Wolfgang
> Dann nimm eine Kaltkathodenröhre und gut is's.
Wo gibt es so eine Verstärkerröhre zu kaufen?
Bitte einen Link angeben.
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Wolfgang schrieb: > Dann nimm eine Kaltkathodenröhre und gut is's. > In Röhrenzeiten hat man die gerne verwendet, wenn man die Leistung für > die Heizung sparen wollte. Ja: https://de.wikipedia.org/wiki/Thyratron#Kaltkathoden-Thyratron
>> Besonders bei Vakuumröhren ist das eine gute Möglichkeit ... > Irgendwie habe ich in Erinnerung, das alle Elektronenröhren > Vakuumisoliert sind. :-) Solche Röhren -ohne Vakuum- habe ich noch im Betrieb gesehen: https://de.wikipedia.org/wiki/Quecksilberdampfgleichrichter
Elektrofan schrieb: > Solche Röhren -ohne Vakuum- habe ich noch im Betrieb gesehen: > https://de.wikipedia.org/wiki/Quecksilberdampfgleichrichter Nun, auch solche Röhren müssen, ähnlich wie Leuchtstofflampen, evakuiert werden. Der Druck ist aber vermutlich etwas höher als bei normalen Elektronenröhren.
Tobias B. schrieb: > ich will die Energie für die Heizung sparen. Dann macht man den zu heizenden Bereich nicht so groß wie möglich, sondern so klein wie nötig. Besonders wenig Heizleistung brauchen direkt geheizte Röhren (DF96: 35mW).
Hmm, ich denke, ich hab es immer noch nicht kapiert ... Dachte ein Stromfluss durch eine glühende Heizwendel wäre notwendig, damit eine Vakuumröhre funktioniert. Wenn etwas glüht, ohne dass Strom durch fließt, werden dann trotzdem Elektronen emittiert? Die müssten dann ja alle aus dem Metall kommen und damit hätte ich ein Glaubensproblem :)
Mampf F. schrieb: > Dachte ein Stromfluss durch eine glühende Heizwendel wäre notwendig, > damit eine Vakuumröhre funktioniert. Nein > Wenn etwas glüht, ohne dass Strom durch fließt, werden dann trotzdem > Elektronen emittiert? Ja, unter anderen erkennbar durch Rückzündungen, die es bei (durch Überlastung) rotglühenden Anoden gibt. > Die müssten dann ja alle aus dem Metall kommen und damit hätte ich ein > Glaubensproblem :) Dann frag doch mal Deinen Pastor. Vielleicht kann der Dir da weiterhelfen...
Die Optimierung wurde doch schon mit dem Nuvistor gemacht. Leider hat der Transistor ihm den Hals zugedreht.
Die Überlegung, Röhren durch eine Außenheizung zur Elektronenemission zu verleiten, ist zwar zwar als Gedankenmodell möglich, aber in der Praxis absolut undurchführbar. Die Kathode muss auf ca. 400°C erhitzt werden, aber alle anderen Elektroden müssen kühl gehalten werden, damit sie selbst keine Emission erzeugen. Speziell die Anode erzeugt die meiste Verlustwärme, die abgeführt werden muss. Kannst du selbst bei einem genaueren Studium des folgenden Links erkennen (geht u.U. bis zum Schmelzen des Glaskolbens): https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenr%C3%B6hre#Direkte_und_indirekte_Heizung Die Standardröhren füe HF und NF-Vorstufen benötigten bei 6,3V / 0,3A gerade einmal 2 Watt als Heizleistung. Typische Leistungs-Endröhren mit 12 Watt Anodenverlustleistung (ca. 6W Ausgangsleistung) benötigten knapp 5W Heizung (EL84: 6,3V - 0,75A). Damit erübrigt sich ohnehin eine Außenheizung der gesamtem Röhre zur "Einsparung". Verstärkerröhren sind Höchstvakuumröhren (Gasdruck <10^-6mm Quecksilbersäule). Ausnahmen sind gasgefüllte Spezialröhren (Thyratrons, Quecksilberdampfgleichrichter). Um das sicherzustellen (+ Absorbtion von Gasausbrüchen aus dem Material durch Erwärmung), wird hierfür noch ein "Getter"-Material in der Röhre verwendet. Ist u.a. hier beschrieben: http://www.rainers-elektronikpage.de/Alte-Fachbucher/Lexikon-der-Rundfunkrohren/lexikon-der-rundfunkrohren.html Jetzt als Pastor: Metalle emittieren bei Erhitzung Elektronen. Allerdings geht das nur im Hochvakuum und teilweise erst bei Weißglut. Aber es bildet sich sofort eine Elektronenwolke um den Strahler ("Raumladung"), die eine weitere Emission verhindert. Erst die Ableitung durch eine weitere, mit einer positiven Spannung versehenen Elektrode (Gitter, Anode) erzeugt einen Stromfluss, der durch die angelegte Spannungsquelle gespeist wird. Röhren jeder Art gibt es zuhauf auf Funkflohmärkten oder als Restposten bei Versendern wie z.B. Pollin. Suche einfach nach "Rundfunkröhren" - da bekommst du auch noch jede Links zu Infomaterial. Horst
HST schrieb: > Röhren durch eine Außenheizung zur Elektronenemission zu > verleiten, ist zwar zwar als Gedankenmodell möglich, aber in der Praxis > absolut undurchführbar. Die Kathode muss auf ca. 400°C erhitzt werden, > aber alle anderen Elektroden müssen kühl gehalten werden, damit sie > selbst keine Emission erzeugen Unfug. Zum Glück gibt es ja unterschiedliche Materialien, und offenbar hast du noch nie Senderöhren friedlich vor sich hin glühen sehen: https://www.youtube.com/watch?v=WCrkQNfM7Lw
HST schrieb: > Die Überlegung, Röhren durch eine Außenheizung zur Elektronenemission zu > verleiten, ist zwar zwar als Gedankenmodell möglich, aber in der Praxis > absolut undurchführbar. Die Kathode muss auf ca. 400°C erhitzt werden, [..] > Horst Nö, zumindest theoretisch hast Du Unrecht: Die Kathode zu erhitzen um sie zur Emission von Elektronen zu bewegen ist nur eine der Möglichkeiten. Eine Weitere ist das bestrahlen mit Licht und dieser Fall ist ja auch in Vakuum-Fotozellen benutzt worden, diese erzeugen sogar bei Bestrahlung eine Fotospannung durch diesen Effekt. Nichts hindert Dich ein zusätzliches Gitter einzubringen um den Elektronenstrom wie bei einer Triode zu steuern oder aber auch die Heizleistung zu erhöhen in dem Du da mit dem Laser drin herum funzelst. In wie fern das heute sinnvoll sein mag sei dahin gestellt, aber es ist nicht absolut unmöglich. Gruß, Holm
Hp M. schrieb: > Übrigens gab es m.W vor Ewigkeiten außengeheizte Röhren für Empfänger, > die ohne Batterien von einem Petroleumbrenner angetrieben wurden. Die > Anodenspannung wurde aber trotzdem mit einer Vielzahl von > Thermoelementen gewonnen. ...und ich habe immer gedacht, das Wort "Dampfradio" ist nur eine witzige Bezeichnung für ein besonders altes Gerät. :)
Ich geb's auf. Ich habe rund 40 Jahre mit Röhren aller Art entwickelt, Empfänger und Sender gebaut. Wir reden über die praktische Ausführung von Verstärkerröhren, die auch Leistung erbringen sollen und nicht über Exoten wie Fotozellen. Anoden und Gitter praktisch aller Röhren sind konzentrisch um die Kathode angeordnet (Ausnahme Scheibenröhren). Wie will man denn da die Kathode gezielt von außen erhitzen? Die Gitter dürfen nicht zu heiß werden, um Sekundäremission zu vermeiden. Die Hersteller der Röhren wussten es sicher besser als das was hier teilweise an Aussagen produziert wird. Dabei gibt es tonnenweise hervorragendes Material über Aufbau und Wirkungsweise der Verstärkerröhren im Internet. Man muss sich eben nur die Mühe machen, sich richtig zu informieren. >Unfug. >Zum Glück gibt es ja unterschiedliche Materialien, und offenbar hast du >noch nie Senderöhren friedlich vor sich hin glühen sehen: >Youtube-Video "modulator test,2x qb3-300 10-07-2011 am middengolf srs >piraat pirate zender" Tja, Youtube macht einen schon zum Spezialisten... Was meinst du denn, warum bei diesen strahlungsgekühlten Röhren mit Graphitanode der Glasmantel einen so großen Durchmesser hat? Abgesehen davon, dass hier die Röhren zum Test ziemlich überlastet wurden (normal Pa_max=125W, dunkle Rotglut - max. 800°C). Übrigens, das helle Leuchten am Röhrenboden kommt von der deutlich heißeren Spezial-Kathode innen (thoriertes Wolfram, ca.1200°C). Wenn du diese Röhren ummantelst, um die Kathode von außen zu erhitzen, würde das Glas (spec. max. 350°C) schneller aufweichen als du gucken kannst. Anbei das Datenblatt. Theoretische Gedankenmodelle und die Praxis passen eben nicht immer zusammen.
HST schrieb: > Gitter dürfen nicht zu heiß werden, um Sekundäremission zu vermeiden. Sekundäremission kommt nicht durch Wärme, sondern durch Beschuss mit ausreichend schnellen Elektronen zustande. Thermische Gitteremission kann man, wie bereits gesagt, durch die Wahl geeigneter Werkstoffe bzw. Oberflächen vermeiden. HST schrieb: > Was meinst du denn, warum bei diesen strahlungsgekühlten Röhren mit > Graphitanode der Glasmantel einen so großen Durchmesser hat? Weil das Glas nicht allzu warm werden darf, sonst wird es weich und/oder elektrisch leitend. Das steht hier aber nicht zur Diskussion, schliesslich gibt es auch Röhren in Metall-Keramik-Technik. HST schrieb: > Tja, Youtube macht einen schon zum Spezialisten... Freut mich für dich. Ich habe allerdings die glühenden Anoden der QB3/300 schon selbst gesehen. Die steckten nämlich in Endstufe, Treiber und Modulator der Lorenz VOR drin.
Tobias B. schrieb: > Wenn man nun diese > Röhre möglichst gut dämmt, so das möglichst wenig Wärme verloren geht, > sollte man doch eigentlich eine effiziente Röhre gebaut haben, oder > verstehe ich was komplett falsch? Nehmen wir mal an, um die komplette Röhre zu heizen, brauchst Du 100W. Nun nimmst Du eine extrem aufwendige Wärmeisolation, die nur 1% durchläßt, was ein sehr guter Wert ist, dann brauchst Du immer noch 1W, um die Temperatur zu halten. Im Vergleich eine direkt geheizte DF96 braucht nur 0,035W Heizleistung, völlig ohne super teure Wärmeisolation. Und sie ist auch in wenigen Sekunden betriebsbereit. Dein Thermostat braucht vermutlich über eine Stunde zum Aufheizen auf Emissionstemperatur.
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Hp M. schrieb: > Übrigens gab es m.W vor Ewigkeiten außengeheizte Röhren für Empfänger, > die ohne Batterien von einem Petroleumbrenner angetrieben wurden. Die > Anodenspannung wurde aber trotzdem mit einer Vielzahl von > Thermoelementen gewonnen. Hat dafür jemand eine Quelle? Ich würde gerne mal Bilder solcher Aufbauten sehen.
Peter D. schrieb: > Im Vergleich eine direkt geheizte DF96 braucht nur 0,035W Heizleistung, > völlig ohne super teure Wärmeisolation. Und sie ist auch in wenigen > Sekunden betriebsbereit Wenn man einmal derartige technische Problemchen mit der Wärmeisolation und der Effizienz beiseite lässt, so hat das vorgeschlagene Gedankenexperiment doch einen bestimmten Reiz. Dee Einfachheit halber lassen wir auch das Steuergitter weg und betrachten eine Diode: Wie "jeder" weiss, baut sich -so die Kathode funktioniert-, eine Spannung zwischen Anode und Kathode auf, so etwa 1V, die man auch mit ein paar µA belasten kann. Das bedeutet, dass man dem System nutzbare Energie entnehmen kann. Die Spannung stammt -in Form von Geschwindigkeit- aus einem Überschuss von thermischer Energie, den die Elektronen nach leisten der Austrittsarbeit mit sich nehmen. Wenn also die Elektronen beim Austritt Wärmeenergie aus der Kathode mitnehmen, so wird die Kathode dabei gekühlt -und zwar unabhängig von der Temperatur der emissionsfreien Anode! Demnach darf sich die Anode auch auf der gleichen Temperatur befinden wie die Kathode. ΔT=0 Das wiederum bedeutet, dass wir eine Apparatur haben, die Wärmeenergie in Nutzenergie verwandelt OHNE dass eine Wärmesenke (beim Kraftwerk ist das der Kühlturm) existiert, und die nicht zwischen zwei Temperaturen (Carnot) arbeitet. So etwas nennt man ein Perpetuum Mobile der zweiten Art. https://de.wikipedia.org/wiki/Perpetuum_mobile#Perpetuum_mobile_zweiter_Art Wo ist der Pferdefuß?
Jonas F. schrieb: > Hp M. schrieb: >> Übrigens gab es m.W vor Ewigkeiten außengeheizte Röhren für Empfänger, >> die ohne Batterien von einem Petroleumbrenner angetrieben wurden. Die >> Anodenspannung wurde aber trotzdem mit einer Vielzahl von >> Thermoelementen gewonnen. > > Hat dafür jemand eine Quelle? Ich würde gerne mal Bilder solcher > Aufbauten sehen. Ich habe so ein Teil nie in natura gesehen, weiss nur, dass es sie gab. Hier ist eine Patenanmeldung für solch ein Teil, bei dem die Kathode mit einem pyrotechnischen Satz geheizt wird, und gar nicht mal so alt: http://google.tl/patents/US4107566 Gedacht für den Einbau in Granatzündern. Ausreichend schnelle und leistungsfähige Transistoren standen 1955 offenbar noch nicht zur Verfügung. In der Patentschrift wird auf ältere Patente Bezug genommen. Damit kannst dich ja selbst mal schlau machen.
Hp M. schrieb: > Gedacht für den Einbau in Granatzündern. Es gibt reichlich Patente, die nie praktisch genutzt wurden. Ich hab in meiner NVA-Zeit im Munitionslager mal eine russische Raketensteuerung mit Röhren gesehen. Es waren D-Röhren, d.h. sie waren kurz nach Abschuß betriebsbereit. Die Stromversorgung erfolgte mit einer Turbine im Luftstrom. Die Platinen waren kreisrund und sehr dicht bestückt. Auf Wärmeabfuhr mußte ja keine Rücksicht genommen werden für die kurze Betriebsdauer.
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