Audionröhren mit Alkalidampffüllung

Notiz in der ETZ 6‑1925 (Elektrotechnische Zeitschrift):

Bekanntlich kann durch Gase von passend gewähltem niedrigen Druck die Raumladung in einer Elektronenröhre stark herabgesetzt, also die Steilheit, der Kennlinie merklich gesteigert werden. Besonders vorteilhaft sind Edelgase und Metalldämpfe.
Hugh A. Brown und Chas. T. Knipp (J. Am. Inst. El. Eng., vol. 43, pp. 26‑32) bauten auf dieser Grundlage Audion‑ und Verstärkerröhren mit niedriger Anodenspannung. Da die zulässige untere Grenze der Anodenspannung um so mehr herabgesetzt wird, je niedriger die Ionisierungsspannung des betreffenden Metalldampfes ist, so wurden die Dämpfe von Kalium und Natrium benutzt. Die beiden Alkalimetalle werden im Verhältnis ihrer Atomgewichte im Vakuum geschmolzen. Die entstehende Legierung ist bei Zimmertemperatur flüssig und hat ein Quecksilber-ähnliches Aussehen. Sie wird nach ihrer Herstellung nicht mehr mit Luft in Berührung gebracht. Die Überleitung der Legierung in die vorher durch Elektronenbombardement weitgehend entgasten Röhren erfolgt durch Destillation aus einer Vorlage, die im Ölbad auf 230⁰ C erhitzt wird. Auf der Glaswand schlägt sich dann ein silber-weißer Spiegel der Legierung nieder. Beim Destillationsprozeß wird der Faden geglüht, um die Legierung von den inneren Metallteilen der Röhre fernzuhalten. Für die meisten Versuche wurden handelsübliche Eingitterröhren für Radioempfangsanlagen benutzt.

Eine derartig präparierte Röhre hat z. B. bei 10 V Anodenspannung und 0 Volt Gittervorspannung ca. 2 mA Anodenstrom und eine zwischen E_g = - 3,5 V und + 1,5 V geradlinig verlaufende Kennlinie mit einer Steilheit von ca. 5*10^-4 A/V [0.5 mA/V]. Verbindet man das positive Faden-Ende mit der Anode (Fadenspannung 4,5 V), so erhält man bei 0 V Gittervorspannung noch 1,5 mA Anodenstrom, und selbst bei Verbindung des negativen Faden-Endes mit der Anode kann man noch etwa 1 mA Anodenstrom erzielen. Als Audion hat eine derartige Röhre maximale Empfindlichkeit bei etwa 10 V Anodenspannung, bei geringerer Anodenspannung fällt die Empfindlichkeit rasch, bei höherer aber nur langsam ab, (bei 20 V beträgt sie noch 70 % des maximalen Wertes), im vorteilhaften Gegensatz zu Glühkathodenröhren mit anderer Gasfüllung (Stickstoff usw.), bei denen die Empfindlichkeit auf beiden Seiten vom Maximum sehr rasch abfällt. Als Verstärkerröhre gibt die Alkali-Röhre bei niedrigen Anodenspannungen (5 bis 10 V) noch wesentlich bessere Resultate als eine Hochvakuumröhre bei normaler Anodenspannung, bei höherer Anodenspannung ist die Verstärkung der Alkali-Röhren sowie die Abhängigkeit der Verstärkung von der Anodenspannung ungefähr ebenso wie bei einer Hochvakuumröhre gleicher Konstruktion. Als besondere Eigentümlichkeit der Alkali-Röhren in Audionschaltung wurde eine Abhängigkeit der Empfindlichkeit von der Wellenlänge mit einem Maximum bei einer 650 m‑Welle beobachtet. Da der Dampfdruck in der Röhre wesentlich von der Erwärmung der Glaswand durch den Glühdraht abhängt, so braucht die Röhre nach Einschalten 20 sek bis 1 min, um voll zu wirken.

Die bisher besprochenen Resultate sind mit Wolframfäden erhalten. Die Ausdehnung des Verfahrens auf Oxydkathodenröhren war weniger erfolgreich: bei normaler Heizung wurde meist eine starke Herabsetzung des Anodenstromes gegenüber der Hochvakuumröhre beobachtet. Wegen der geringen Temperatur ist natürlich der Alkalidampfdruck geringer als bei der Wolframröhre. Einen naheliegenden Grund für eine direkte Herabsetzung der Emission führen die Verfasser aber nicht an: bekanntlich wird die Oxydkathode bei normaler Heizung und Unterheizung durch Spuren von Restgasen leicht vergiftet. Da nicht anzunehmen ist, daß die von den Verfassern hergestellten Alkaliröhren mit Oxydkathode derartig weitgehend entgast sind wie handelsübliche Hochvakumoxydröhren, so ist der obige Effekt erklärlich. Bei höherer Heizung ist die Oxydkathode weniger empfindlich gegen Gasreste, auch werden vermutlich durch die stärkere Erwärmung der Glaswand die Sauerstoffreste durch die Alkalimetalle in erhöhtem Maße gebunden. In der Tat zeigte die Alkaliröhre bei starker Überheizung der Oxydkathode erhöhte Emission. Gleiches war der Fall für Oxydkathodenröhren, die schon bei normaler Heizung beträchtliche Erwärmung der Glaswand zeigen.

MfG DR

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.