TO-141 Daten und Systemaufbau

Kürzlich hatte ich Gelegenheit einige dieser anscheinend recht seltenen Trioden zu erwerben. Außer den Heizungsdaten sind unter diesem Röhrentyp in RMorg die im GRUNDIG Rö Ta Bu 1948 angegebenen Parameter gelistet.

In Ergänzung dieser Daten füge ich hierunter die Übersetzung der Röhrendaten aus einem russischen Röhren-Datenbuch an:

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TO-141

Direkt geheizte Triode mit Oxidkathode

Der Typ ist vorgesehen für den Einsatz in Übertragungs(Sende)-Anlagen und arbeitet mit Gleichstromheizung, wobei im Heizkreis ein "barretter" (Eisenwasserstoffwiderstand) eingeschleift wird.

Zeichnet sich durch lange Lebensdauer aus: 4000 Stunden.

Betriebsparameter

Heizung: U_f = 2,5 V, I_f = 1,0 A

Anodenspannung: U_a = +220 V

Gittervorspannung: U_g = - 4 V

Anodenstrom: I_a = 8 mA

Verstärkungsfaktor µ = 22

Steilheit: S = 2,2 mA/V

Innenwiderstand: R_i = 10 000 Ω

Systemkapazitäten

Gitter-Anode: C_ga = 6pF

Gitter-Kathode: C_gk = 8,5 pF

Anode - Kathode C_ak = 5 pF

Abmessungen:

Höhe: h = 150 mm

Durchmesser: 52 mm

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Betrachtet man das Elektrodensystem der Röhre fallen einem einige Besonderheiten auf:

1. Der Anodenkasten der TO-141 hat etwa die gleichen Dimensionen wie der einer RE604 - man könnte also annehmen, dass die max. Anodenverlustleistung in der gleichen Größenordnung liegt. Anscheinend ist aber ein Betrieb bei hohen Anodenströmen garnicht vorgesehen - bei den typischen Betriebsparametern (s.o.) ist für U_g1 = -4 V und U_a = +220 V ein Anodenstrom von 8 mA spezifiziert; ein Wert, den ich bei ersten Tests bestätigen konnte. Detaillierte Kennlinien werde ich noch aufnehmen. Bei der RE604 werden für U_g = -45 V und U_a = +250 V ein Wert für I_a = 40 mA angegeben!
2. Was mich weiterhin erstaunt ist die Tatsache, dass die Gitterwendel oben etwa 3mm über den Anodenkasten hinaussteht, unten sogar 5 mm. Die Röhrenspezialisten wissen wahrscheinlich warum man das System so konstruiert hat?

Vielleicht gelingt es ja, durch gemeinsame Anstrengungen diese ungewönliche Röhre etwas besser zu verstehen.

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Zur TO-141 findet sich etwas im "Röhren-Codex 1951"

TO-141 - USSR 2,5 D 1 Eo 350 -42

Mit Hilfe des "Schlüssels" lassen sich die komprimierten Daten der Röhre wieder "verlustfrei" expandieren.

Man beachte, wie viele Informationen hieraus für Lautsprecher-Röhren gewonnen werden können.

MfG DR

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Um festzustellen, welche der für die TO-141 verfügbaren Daten realistisch sind, wurden die Ia = f(Ug) Kennlinien von 4 Exemplaren ermittelt:

Die folgenden Daten existieren in der Literatur:

Russisches Datenbuch: U_a = +220 V, U_g1 = -4 V ⇒ I_a = 8 mA,  µ=22,  S=2,2 mA/V

Röhren-Codex:                U_a = +300 V, U_g1 = -42 V ⇒ I_a = 50 mA

Offensichtlich ein bemerkenswerter Unterschied!

Zunächst wurden die Ia = f(Ug) Kennlinien der schwächsten meiner vier Röhren aufgenommen. Hierbei wurde U_a zwischen +100 V und +350 V variiert und U_g zwischen 0V und -20V. Die Ergebnisse zeigt der folgende Graph:

Wie man sofort erkennt, bestätigen die Messungen die in der russischen Referenz angegebenen Daten. Zwar wird bei der hier gemessenen Röhre I_a = 8 mA bereits bei U_a= +200V erreicht (anstatt bei +220 V) , aber angesichts der stark streuenden Daten dieser Röhren, sollte man das nicht zu genau sehen.

Auch kann man aus dem obigen Kennlinienfeld  einen Wert von µ ≈ 25 und eine Steilheit S ≈ 2,5 mA/Volt ablesen, die etwas höher liegen als die Angaben in der russischen Literatur. 

Zur Veranschaulichung der Datenstreuung habe ich das I_a = f(U_g) Kennlinienfeld noch einmal für alle vier Röhren aufgenommen - allerdings, um mir die Arbeit etwas zu erleichtern, nur für U_a = +100 V und U_a = +350 V. Hier das Ergebnis:

Die bereits im ersten Graph gezeigten Kurven der schwächsten Röhre wurden hier fett gezeichnet. Besonders bei U_a = 350V beobachtet man eine starke Streung der Anodenstromwerte. Mir fehlt es in Röhrentechnik an Erfahrung, um beurteilen zu können, ob diese Streuung das "normale" Maß übersteigt. Wie reden ja hier von Röhren, die vermutlich in den späten dreißiger Jahren produziert wurden.  

Diese Streuung wirkt sich auch auf den µ-Wert aus, der von 25 bei der schwächsten Röhre auf 21 bei der stärksten Röhre sinkt - entsprechend steigt der Durchgriff von 4% auf 4,8%.

Betrachtet man diese Daten, so fühlt man sich unwillkürlich an Nf - Vorstufentrioden wie etwa die REN904, die AC2 oder ähnliche erinnert - ganz bestimmt aber nicht an eine Leistungstriode für Nf-Endstufen - eine Vermutung die man wegen der Größe des Anodenkäfigs durchaus hätte haben können. Auch die Angaben im Röhren-Codex suggerieren ja fälschlicherweise so eine Leistungstriode.

Obwohl man nun über Kennlinien und Daten dieser Röhre verfügt, gibt sie mir nach wie vor Rätsel auf:

Wofür wurde sie verwendet, warum wurde der Anodenkäfig angesichts der  niedrigen zu bewältigenden Ströme so groß gewählt und warum ragt die Gitterwendel so weit aus der Anode heraus?

Hat jemand eine Antwort?

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Hallo Herr Giese.

Eine Frage kann ich beantworten:

Der Gitterwendel wurde deswegen so ausgedehnt angebracht, um bei möglichst niedriger negativer Gittervorspannung eine vollkommene Unterdrückung des Anodenstroms zu erreichen.
Was dann noch nachweisbar ist, wird "Schwanzstrom" genannt.

Die Elektronen haben die Neigung das Steuergitter zu umgehen, also direkt zur Anode zu fliegen.
Daher der Ausdruck "Umgriff".

MfG

 

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Hallo Herr Holtmann,

vielen Dank für Ihre Erklärung. Nun verstehe ich langsam, wofür man die Röhre eingesetzt haben könnte ⇒ im Pulsbetrieb auf eine hochohmige Last.

Im gesperrten Zustand kam es darauf an, dass die Röhre möglichst vollständig gesperrt ist.

Wurde die Röhre in den leitenden Zustand gepulst, konnten offenbar kurzzeitig große Ströme fließen ⇒ daher die große Anodenoberfläche.

Im Datenblatt hat man nicht die extremen Betriebszustände "OFF" / "ON" beschrieben, sondern nur einen mittleren Zustand. Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Röhre war es ausreichend, die Einhaltung dieser mittleren Parameter zu verifizieren.

MfG, H. G.

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Guten Morgen Herr Giese.

Ihre Vermutung macht Sinn:
"Wurde die Röhre in den leitenden Zustand gepulst, konnten offenbar kurzzeitig große Ströme fließen ⇒ daher die große Anodenoberfläche."

Ergänzend möchte ich noch hinzufügen:
Auffällig ist auch die rel. große Heizfadenoberfläche, die oben und unten aus dem Anodenkasten ragt. Die Emissionsdichte ist natürlich in der Mitte optimal.

Aus schon erwähnten Gründen ist eine möglichst vollständige Umschließung des Fadens durch den Gitterwendel notwendig, damit nicht dicht an der Fadenaufhängung Elektronen "umgreifen" können.
 

MfG

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Die mysteriöse Röhre TO-141 hat mir doch keine Ruhe gelassen und so habe ich den Kollegen D. Rudolph gebeten, ein Exemplar auf seinem TELEQUIPMENT Curve-Tracer CT71 nachzumessen. Zusätzlich zu den von mir bereits durchgeführten Messungen auf NEUBERGER RPM370 im negativen Gitterspannungsbereich, wurden nun Messungen sowohl bei negativer als auch bei positiver Gitterspannung durchgeführt. Hier zwei Bilder der Röhre auf dem Messstand:

 

Um die so gemessenen Ia = f(Ua) Kennlinienfelder  mit den von mir aufgenommenen Ia = f(Ug) Kennlinien vergleichen zu können, wurden die Daten für jede Gitterspannung an äquidistanten Ua - Stützpunkten (20V - 40V - 60V ...) manuell extrahiert und in ein EXEL spreadsheet eingetragen. Durch entsprechende Tabellenumformung wurden dann die korrespondierenden Ia = f(Ug) Kennlinien gewonnen.

 

Das Ergebnis zeigt die nachfolgende Tabelle:

Die aus meinen früheren Messungen stammende grüne Kurve "Röhre 1 Ua=150V" (Bildlegende ganz oben)  ist nahezu deckungsgleich mit der auf dem Curve-Tracer gemessenen Kurve für 100V. Diese Diskrepanz ist darauf zurückzufüren, dass auf dem Curve-Tracer ein anderes Exemplar (Röhre 5) getestet wurde. Wie bereits früher erwähnt, weisen die Anodenstromwerte verschiedener Exemplare bei gleicher Gitterspannung große Unterschiede auf.

Die manuell aus den Photos der Curve-Tracer Kennlinienfelder extrahierten Daten sind natürlich nicht sehr präzise - daher zeigen die gewonnenen Kurven z.T. keine sehr gleichmäßige Krümmung.

Trotzdem erkennt man, dass die Ia = f(Ug) Kurven auch im Bereich positiver Gitterspannungen sehr linear verlaufen. Das legt die Vermutung nahe, dass es sich bei der TO-141 (alias 2,5C9) um eine der bereits in früheren Artikeln diskutierten zero-bias Röhren handelt.

 

Die Grund dafür, dass im russischen Datenblatt ein Arbeitspunkt bei Ua=220V, Ug =-4V angegeben wird, könnte daran liegen, dass man davon ausging, dass Funktionstests auf standardmäßigen Röhrenprüfgeräten durchgeführt werden, bei denen die Giterspannungsversorgung aus einer hochohmigen Spannungsquelle erfolgt. Zwar sind manche Röhrenprüfgeräte auf positive Gitterspannungsversorgung umschaltbar, jedoch würde hier die Spannung aufgrund des von der Röhre gezogenen Gitterstroms zusammenbrechen und zu fehlerhaften Messergebnissen führen.

 

Da vermutlich vielen Lesern die Vorstellung, dass man  Röhren im postiven Gitterspannungsbereich betreiben kann, ungewohnt ist, sollen hier einige weitere Beispiele solcher Röhren genannt werden:

Bei frühen Radioröhren war es durchaus üblich bis in den positiven Gitterbereich auszusteuern. In "Wigge, H.: Rundfunktechnisches Handbuch, 1. Teil, M. Krayn, Berlin, 1925" sind die Kennlinien mehrerer zeitgenössischer Röhren angegeben. Als Beispiel hier der Scan der Kennlinie der "Valvo-Normal".

 

Wie aus der "Charakteristik" (Kennlinien) dieser Röhre zu sehen ist, war es in der Frühzeit des Radios durchaus üblich bis in das positive Gebiet der Gitterspannung anzusteuern, damit die damaligen Röhren genügend Leistung erbrachten.

 

Das war auch bei späteren Trioden der Fall, wie bei der EDD11. Das Kennlinienfeld der EDD11 zeigt ebenfalls eine Ansteuerung bis weit in den positiven Bereich der Gitterspannung.

Eine Ansteuerung bis in den positiven Bereich der Gitterspannung erfordert eine leistungsfähige Treiberröhre, hier die speziell dafür entwickelte EBC11, die über einen Trafo angekoppelt ist. (Schaltbild aus "Ratheiser, Rundfunkröhren, Eigenschaften und Anwendungen, 4. A., UDV, 1940")

 

Man findet die EDD11 mit der EBC11 z.B. in Auto-Radios (AS7340 von Körting) oder in den berühmten Radione Empfängern R2 bzw. R3.

Spätere Beispiele von mit positiver Gitterspannung betriebenen Röhren wurden von Joe Sousa anhand der Kennlinien der Typen 6JD5 und 6JK5 (power beam triodes)diskutiert.

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