Neonglimmröhren in Rundfunkempfängern

Die "Entwicklung der Abstimmanzeigen" gibt einen sehr ausführlichen Überblick über die Problemstellung. In diesem Post findet man als Punkt 7: "Neon-Anzeigen".

Speziell zu Neonglimmröhren gibt es in [1] einen Text, der mit Hilfe OCR wieder gegeben wird.

In letzter Zeit werden vielfach Glimmröhren als Abstimmindikatoren in Radioempfangsapparaten verwendet. Es sollen daher im folgenden die physikalischen Grundlagen solcher Edelgasglimmröhren und deren schaltungsmäßige Verwendung kurz erläutert werden.

In Abb. 1 ist die Prinzipschaltung einer Abstimmröhre, wie sie für die stumme Abstimmung eines Apparates an Stelle eines Anodenstrominstrumentes verwendet werden kann, dargestellt. Im Anodenkreise irgendeiner geregelten Röhre, etwa einer Hochfrequenz-Pentode-Selektode liegt ein Widerstand WA von zirka 0,05 MΩ. Bei schwankendem Anodenstrom wird sich daher auch das Potential des Punktes VP gegenüber der negativen Bezugsleitung des Apparates ändern.

Dieses variable Potential wird nun der Anode einer Glimmröhre zugeführt. Die Kathode der Röhre liegt dabei nicht direkt an Masse, sondern an dem Schleifer eines Potentiometers P, das über die volle Spannung gelegt wird. Man kann auf diese Art die Minimalspannung zwischen Anode und Kathode der Glimmröhre beliebig einstellen. Aus der Abbildung sieht man, daß noch eine weitere Elektrode, die Hilfsanode HA, in der Glimmröhre vorhanden ist, auf deren Zweck wir noch später zurückkommen werden.

Vorher sollen in wenigen Worten der Aufbau und die physikalischen Eigenschaften einer solchen Edelgasröhre erläutert werden.

Die Glimmröhren, die von verschiedenen Firmen und teilweise auch mit den verschiedensten Namen auf den Markt gebracht werden, sind für den beschriebenen Zweck mit einer langen stabförmigen Kathode ausgerüstet, die an einem Ende von zwei in geringem Abstand voneinander befindlichen ringförmigen Elektroden, der Haupt- und Hilfsanode, umschlossen ist. Die Röhren sind mit Edelgas, vorwiegend Neon, sehr kleinen Druckes gefüllt.

In jedem Gase sind außer den neutralen Gasatomen auch eine Anzahl von positiven und negativen Gasionen vorhanden. Legt man nun an zwei Elektroden in einer solchen Röhre mit kleinem Gasdruck eine Spannung, so werden die positiven und negativen Ionen eine Beschleunigung zur Kathode, bzw. zur Anode erfahren. Sie werden entsprechend der Feldstärke eine gewisse Geschwindigkeit bekommen, also auch eine entsprechende Energie beinhalten. Betrachten wir z. B. ein positives Gasion. Es wird auf seinem Wege auf neutrale Gasatome aufprallen und, falls die Stoßenergie genügend groß ist, wird bei dem Aufprall das neutrale Gasatom in ein positives und negatives Ion gespalten werden.

Für das neu erstandene Ionenpaar gilt jetzt dieselbe Überlegung, die wir eben für das eine positive Ion angestellt haben, und es ist daher erklärlich, daß die Zahl der Ionen sehr rasch anwächst. Zu diesem Vorgang der Ionisation des Gases ist eine gewisse Mindestenergie der fliegenden Ionen notwendig, wie schon oben erwähnt wurde. Da die Größe der vorhandenen kinetischen Energie wesentlich von der Größe der angelegten Spannung abhängt, wird die Mindestenergie direkt in Volt angegeben und heißt Ionisierungsspannung. Sie ist in den gebräuchlichen Edelgasröhren etwa 20V.

Verfolgen wir nun die gegen die Kathode fliegenden Gasionen weiter. Sie werden mit großer Geschwindigkeit auf die Kathode aufprallen und aus ihr Elektronen auslösen. Diese Elektronen vereinigen sich dann wieder mit positiven Gasionen. Diesen Vorgang nennt man Rekombination. Der Vorgang der Stoßionisation und Rekombination ist mit Leuchterscheinungen verbunden und es entsteht auf diese Art ein Glimmlicht. Analoge Überlegungen kann man auch für die in umgekehrter Richtung fliegenden Elektronen anstellen. Es entsteht also in der Röhre ein Glimmlicht um die Kathode und eine Glimmerscheinung um die Anode. Beide sind durch den sogenannten Faradayschen Dunkelraum voneinander getrennt (positive Lichtsäule). Es setzt sich daher der gesamte Spannungsabfall zusammen aus dem sogenannten Kathodenfall, dem Spannungsabfall in der positiven Lichtsäule, und dem Anodenfall. Auf eine genauere physikalische Betrachtung wollen wir hier nicht eingehen. Wir wollen nur noch einige wesentliche Punkte festhalten. Den Hauptspannungsabfall bedingt der Kathodenfall, der in der Größenordnung von zirka 70 bis 100 V liegt und auch wesentlich vom Kathodenmaterial abhängt.

Die beschriebene Entladungsart nennt man selbständige Gasentladung. Der Name rührt daher, daß es nicht notwendig ist, die Röhre irgendwelchen äußeren Einflüssen auszusetzen, sondern daß durch die angelegte Spannung unmittelbar eine leitende Gasstrecke gebildet wird. Bei steigender Strombelastung bleibt die Stromdichte in weiten Grenzen konstant, solange das Glimmlicht, das dabei langsam an Länge zunimmt, nicht die ganze Kathode bedeckt. Steigt die Belastung noch weiter, so kommen wir in das "anomale" Gebiet, die Stromdichte und ebenso der Kathodenfall bleiben jetzt nicht mehr konstant.

Es sei noch ganz kurz auf die Bedeutung der früher erwähnten Hilfsanode hingewiesen. Im allgemeinen ist bei Gasentladungsröhren der Unterschied zwischen, Zünd- und Löschspannung störend. Wenn nämlich bei sehr schwachen Stationen die Kathodenbedeckung auf Null absinken würde, so würde bei einer eventuellen Unterschreitung der Löschspannung die Glimmlampe erlöschen und erst wieder bei einer wesentlich höheren Spannung, der Zündspannung, ein neuerliches Zünden eintreten. Fügt man noch eine Hilfselektrode zu den beiden Hauptelektroden hinzu, die eine konstante Spannung gegenüber der Kathode hat, so wird dieser Nachteil vermieden, da dann durch die Vorionisation ein unverzögertes Ansprechen der Röhre erreicht wird. Die Hilfselektrode kann dabei sowohl als Hilfsanode als auch als Hilfskathode geschaltet werden.

Bringt man noch eine vierte Elektrode in der Glimmröhre an (Abb. 2), die als Sondenelektrode ausgeführt wird und bei verschiedenen Fabrikaten entweder seitlich oder an dem dem Sockel gegenüberliegenden Ende herausgeführt wird, so können wir die Glimmröhre zugleich auch als Krachtöter benützen.

Das Prinzip eines Krachtöters dieser Art ist folgendes: Solange das Glimmlicht nicht bis zur Sondenelektrode reicht, bleibt diese stromlos, sobald aber die Lichtsäule die Sonde erreicht, setzt ein Sondenstrom ein. Man kann dieses Verhalten der Vier-Elektroden-Glimmröhre dazu verwenden, um mittels der Sonde irgendeine Elektrode einer Verstärkerröhre zu steuern.

In Abb. 2 ist eine beispielsweise Ausführung eines solchen Krachtöters dargestellt. Die erste Röhre ist wieder, wie bei der Glimmröhre als Abstimmindikator, eine automatisch geregelte Exponentialpentode. Die Kathode, Anode und Hilfsanode ist so geschaltet wie in Abb. 1. Die Sonde wird zur Steuerung des Schirmgitters der ersten Niederfrequenzstufe, etwa einer Binode, benützt. Solange die Glimmlichtsäule die Sonde nicht erreicht hat, sind die beiden Potentiometer-Widerstände R₁ und R₂ stromlos, das Schirmgitter liegt daher an Masse, die Verstärkung der Röhre ist sehr klein. Stellt man die Empfindlichkeit der Glimmröhre am Potentiometer P entsprechend ein, so werden alle Felder, die an die Eingangsklemmen des Apparates kommen und unterhalb einer gewissen Feldstärke liegen, nur wenig verstärkt werden, da die Schirmgitterspannung der ersten Niederfrequenzröhre Null ist. Dadurch kann man bei einer dem Störspiegel entsprechender Einstellung der Glimmröhrenempfindlichkeit erreichen, daß der Empfang der Störgeräusche stark vermindert wird. Selbstverständlich werden dann auch die Stationen, deren Feldstärke in derselben Größenordnung ist wie der Störspiegel, nur schwach empfangen. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, daß die Röhre durch die Schirmgitterspannung Null nicht vollständig gesperrt wird, also ein gewisser Restempfang der Störung bleibt.

Eine andere Methode der Verwendung von Vier-Elektroden-Glimmröhren zur stummen Abstimmung und gleichzeitigen Krachtötung ist in Abb. 3 dargestellt. Sie beruht ebenso wie die Schaltung nach Abb. 4 auf der Beeinflussung des Steuergitters einer Röhre mittels Sonde. Die Schaltung Abb. 3 ist weniger leicht in normalen Empfängertypen zu verwenden, da man hier das Steuergitter einer vorhergehenden Hochfrequenzröhre beeinflußt. In den meisten gebräuchlichen Schaltungen ist aber vor der Exponentialröhre, die zur stummen Abstimmung verwendet wird, eine automatisch geregelte Mischröhre. Diese ist für die Steuerung durch die Krachtöter-Glimmröhre nicht geeignet.

In Abb. 4 ist das Steuergitter der ersten Niederfrequenzröhre von der Sonde gesteuert.

Die Schaltung funktioniert folgendermaßen: Die Kathode der Exponentialröhre ist durch das Potentiometer an eine Spannung gelegt, die genügend hoch positiv gegenüber dem Gitter ist - solange die Sonde stromlos ist -, um die Röhre vollständig zu sperren. Sobald die Sonde stromführend wird, entsteht am Widerstand R ein Spannungsabfall, der der vorhandenen Gitterspannung entgegenwirkt. Dadurch wirkt die Röhre wieder als Verstärkerröhre.

Allerdings hat auch diese Schaltung einen Nachteil. Der Sondenstrom ist nämlich auch dann nicht unabhängig von der Länge des Glimmlichtes, wenn die Glimmbedeckung bereits die Sonde erreicht hat, wodurch eine Abhängigkeit der Steuergitterspannung der Binode von der Feldstärke der Stationen vorhanden ist. Immerhin ist die Schaltung recht gut verwendbar. Es ist nur darauf zu achten, daß nicht bei Stationen, deren Feldstärke so groß ist, daß das Glimmlicht gerade bis zur Sonde reicht, Kippschwingungen in der Schaltung auftreten. Es würde aber zu weit führen, hier die genaueren Ursachen der möglichen Entstehung von Kippschwingungen auseinanderzusetzen.

Im allgemeinen sieht man, daß die Glimmröhren als sehr geeignete Hilfsmittel für moderne größere Radioempfänger anzusprechen sind, wobei insbesondere bei ihrer Verwendung als Indikatoren als einer ihrer Hauptvorteile ihr trägheitsloses Arbeiten anzusehen ist. Bei der Verwendung als Krachtöter allerdings ist große Sorgfalt darauf zu verwenden, daß nicht bei ungeeigneter Wahl der Widerstands- und Kondensatorwerte große Zeitkonstanten sich ergeben, die ein einwandfreies Arbeiten der Röhre stark beeinträchtigen können.

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Worüber der Autor diskret schweigt, ist die Quelle zu seiner Information über die Neonglimmröhren zur Anzeige der Feldstärke des Empfangs. Allerdings kann man aus der Darstellung einiger Widerstände als "Mäander" in den Abb. 1 bis Abb. 4 schließen, daß seine Quelle aus den USA stammte.

(Joe Sousa benennt "einige Radios von Fada aus den '30er Jahren" und "Cossor Tuneon" als Geräte, die Neonglimmlampen zur Anzeige der Feldstärke verwendeten.)

Zu Details wird man in der Amerikanischen Literatur [2] fündig. Ghirardi gibt jedoch nicht an, in welchen Radios diese Neonglimmröhren zum Einsatz kommen.

Die Schaltung Fig. 19.24 wird von Ghirardi als "Noise Gate" bezeichnet. Die Neonglimmröhre hat hierbei 4 Anschlüsse. Der 4. Anschluß wird in der Glimmröhre isoliert bis zu etwa 2/3 Höhe der Elektrode Nr. 3 geführt. Und nur dann, wenn der empfangene Sender so stark ist, daß die Glimmschicht die Elektrode 3 bis oberhalb dieser Verbindungsstelle bedeckt, ändert sich das Gitterpotential der ersten Audio-Röhre so, daß diese "normal" arbeitet. Davor ist sie gesperrt (Silent Tuning; Stummabstimmung) und das Geräusch (noise) zwischen den Stationen wird unterdrückt. Um auch schwach einfallende Sender empfangen zu können, läßt sich der Arbeitspunkt der NF Röhre auch auf "normal" umschalten. 

Eine Schaltung mit einer etwas einfacheren Glimmröhre bezeichnet Ghirardi als "Flashograph" (auch als "Tune-A-Lite"), Fig. 19.29.

Die Elektrode 1 hat negatives Potential und überzieht sich deshalb mit einer Glimm-Haut, deren Länge vom postiven Potential der Elektrode 2 abhängt. Das positive Potential von Elektrode 2 wird um so höher, je weiter die Gitterspannungen der Röhren des HF/ZF Teils des Empfängers zu negativen Werten gehen, also je stärker das empfangene Signal ist.

Da die Zünd-Spannung einer Glimmröhre höher ist als deren Lösch-Spannung (was eine Hysterese ergäbe), ist eine Hilfs-Elektrode 3 erforderlich, die eine schwache Glimmentladung (im Betrieb dann nicht zu sehen) und damit ein ionisiertes Gas in der Glimmröhre beständig aufrecht erhält.

Die Elektroden 2 & 3 sind bei praktisch realisierten Glimmanzeigern sehr viel kürzer, als diese in Fig. 19-29 gezeichnet sind. Hierzu ein Foto aus "Entwicklung der Abstimmanzeigen", wo die Längen der Elektroden zu sehen sind.

Bekannt in Deutschland waren die "RESO Abstimm- und Resonanz-Rohre", die sich in einigen Radios aus den Jahren 1935/36 finden, z.B. im Blaupunkt 4W95. (Siehe auch den vorbildlichen Bericht zur Restauration eines 4W95.)

Die RESO RR145/S Glimmanzeiger verwenden als Kathode keinen Stab, sondern ein Netz.

Damit die "Leuchtsäule" besser zu erkennen ist, haben die RESO Glimmanzeiger schwarze Farbe auf dem Glas, so daß die Leuchtsäule dann nur noch in einem schmalen Streifen zu sehen ist.

Philips hatte den Glimmanzeiger 4662 entwickelt, der unter "Neonabstimmungsanzeiger" beschrieben wird.

Die Bauform des 4662 mit stabförmiger Kathode entspricht derjenigen, die in der Amerikanischen Literatur beschrieben ist.

• Die Glimmanzeiger wurden nur kurzzeitig in Radios verbaut, denn bereits ab 1937 waren "Magische Augen" in Deutschland (AM2) modern. Im Europäischen Ausland waren seit 1936 die AM1 bzw. die EM1 verbreitet. Und nicht zu vergessen die berühmte 6E5, die in USA bereits ab Sommer 1935 als "magic eye" Furore machte.

 

Glimmanzeige-Röhren sind nur noch schwer zu bekommen. Ersatz können Glimmanzeige-Röhren sein wie die IN13 (Bild oben) oder die IN9 (2 Stück, Bild darunter), genannt "Bargraph".

 

Weitere Informationen zu Bargraph Glimmröhren und deren Ansteuer-Schaltungen von Joe Sousa.

Siehe ergänzend hierzu auch den Thread "Indicators: Gas Filled, Neon, Argon".

In [3] ist eine weitere Beschreibung der DGL Abstimmanzeige-Röhren zu finden.

 

Frühe Anwendungen von Glimm-Anzeige-Röhren

In den 1920er Jahren und davor wurden entsprechende Glimm-Anzeige-Röhren - in Ermanglung von Oszilloskopen - auch dazu verwendet, um Zeitverläufe sichtbar zu machen.

In den 1910er Jahren und davor wurden "Cymometer" (Wellenmesser) zur Bestimmung der Resonanz verwendet. Auch hierbei diente eine Glimm-Entladung zur Sichtbarmachung.

Obwohl der Neon-Glimm-Anzeiger nur ein sehr kurzes "Gastspiel" bei den Radios hatte, reichen seine Wurzeln bis zu den Anfängen der Funktechnik zurück.

 

Literatur:

1. "Fanta, Ph.: Neoglimmröhren in Rundfunkempfängern, Radio-Amateur, Jg. XII, Mai 1935, pp. 257 - 259"
2. "Ghirardi, A., A.: Modern Radio Servicing, Murray Hill, 1st. ed., 1935"
3. "Nentwig; Geffken; Richter: Die Glimmröhre in der Technik, Deutsche Glimmlampengesellschaft, Leipzig, Schneider, 1939"

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Die "Deutsche Glimmlampen-Gesellschaft m.b.H., Leipzig" hat für die Anzeige der Abstimmung in Rundfunk-Empfängern die "RESO" Neonglimmröhren entwickelt.

Schröter [1] führt hiervon 4 verschiedene Typen an. Die Zusätze /S bzw. /V werden im Text nicht angesprochen, beziehen sich jedoch auf die Art des Sockels der Glimmröhre. Aus der Tabelle geht jedoch hervor, daß der Zusatz /SL und /VL eine verlängerte Glimm-Säule aufweisen.

Im RM.org bislang vorhanden sind die Modelle RR145/S , RR145/L, RR145/V, RR145/3. Das Modell RR145/3 fehlt in der Auflistung gemäß [1]. Aus den Abbildungen der anderen Modelle geht hervor, daß der Zusatz /S bzw. /SL einen "Swan-" bzw. Bajonett-Sockel bedeutet, während der Zusatz /V bzw. /VL einen speziellen "Stift-Sockel" bedeutet.

Das Besondere an diesen Glimmröhren ist, daß die Kathode nicht als gerader Draht ausgebildet ist, sondern, daß diese als "geschlitztes" Netz (fast) an der Wand der Röhre anliegt. Die abstimmungs-abhängige Leucht-Säule der RESO Röhre wird dann genau in diesem Schlitz des Drahtnetzes beobachtet, wobei ein schwarzer Anstrich mit einem entsprechenden "Fenster" der RESO Röhre die Beobachtung erleichtert.

Der Vorteil der "Netz-Kathode" gegenüber einer "Stab-Kathode", von praktsch allen anderen Herstellern entsprechender Neonglimmröhren für die Abstimmungs-Anzeige, ist die Vermeidung der "Kathoden-Zerstäubung", die längersfristig zu einer Schwärzung der Innenseite der Glimmröhre führt. [1]

Die RESO Abstimmungs-Anzeige-Röhren stellt Schröter [1] folgendermaßen vor.

Literatur:

[1] "Schröter, F.; Schloemilch, J.: Glimmlampen, Glimmstrecken und ihre Schaltungen, Hachmeister & Thal, Leipzig, 1939"

 

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