Anlaufstromgesetz

Das Anlaufstromgesetz beschreibt das Verhalten von Elektronenröhren bei negativen Gitterspannungen. Mit Gitter ist hier jede kalte Elektrode wie Steuergitter, Schirmgitter oder Anode gemeint. Bei allen Elektronenröhren lässt sich bei 0 V Gitterspannung ein kleiner Gitterstrom messen. Genauso lässt sich ohne Belastung eine negative Gitterspannung messen. Ursache dieser Gitterspannung sind die von der Kathode ausgestoßenen negativ geladenen Elektronen, die auf dem Gitter landen. Das Gitter wird so lange mit Elektronen negativ aufgeladen, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Im Vakuum fliegende Elektronen die auf dem Gitter „landen“ wollen, werden von der negativen Aufladung des Gitters abgestoßen.

Der Gitterstrom I berechnet sich aus dem Strom I₀ bei Gitterspannung 0 V, der Spannung U am Gitter und der mittleren Voltgeschwindigkeit E_T welche von der Kathodentemperatur T in Kelvin abhängt. Die Formeln gelten nur für U < 0 V.

$E_T = 8.6 \cdot 10^{-5} \cdot T$

$I = I_0 \cdot e^{{U} \over {E_T} }$

Eine Oxidkathode hat eine Temperatur von 1100 K. Bei einer Gitterspannung von 0 V ist I gleich I₀. Bei −0,1 V Gitterspannung ist I nur noch 35% von I₀. Für −0,2 V ergibt sich 12%. Bei −1 V sind es nur noch 0,003%. Die leistungslose Steuerung bei Elektronenröhren ist nur bei Gitterspannungen von kleiner −1 V gegeben. Die üblichen Verstärkerschaltungen mit Röhren arbeiten mit solch kleinen Gitterspannungen. Das Gitteraudion bildet eine Ausnahme. Hier ist die Gitterspannung ungefähr 0 V.

Das Anlaufstromgesetz wird durch das Raumladungsgesetz für positive Gitterspannungen ergänzt. Für U = 0 V widersprechen sich beide Gesetze. Nach dem Anlaufstromgesetz ist der Strom I₀ und nach dem Raumladungsgesetz ist der Strom 0. Die reale Kennlinie einer Elektronenröhre zeigt eine Überlagerung. Bevor der maximale negative Gitterstrom laut Anlaufstromgesetz bei 0 V erreicht wird biegt die Kennlinie in Richtung positiver Gitterstrom. Bei einer gewissen Gitterspannung größer −2 V ist deshalb der Gitterstrom wieder 0. Dieser Arbeitspunkt ergibt bei einem Gitteraudion die geringste Belastung des Schwingkreises. Der Arbeitspunkt ist von der Röhre abhängig. Bei der Triode UX199 ist er bei −1,1V, bei der Triode KC1 bei −0,6V und bei der Triode RE134 bei −0,03V.

Literatur

• H. Barkhausen: Lehrbuch der Elektronenröhren, 1.Band Allgemeine Grundlagen, S. Hirzel Verlag, Leipzig 1965, 11. Auflage, Seite 41ff.
• Alexander Potchinkov: Simulation von Röhrenverstärkern mit SPICE: PC-Simulationen von Elektronenröhren in Audioverstärkern, Vieweg+Teubner, 2009, ISBN 3834806420