Die Hochleistungs-Endpentode PL500 mit Kammeranode
Die Hochleistungs-Endpentode PL500 mit Kammeranode
Aus Funkschau Nr. 22; 2. November-Heft 1960:
INGENIEUR LUDWIG RATHEISER
Die Kammeranode
für Hochleistungs-Endpentoden
Wenn die Pentode heute eine beherrschende Stellung unter den Elektronenröhren einnimmt, so verdankt sie dies in erster Linie dem Schirmgitter, das die verstärkungsschwächende Anodenrückwirkung der Triode weitgehend unterdrückt, einen hohen Innenwiderstand und einen großen Aussteuerungsbereich sichert und die kapazitive Rückwirkung über die Anoden-Gitter-Kapazität stark herabsetzt.
Eine weitere Vervollkommnung wurde durch das zwischen Anode und Schirmgitter angeordnete Bremsgitter erreicht, das bei modernen Pentoden vielfach durch Strahlbleche zur Bündelung des Elektronenstromes ersetzt wird. Beide Maßnahmen bewirken durch Raumladungseffekte eine Unterdrückung des an der Anode ausgelösten Sekundärelektronenstromes. Weitere Verbesserungen des ursprünglichen Pentodensystems wurden z. B. durch die Oval-bzw. Rechteckkatode, durch die Schattenstellung der Schirmgitterdrähte und durch Überzug der Anode mit einer Schicht geringen Sekundäremissionsfaktors erreicht.
Trotz aller dieser Maßnahmen stellte die Stromaufnahme des Schirmgitters bisher noch einen die Leistung und insbesondere die Anodenspitzenstrom-Aussteuerung begrenzenden Effekt dar, der sich besonders bei der Zeilen-Endpentode für Fernsehschaltungen sehr unangenehm bemerkbar machte. Die neuen Bildröhren mit verkürzter Baulänge und Weitwinkelablenkung des Elektronenstrahles erforderten immer größere Ablenkströme mit hohen Anodenstromspitzen. Je höher aber die der Zeilen-Endpentode zumutbaren Spitzenströme sind, um so weniger Aufwand ist bei der Konstruktion der Ablenkspulen erforderlich, um gute Ergebnisse bei niedrigen Speisespannungen zu erreichen.
Bild 1. Miniwatt-Zeilen- Endpentode PL500
Aus diesem Grunde stellt die in Österreich erhältliche neue Miniwatt-Zeilen-Endpentode PL500 (Bild 1), die gegenüber den bisher verfügbaren Röhrentypen bei gleicher Belastung eine um etwa 40 % höhere Spitzenstromaussteuerung zulässt, einen wichtigen Fortschritt auf diesem Gebiet dar. Diese Verbesserung wurde durch weiteres Herabsetzen der Schirmgitterbelastung erreicht. Sie kommt in einer entsprechenden Erhöhung des Stromverteilungsverhältnisses Ia/Ig2 zum Ausdruck.
Dies ist vor allem auf eine praktisch völlige Unterdrückung des Sekundärelektronenstromes zurückzuführen, die durch eine neuartige, kammerartige Ausbildung der Anode (sogenannte cavitrap - oder Kammeranode) erreicht wurde. Der den emittierenden Flächen der Bandkatode gegenüberstehende Teil der Anode besteht aus je drei Kammern, an deren Seitenwänden die von der Anode ausgelösten Sekundärelektronen abgefangen werden (Bild 3).
Bild 3. Schnitt durch ein Röhrensystem mit Kammeranode
In Verbindung mit den bereits erwähnten herkömmlichen Maßnahmen (Schirmgitterdrähte im Schatten der Steuergitterdrähte, Strahlbündelung, Anodenbelag mit kleinem Sekundäremissionsfaktor) konnten die angestrebten günstigen Ergebnisse erreicht werden.
Die PL 500 besitzt die Heizwerte 28 V/ 300 mA und die Kennwerte:
Ua = 75 V,
Ug2 = 200 V,
Ug1 = -10 V,
Ia-max = 440 mA-ss
Ig2-max = 37 mA-ss.
Die zulässige Anodenbelastung beträgt 12 W bei 4 W Schirmgitterbelastung bzw. 8 W bei 5 W Schirmgitterbelastung.
Eine weitere Verbesserung ist die Verwendung der Magnoval-Sockelung, einer Allglassockelung mit neun Chrom-Eisenstiften von 1,27 mm Durchmesser, die auf einem zehngeteilten Stiftkreis von 17,5 mm Durchmesser angeordnet sind. Der Kolben hat einen Durchmesser von 30,2 mm und eine Gesamthöhe von 104,2 mm (einschließlich der Stiftlänge von 8,7 mm und Anodenkappe).
Nach: Radioschau, Wien, 1960, Heft 9, S. 336
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PL500 - eine neue Zeilen-Endpentode
Aus Funkschau, Nr. 5 ; 2. März-Heft 1961:
DR. ERNST SCHAAFF UND ROBERT SUHRMANN
Laboratorien der Radioröhren- und Halbleiterfabrik der Valvo GmbH
PL500 - eine neue Zeilen-Endpentode mit hohem Anodenspitzenstrom
Bei der Dimensionierung der Zeilen-Endstufe von Fernsehempfängern kann man durch einen geeignet geformten Öffnungsteil des Ansteuerimpulses die Belastung der Zeilen-Endröhre in gewissen Grenzen beeinflussen. In Schaltungen mit der Pentode PL 36 wurde im wesentlichen eine Form des Öffnungsteiles des Ansteuerimpulses verwendet, wie sie in Bild 1a unten schematisch dargestellt ist. Diese Impulsform ruft einen etwa rechteckigen Anodenstromverlauf (Bild 1a oben) hervor. Ein solcher Ansteuerimpuls ergibt einen geringen Anoden-Spitzenstrom, der mittlere Anodenstrom steigt aber dabei an.
Bei Viernormen-Geräten führt das jedoch zu Schwierigkeiten, weil man wegen des zulässigen Spitzenstromes bei dieser Einstellung der Belastungsgrenze der Röhre bedenklich nahe kommt. Besser ist eine Form des Ansteuerimpulses nach Bild 1b, die einen mehr sägezahnförmigen Anodenstrom (Bild 1b oben] zur Folge hat. Diese Stromform etwa invers zum Verlauf des Stromes im Boosterkreis der Zeilen-Endstufe ist auch in Bezug auf die Belastung die günstigste. Dabei wird der Spitzenstrom natürlich größer.
Der größere zulässige Anoden-Spitzenstrom der neuen Zeilen-Endröhre PL 500 erleichtert die Schaltungsauslegung und die Einstellung der Zeilen-Endstufe. Die Festlegung des maximalen Anoden-Spitzenstromes soll verhindern, dass der Ansteuerimpuls die in Bild 1c gezeigte Form annimmt. Bei dieser Einstellung mit sehr großem Anoden-Spitzenstrom am Ende des Zeilenhinlaufes wird die Röhre nämlich nicht optimal ausgenutzt, weil man dann mit zu hoher Hinlauf-Anodenspannung arbeitet, d. h. zu weit vom Knie entfernt ist.
Im allgemeinen werden durch den Entwurf der Zeilenablenk-Schaltung für den Betrieb der Zeilen-Endröhre nicht allzu viele Möglichkeiten bestehen. Ein solcher Entwurf muss nämlich die folgenden bestimmenden Größen von vornherein berücksichtigen:
1. Die Fernseh-Norm, d. h. 819 oder 625 Zeilen oder beide,
2. den Ablenkwinkel (110°-Bildröhren),
3. die Hochspannung,
4. die Rückschlagzeit,
5. die Betriebsart, d. h. stabilisierte oder nichtstabilisierte Schaltung.
Durch diese Parameter ist der Betriebszustand der Röhre weitgehend festgelegt. An die Form des Ansteuerimpulses werden bereits einschränkende Bedingungen gestellt durch:
a) die Breite des Sperrteiles wegen der Rückschlagzeit,
b) die Form des Öffnungsteiles wegen der Forderung, dass der Strom durch die Boosterdiode bei kleinem Strahlstrom nicht vor Beendigung des Zeilenhinlaufes verschwinden darf.
Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Zeilen-Endröhre einen höheren Spitzenstrom ermöglicht, da damit die mittlere Belastung herabgesetzt werden kann.
Die PL 500 wurde entwickelt, um eine Zeilen-Endröhre zur Verfügung zu stellen, die sämtliche Anforderungen im Hinblick auf den Spitzenstrom sowohl bei 625-Zeilen als auch bei Viernormen-Geräten erfüllt. Hohe Anoden-Spitzenströme in Pentoden haben hohe Schirmgitterströme und dadurch auch große Schirmgitter-Verlustleistungen zur Folge. Um diese möglichst klein zu halten, wählt man Konstruktionen, die einen hohen Quotienten Ia/Ig2 haben.
Der Schirmgitterstrom setzt sich aus zwei Teilen zusammen:
1. den unmittelbar von der Katode kommenden und von den Windungen des Schirmgitters aufgefangenen Elektronen.
2. den aus der Anode frei gewordenen Sekundär-Elektronen, die die vom Bremsgitter oder den Strahlblechen gebildete Potentialschwelle überwinden.
Den unmittelbar von der Katode kommenden Elektronenstrom verkleinert man dadurch, dass man die Windungen des Schirmgitters in den Elektronenschatten des Steuergitters stellt und durch geeignete Wahl der Abstände dafür sorgt, dass der Brennpunkt der von den Gittern gebildeten Elektronenlinse außerhalb des Schirmgitters liegt, da dann die zum Schirmgitter treibenden Querkomponenten am kleinsten sind.
Bisher versuchte man, den Sekundär-Elektronenstrom dadurch gering zu halten, dass man den Sekundäremissionsfaktor der Anode möglichst klein machte. Weil man mit Zeilen-Endröhren im Interesse hoher Leistungsausbeute in der Nähe des Kniepunktes der Anodenstrom-Kennlinie arbeitet, spielt dort der Anteil der Sekundäremission am Schirmgitterstrom eine besonders wichtige Rolle, und zwar deshalb, weil die Schirmgitterspannung in der Nähe des Kniepunktes erheblich höher ist als die Anodenspannung, also besonders viele aus der Anode ausgelöste Sekundärelektronen die Potentialschwelle des Bremsgitters oder der Strahlbleche überwinden.
Die Kammeranode der PL 500 ermöglicht es, den Anteil der Sekundäremission am Schirmgitterstrom noch weiter als bisher zu vermindern. Diese Anode besteht aus einer Reihe nebeneinander angeordneter Kammern, die auf der zum Schirmgitter gerichteten Seite offen sind (siehe Titelbild dieses Heftes). Die in die Kammeranode eindringenden Elektronen lösen zwar Sekundärelektronen aus, diese treffen jedoch auf ihren (in den feldfreien Kammern) geradlinigen Bahnen zum größten Teil auf die Wandungen der Kammern. Sie werden also eingefangen. Je größer die Anzahl der Kammern ist und je tiefer diese sind, um so kleiner wird der Anteil der Sekundärelektronen, die die Kammern in Richtung Schirmgitter verlassen. Eine Anordnung mit je drei Kammern auf den aktiven Anodenseiten hat sich als guter Kompromiss zwischen Wirkung und Aufwand erwiesen.
Bild 2 zeigt in einer Gegenüberstellung von Messungen an Mustern mit oder ohne Kammeranode die erreichte Verbesserung des Stromverhältnisses;
Bild 3 zeigt die mit oder ohne Kammer zu erzielenden Spitzenströme.
Durch Anwendung der Kammeranode in der PL 500 ist es gelungen, einen gegenüber der PL 36 um mehr als 20% größeren Spitzenstrom zur Verfügung zu stellen, obwohl die Katode nur etwa 10% größer ist.
In ihren äußeren Abmessungen entspricht die in der Magnovaltechnik ausgeführte Röhre PL 500 etwa der PL 36. Weil die neue Zeilen-Endröhre keinen Pressstoffsockel hat, ist sie ein wenig kleiner als ihr Vorläufertyp. Eine Magnovalröhre ist eine Allglasröhre mit einem gegenüber der Novalausführung vergrößerten Kolben. Magnovalröhren haben wie Novalröhren neun Stifte auf einem zehngeteilten Kreis. Um den größeren und schwereren Röhren einen sicheren Sitz in der Fassung zu geben, sind Stifte und Teilkreisdurchmesser gegenüber den Novalröhren vergrößert. Weil kein Pressstoffsockel vorhanden ist, können auch keine Isolationsfehler durch starke Erwärmung des Pressstoffs entstehen. Dadurch wird die Betriebssicherheit der Röhre erhöht.
Die Grenzen der Verlustleistung für die PL 500 sind in Bild 4 durch Kurven angegeben. Die untere Kurve gilt für Normalgrenzdaten (design-center- Werte], die obere Kurve für die eingeschränkten Normalgrenzdaten (design-max.-Werte) (*1)
Die Anwendung des Systems der eingeschränkten Grenzdaten führt zu neuen Gesichtspunkten für den Anwender. Er soll sämtliche Einzelteilstreuungen in der Schaltung genau berücksichtigen. Mit Hilfe von Grenzmustern der verwendeten Einzelteile kann die ungünstigste Dimensionierung erprobt und danach der Schaltungsentwurf korrigiert werden. Dies hat den Vorteil, dass Überlastungen der Zeilen-Endröhre durch falsche Schaltungsauslegung, die vor allem bei Netzüberspannung leicht auftreten, vermieden werden können. Eine Beachtung beider Grenzwertkurven trägt entscheidend zur Erhöhung der Betriebssicherheit der PL 500 bei.
(Eine kurze Beschreibung dieser Röhre brachten wir bereits in der FUNKSCHAU 1960*, Heft 22, Seite 563.)
(*1) Junghans, W. und Suhrmann, R.: Grenzdatensysteme für Elektronenröhren und ihre Auswirkung auf die Geräteentwicklung. Funk-Technik 1960, Heft 21, Seite 752...753.
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