Röhrendiode

Eine Röhrendiode oder auch Vakuumdiode (Ältere Bezeichnung durch John Ambrose Fleming: Kenotron^[1]) ist allgemein eine Elektronenröhre mit zwei Elektroden. Im engeren Sinne werden nur evakuierte Röhren mit beheizter Kathode als Röhrendioden bezeichnet.

Röhrendiode mit indirekt geheizter Glühkathode

Grundlagen

Röhrendiode im Schnitt

Aus der Kathode treten Elektronen aufgrund von Feldemission, Fotoemission oder thermischer Emission aus, welche von der Anode wieder eingefangen werden. Dieser Vorgang ist besonders stark, wenn die Anode gegenüber der Kathode positives Potenzial hat. Er findet bei negativer werdender Anode nur solange statt, wie die Energie der austretenden Elektronen noch ausreicht, die Potentialbarriere zur (negativen) Anode zu überwinden. Das ist nur bis zu wenigen Volt der Fall. Daher hat eine als Elektronenröhre mit Glühkathode aufgebaute Diode die Wirkung eines Einweg-Gleichrichters.

Auch bei fehlendem Spannungsunterschied zwischen Kathode und Anode fließt aufgrund des Konzentrationsgefälles der thermisch oder durch den äußeren Fotoeffekt emittierten Elektronen ein kleiner Strom. Fotozellen - die vom Prinzip her ebenfalls Röhrendioden sind - können daher ähnlich wie Fotodioden auf Halbleiterbasis auch ohne Hilfsspannungsquelle zur Lichtmessung verwendet werden. Beim thermionischen Generator wird dieser Effekt ausgenutzt, um aus der Wärmeenergie der glühenden Kathode elektrische Energie zu erzeugen.

Anwendung als Gleichrichter

Röhrendioden mit Glühkathode wurden früher unter anderem in röhrenbestückten Geräten als Gleichrichter- und Demodulatordioden verwendet, später jedoch durch Selen-, Germanium- und schließlich durch Siliziumdioden ersetzt.

Bei Röhrengleichrichtern dürfen die maximale Größe des Ladekondensators nicht überschritten, sowie der minimale Serienwiderstand (z. B. Widerstand der Trafowicklung) nicht unterschritten werden, da sonst die Lebensdauer der Kathodenbeschichtung über die übliche Abnutzung hinaus herabgesetzt wird. Die Werte sind in den entsprechenden Datenblättern dokumentiert.

Bauformen

Indirekt beheizte Röhrendioden, v.l.n.r.:
WI1 5/20 (Hochspannungsgleichrichtung)
PY88 (Boosterdiode aus TV)
EY51 (Hochspannungserzeugung in SW-TV)

Direkt beheizte Gleichrichterröhre AZ12)
300…500 V Sperrspannung, max. 0,2 A Anodenstrom
In den beiden grau-blauen Blechhülsen aus P2-Eisen (Anoden) befinden sich W-förmig verlaufend die Kathodenbänder

Einzelteilansicht einer PY88

In der Praxis wird unterschieden zwischen Einzel- und Duodioden. Diese beiden Gruppen werden wiederum unterteilt in Dioden kleiner Leistung für Demodulatorzwecke und Leistungsdioden zur Gleichrichtung von Versorgungsspannungen.

Gruppe	Kennbuchstabe	Anwendung
Einzeldiode	A	Demodulatorzwecke
Duodiode	B	Demodulatorzwecke
Einzeldiode	Y	Einweggleichrichter
Duodiode	Z	Vollweggleichrichter

Oftmals wurden Dioden für Demodulatorzwecke mit einer Verstärkerröhre in einem Kolben vereint. Beispielsweise bei der EAF42, EBC91 oder EBF89.

Einzeldiode

Einzeldioden (Kennbuchstabe A bzw. Y) enthalten nur eine Kathode und eine Anode. Sie wurden z.B. zur Einweg-Gleichrichtung, als Boosterdiode in Horizontalablenkstufen von Fernsehern oder zur Amplituden-Demodulation eingesetzt.

Zur Hochspannungsgleichrichtung (6 bis ca. 100 kV) wurden spezielle Gleichrichterröhren-Typen entwickelt: zur Vermeidung von Feldemission besitzen sie abgerundete Anodenkanten und einen größeren Abstand zwischen Anode und Kathode. Sie benötigen auch bei indirekter Heizung eine isolierte Heizspannungsquelle; einer der Heizwendelanschlüsse ist mit der Kathode verbunden.
Eine andere, veraltete Bezeichnung für Hochspannungs-Gleichrichterröhren ist Glühventil.

Beispiele für Einzeldioden sind neben den abgebildeten Typen die EY80 und EY82 sowie die DY86 (Hochspannungsgleichrichterdiode).

Doppeldiode (Duodiode)

Doppeldioden (Kennbuchstabe B bzw. Z) sind Röhren mit zwei Anoden und einer gemeinsamen Kathode. Sie wurden in Empfängern zur Amplituden-Demodulation mit unabhängiger Erzeugung der Regelspannung ebenso verwendet wie in Verhältnis-Gleichrichtern zur FM-Demodulation.

Für Gleichrichterzwecke wird ein Transformator mit Mittelanzapfung der Sekundärwicklung verwendet, damit ist Vollweg-Gleichrichtung möglich. Die gegenphasigen Enden der Anodenspannungswicklung des Transformators werden mit jeweils einer Anode verbunden. An der Kathode entsteht der positive Pol der gleichgerichteten Spannung, die Mittelanzapfung der Transformatorwicklung bildet den Minuspol. Bei direkt geheizter Kathode muss für die Heizspannung auf dem Transformator eine separate, isolierte Heizwicklung vorhanden sein.

Beispiele für Vollweg-Gleichrichterröhren sind neben der abgebildeten AZ12 (direkt geheizt) die Typen EZ80 und EZ81 (beide indirekt geheizt, daher keine separate Heizwicklung auf dem Transformator notwendig).

Ausnahmen

Die Type EAA91 wird auch oft in den Datenblättern als EB91 geführt. Tatsächlich handelt es sich hier um zwei unabhängige Einzeldiodenstrecken in einem Kolben, die Kathoden sind elektrisch getrennt.

Selbes gilt für die EYY13.

Quecksilberdampfgleichrichter

Quecksilberdampfgleichrichter sind mit Quecksilber und Edelgas gefüllte Röhren mit ungeheizter Quecksilberteichkathode. Sie zählen daher nicht zu den Röhrendioden im engeren Sinne. Sie wurden für Gleichrichteranlagen größerer Leistung anstelle von Röhrendioden eingesetzt, da sie effektiver sind – sie besitzen in Durchlassrichtung einen geringeren Spannungsabfall, was sich unter anderem auch in geringeren Schwankungen der Ausgangsspannung bei unterschiedlicher Belastung zeigt.

Sonderformen

Mit den Typen AX1 und AX50 wurden Doppeldioden für Gleichrichterzwecke mit Glühkathoden und Quecksilberdampffüllung geschaffen, die den Vorteil der Quecksilberdampfgleichrichter mit der einfachen Handhabung der Vakuumdioden vereinen sollen. Wegen der hochfrequenten Störungen durch die Gasentladung wurden diese Röhren in der Praxis nur im Netzteil leistungsfähiger NF-Verstärker eingesetzt.

Referenzen

1. ↑ Kenotron von flemming