Elektronenröhren

Das oben abgebildete Bauteil ist ein Steckmodul, wie es in den 50er Jahren in vielen Computern zum Einsatz kam. Es besteht aus einigen einfachen elektronischen Bauteilen und einem Glaszylinder. Bei diesem handelt es sich um eine Elektronen- oder Vakuumröhre.

Solche Röhren lösten die Relais in Computern sehr bald ab. Das lag vor allem daran, weil Röhren keine mechanischen Teile haben und dadurch weniger stör- und schmutzempfindlich sind. Außerdem schalten sie in erheblich kürzerer Zeit und das machte Röhrencomputer um einen Faktor 100 bis 1000 schneller.

Das Funktionsprinzip der Röhre ist etwas schwerer zu durchschauen. Stellen Sie sich zunächst einen Glaszylinder vor, aus dem man die Luft abgepumpt hat, der also ein Vakuum enthält. An den beiden Enden sind elektrische Kontakte angebracht, die ins Innere der Röhre führen. Wenn man nun eine Spannung an den beiden Kontakten anlegt, wird man feststellen, dass keinerlei Strom fließt. So ein Bauteil wäre nicht besonders nützlich.

Warum fließt kein Strom? Ganz einfach, weil ein Vakuum ein ziemlich perfekter Isolator ist. Die Elektronen an den beiden Kontakten können diese nicht verlassen und daher fließt kein Strom.

Es gibt allerdings den Edison-Richardson-Effekt, nach dem Elektronen einen Leiter verlassen können, wenn dieser bis zu einer materialspezifischen Temperatur erhitzt wird. Bei der Vakuumröhre wird das erreicht, indem einer der beiden Kontakte als Glühwendel ausgeführt wird, also wie bei einer Glühbirne. Damit die Glühwendel glüht, wird daran eine Spannung angeschlossen, die sogenannte "Heizspannung".

Nun kann man einen interessanten Effekt beobachten. Wenn man eine Spannung zwischen der Glühwendel und dem zweiten Kontakt anlegt, fließt ein Strom. Allerdings nur dann, wenn die Glühwendel mit dem Minuspol und der andere Kontakt mit dem Pluspol verbunden wird. Dann gibt es an der Glühwendel einen Überschuss an Elektronen, die sich ablösen können und durch das Vakuum zum anderen Kontakt wandern.

Schließt man die Spannung anders herum an, fließt kein Strom. Die überschüssigen Elektronen sitzen nun nämlich auf dem unbeheizten Kontakt und können diesen nicht verlassen.

In dieser Form wird die Vakuumröhre als Diode oder als Gleichrichter bezeichnet. Dies ist ein extrem wichtiges Bauteil in der Elektronik, weil man damit aus Wechselspannungen Gleichspannungen machen kann.

Das Bild oben zeigt die zweite wichtige Anwendung von Vakuumröhren. Wenn man nämlich zwischen der Glühwendel (Kathode genannt) und dem unbeheizten Kontakt (Anode genannt) ein Gitter aus Metall in den Glaskörper einbringt, kann man den Stromfluss durch die Röhre steuern. Dazu genögt bereits eine winzige Spannung, die am Gitter angelegt wird und schon fließt fast kein Strom mehr zwischen Kathode und Anode, weil fast alle Elektronen im Gitter hängenbleiben und "abgefischt" werden.

Ein Bauteil, bei dem eine kleine Spannungsänderung eine große Änderung des Stromes bewirkt, bezeichnet man als Verstärker. In dieser Funktion waren Vakuumröhren früher in Radios und Fernsehern eingebaut.

Da eine Spannung den Stromfluss in der Röhre ein- und ausknipsen kann, kann die Röhre aber ganz ähnlich wie die Relais zum Aufbau von Logikschaltungen verwendet werden.