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Störungen durch Sekundäremission isolierender Teile der Röhr

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Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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05.Jul.14 16:09
 
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Treffen Elektronen in einer Röhre auf Elektroden, aber auch auf Isolatoren (Glas, Glimmer) auf, so werden i.a. Sekundärelektronen ausgelöst, die dann zu einer positiver geladenen Elektode fliegen. Bei "normalen" Verstärkerröhren sind Sekundärelektronen unerwünscht, weil sie zu ungünstigem Betriebsverhalten führen.

Anhand und in Analogie zu den gemessenen Kennlinien einer Tetrode (E442 ⇔ RENS1204) wird in "J. Deketh: Grundlagen der Röhrentechnik, Philips, 1946, pp. 451 - 457"  gezeigt, wie die Störungserscheinungen einer Röhre erklärt werden können, die infolge von Sekundäremmission an den in der Röhre verbauten Isolierstoffe entstehen.

Die Betrachtung geht aus von einer Meßschaltung für die (statische) Kennlinie einer Tetrode, Abb. 340.

Bei gegebenener Schirmgitterspannung (Vg2 = 150V) erhält man in Abhängigkeit der Anodenspannung Va einen für das Verhalten der Tetrode  typischen Verlauf des Anodenstroms Ia. Die Abnahme des Anodenstroms Ia für Va <Vg2 ensteht infolge Sekundärelektronen, die aus der Anode ausgeschlagen werden, wenn der Anodenstrom auftrifft. Diese fliegen zum Schirmgitter, weil dieses für Va <Vg2 das höhere Potential besitzt. Für Va > Va1 werden mehr Elektronen aus der Anode herausgeschlagen als infolge des (primären) Anodenstroms auftreffen. Das führt zu einem (im äußeren Kreis meßbaren) negativen Anodenstrom.

Bei dieser Kennlinie Abb. 341 gibt es 3 Punkte (A, B, C), wo der Anodenstrom zu Ia = 0 wird. Hat die Anode exakt diese Spannung, kann die Zuleitung zur Anode unterbrochen werden, ohne daß sich dadurch etwas ändert. Man kann  somit die Anode "floaten" (frei schweben) lassen. Allerdings sind nur die beiden Zustände A & C stabil, während "B" instabil ist. Die geringste Störung veranlaßt, daß entweder zu Punkt A oder Punkt C gesprungen wird, abhängig vom Vorzeichen der Störung.
Eine Störung entsprechender Größe kann auch ein Springen von A ⇒ C oder von C ⇒ A bewirken.

Statt einer floatenden Anode wird die innere Wand des Glases des Röhrenkolbens betrachtet. Die Analogie geht dabei noch etwas weiter. Was bei einer Tetrode "Gitter 2" und "Anode" sind, entspricht bei einer Pentode dann "Anode" und "Glaswand".

Treffen Elektronen auf die (nicht leitende) Glaswand auf, gibt es i.a. mehr davonfliegende Sekundärelektronen als (primär) auftreffende Elektronen (Sekundäremissions-Faktor δ > 1). Die Glaswand lädt sich demzufolge positiv (Elektronenmangel) auf. Im Punkt C herrscht dann ein Gleichgewicht zwischen auftreffenden Elektronen und Sekundärelektronen. Aus der Charakteristik Abb.341 erkennt man, daß sich die Innenseite des Glaskolbens ungefähr auf das Anodenpotential auflädt.

Bei Hochfrequenz-Röhren wirkt sich ein aufgeladener Glaskolben in einer Verringerung des Innenwiderstandes aus, was zu einer unerwünschten Bedämpfung des angeschlossenen Schwingkreises führt. Dies rührt daher, weil der Punkt "C" hier von der Anodenspannung abhängt und die Sekundärelektronen, deren Menge ebenfalls von der Anodenspannung abhängt,  zur Anode fliegen, wodurch der Anodenstrom nicht länger konstant bleibt.  Durch kurzzeitige Unterbrechung der Anodenspannung kann man erreichen, daß  das Potential der Glaswand zum Punkt "A" springt ("Schalteffekt") und somit die Röhre ordnungsgemäß arbeitet.

Bei Endröhren ergeben sich durch die Aufladung des Glaskolbens Verzerrungen im Ausgangssignal, die im Lautsprecher zu hören sind.

Hier spielt die Größe des Spannungshubes der Anode eine wesentliche Rolle. Dies wird wieder verglichen mit der Kennlinie einer Tetrode mit unterschiedlicher Spannung am Schirmgitter.

Die Anzahl der von der Glaswand austretenden Sekundärelektronen (und deren Geschwindigkeiten) schwankt folglich stark mit der Höhe der Anodenspannung. Bei großen Spannungshüben (einer Endröhre) kann das Potential der Glaswand folglich nur während der Zeit, wo die Anodenspannung genügend hoch ist, zum Punkt "C" springen. Das führt dann zu den in Abb. 342 rechts gezeigten Sprüngen in der Anodenspannung.

Ein Spannungs-Stoß in der Anodenspannung überträgt sich kapazitiv auf das Potential der Glaswand. Dabei entsteht eine Abschwächung seiner Höhe durch eine kapazitive Teilerschaltung, bestehend aus der Kapazität zwischen Kolbenwand und Kathode bzw. Masse und der Kapazität zwischen Kolbenwand und Anode.  Ist die Kapazität zwischen Kolbenwand und Kathode bzw. Masse ausreichend groß, gelingt es dem Potential des Kolbens nicht mehr, zum Punkt "C" zu springen. 
Die Vergrößerung dieser Kapazität gelingt u.a. dadurch, daß am unteren Ende des Kolbens außen ein leitender Belag aufgebracht wird, der mit der Kathode verbunden ist.


Um die Aufladung des Röhrenkolbens  in der Praxis zu vermeiden, wird z.B. bei Lautsprecher-Röhren der Glaskolben innen mit Graphit bestrichen. Bei älteren Hochfrequenzröhren gibt es eine Beschichtung mit Zink (die hierfür ähnlich wie die "Bauchbinde" der Endröhre wirkt) oder bei neueren innen ein metallisches Netz. Die Zinkbeschichtung und das metallische Netz wirken natürlich auch als Abschirmung.

Störerscheinungen durch Sekundäremission isolierender Teile in der Röhre (PDF 372KiB)

MfG DR

  
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