Die Funktion der Raumladegitter-Röhre
von Wolfgang Holtmann

Siehe auch: http://www.jogis-roehrenbude.de/Roehren-Geschichtliches/Raumladegitter-Roehren/ Raumladegitter-Roehren.htm

Welche Vorteile haben die Raumladegitter-Röhren gegenüber normalen Röhren?
Der Hauptvorteil ist der Wegfall von teuren und schweren Anodenbatterien bei tragbaren Radios. Da schon Betriebsspannungen von 10 bis 20 Volt ausreichend sind, können selbst junge Bastler ohne Gefahr ein einfaches Gerät nachbauen. Beispiel: Der RADIOMANN von Kosmos. Man darf aber nicht verschweigen, dass die zu erzielenden NF-Ausgangsleistungen recht bescheiden sind. Die spezielle Autoradio-Röhre 12K5 lasse ich vorerst (!) mal ausser Betracht!
Um die Empfangsschaltungen mit den Raumladegitter-Röhren besser verstehen zu können, müssen wir etwas tiefer in Materie eindringen. An dieser Stelle der Hinweis: bei den hier besprochenen DIREKT geheizten Röhren werden alle Röhrendaten in der ‚normierten Messschaltung’ angegeben, d.h. Minuspol der Betriebsspannung an das negative Heizfadenende= Bezugspunkt für alle Elektrodenspannungen!
Die alten Doppelgitter-Röhren (=Oberbegriff) aus den 20er Jahren kann man in vier Gruppen unterverteilen:
- Raumladegitter-Röhren
- Schutzgitter-Röhren
- Doppelsteuer-Röhren
- Elektrometer-Röhren
Die hier beschriebene Röhrengattungen haben in der Vergangenheit für viel Verwirrung gesorgt! Der Grund lag in der grossen Vielfalt der meist experimentellen Schaltungsvorschläge.
Als Beispiel habe ich die RE 074d von TELEFUNKEN genommen, die sowohl als Raumladegitter-Röhre, aber auch als Doppelsteuer-Röhre in (selbstschwingenden-) Mischstufen für Superhets Verwendung fand.
Andere Typen waren für alle drei Anwendungen brauchbar.

In meiner Schaltung sind die Gitter ganz anders bezeichnet!
Dummerweise konnte man sich nicht auf eine einheitliche Bezeichnung der beiden Gitter einigen. Der Grund lag in der Tatsache, dass in den meisten (aber nicht allen) Raumladegitter-Schaltungen das 1. Gitter (nahe dem Heizfaden) NICHT das Steuergitter ist, sondern nur eine Hilfsfunktion hat. Das 2. Gitter (nahe der Anode) ist das eigentliche Steuergitter! Aber das war für viele Radiotechniker unverdaubar. Daher findet man oft die genau umgekehrten Bezeichnungen. Halt’ die Macht der Gewohnheit!
Ich verwende in den folgenden Abschnitten die Abkürzungen RG= Raumladegitter und G= Steuergitter.
Kein Geringerer als Fritz Kunze (Röhren-Taschen-Tabellen, Franzis-Verlag) hat in einem Artikel in der FUNKSCHAU 1949, Heft 1, auf diesen Wirrwarr aufmerksam gemacht und dann später in den 50er Jahren einen Kompromis (das RG wird einfach nicht mitgezählt) durchgesetzt, der aber leider zu weiteren Unsicherheiten führte. Siehe REN 704d (Eu39).

Warum kommt man mit so einer niedrigen Anodenspannung aus?
Wir wollen dazu die Kennlinien der RE 074d in Raumladegitter-Schaltung betrachten.
Abb.1 zeigt die Ia/Ug sowie die Irg/Ug Kurven für eine Anoden- und Raumladegitterspannung von nur 16 Volt!
In Abb.2 sieht man die Elektronen –wie gewöhnlich- um den glühenden Heizfaden (=Kathode) tanzen. Bekanntlich fühlen sich diese negativen Gesellen nur durch eine positive Elektrode angezogen. Aber noch liegt keine positive Spannung am benachbarten Raumladegitter!

Aber die Anode hat doch +16 Volt! Wieso fließt da kein Anodenstrom?
Nein, die ist denen viel zu weit weg! Nur 16V, da tut sich (noch) gar nichts!


In Abb.3 wird jetzt +16 V an das RG gelegt, was sofort einen regen Elektronenstrom zu diesem 1. Gitter zu Folge hat. Ist ja auch einleuchtend, die volle +Spannung und so dicht bei! Die Elektronen haben inzwischen eine so hohe Geschwindigkeit bekommen, dass viele durch die groben(!) Maschen schiessen. Diese sehen sich plötzlich einem 10 Meter (Pardon, ich meinte -10 Volt) hohen Gitter gegenüber!
"Nee, nee, das ist uns dann doch zu hoch. Wir kehren einfach um, zurück zum Raumladegitter. Plus 16 Volt ist doch prima, was will man da noch mehr!" Das erklärt auch, warum der Raumladegitterstrom bei Sperrung der Röhre maximal ist. Man sagt: gegenläufig zum Ia.

Was wird bei Raumladegitter-Röhren mit fallender Kennlinie gemeint?
Man erkennt in Abb.1 an der Irg/Ug Kennlinie, dass bei steigender (in pos. Richtung) Steuergitterspannung der Raumladegitterstrom zurückgeht, also fällt. Diese besondere Eigenschaft ist von Wichtigkeit bei der NEGADYN-Empfangsschaltung sowie beim NUMANS-ROOSENSTEIN-Oszillator. Siehe: Negadyn-Empfänger.
Das Steuergitter kontrolliert die Stromverteilung zwischen Anode und Raumladegitter.
Manchmal wird auch der Ausdruck ‚Bremsfeldsteuerung’ verwendet, weil die anstürmenden Elektronen durch ein negatives Steuergitter mehr oder weniger abgebremst werden.

Man muss schon zugeben, mit dem Lockmittel ‚pos. Raumladegitter’ haben wir die Elektronen-Meute aus der Reserve gelockt und einen Riesenschritt weiter Richtung Anode getrieben. Genau genommen hat sich zwischen dem RG und dem Steuergitter eine neue negative Raumladewolke gebildet die den Namen "virtuelle (=scheinbare) Kathode" verdient!

Alles schön und gut. Aber bis jetzt ist noch kein einziges Elektron auf die Anode geprallt!
Ist auch logisch. Mit -10 V am Steuergitter ist die Röhre gesperrt. In Abb.4 sehen wir was passiert, wenn wir den Elektronen freie Bahn lassen, durch die Ug auf 0 Volt zu reduzieren.
Da der Abstand von der "virtuellen Kathode" zur Anode nun viel kleiner geworden ist, kann schon eine niedrige Anodenspannung einen gewissen Ia fliessen lassen.
Ich möchte den Trick mit dem zusätzlichen pos. Raumladegitter mit einem TURBOLADER (oder ist es ein Kompressor?) eines Motors vergleichen. Man erleichtert der begrenzten Saugkraft der Anodenspannung die Arbeit, indem die zu Anfangs trägen Elektronen ganz schön ‚auf Trab’ gebracht werden!

Wenn das so eine tolle Idee ist, warum wurden dann nicht mehr Röhren nach diesem Prinzip fabriziert?
Den erwähnten Vorteilen stehen leider einige schwerwiegende Nachteile gegenüber. Z.B.
- Die geringe Verstärkung durch die hohe ‚Anodenrückwirkung’ auf die Raumladewolke.
- Der Raumladegitterstrom, welcher weiterhin nutzlos zu Spannungsquelle abfliesst.
Gerade bei tragbaren Geräten ist der letzte Punkt von grosser Wichtigkeit. Dabei stellt in meinen Augen die RE 074d noch einen guten Kompromiss zwischen Anoden(nutz)strom und Raumladegitter(verlust)strom dar.
Die als ‚äquivalent’ bezeichnete U 409D (VALVO) hat einen doppelt höheren Irg. Noch schlechter ist das Verhältnis bei der DM 300 von Radio-Record. Letztere hat einen vierfach (in Vergleich zur RE 074d) höheren Raumladegitterstrom!

Ich habe gelesen, dass die DM 300 im RADIOMANN gar keine Raumladegitter-Röhre ist?
Die DM 300 mit einem runden(!) Stempel wurden in den 50er Jahren speziell für diesen Kosmos- Experimentierkasten gefertigt und NICHT in der Raumladegitter-, sondern aus den oben genannten Gründen in der Schutzgitter-Schaltung betrieben!! Das anodennahe Gitter ist fest mit dem Pluspol der Anodenbatterie verbunden. Eigentlich sind diese Exemplare KEINE echten Raumladegitter-Röhren! Um das zu unterstreichen, sind die beiden Gitter gegenüber der RE 074d vertauscht(!) am Röhrensockel angeschlossen!! Guter Trick, fällt kaum jemanden auf.
Mit Einführung der Netzempfänger (Anfang der 30er Jahre) sind die Raumladegitter-Röhren von der Bildfläche so gut wie verschwunden. Nur für tragbare mil. Geräte wurden noch einige Spezialtypen entwickelt. Das waren u.A. die RV 2,4 T3 (wie RE 074d, aber Uf= 2,4V), die LV 5 (Tetrode mit zusätzlichem RG) sowie die RV 2,4 P45 (Pentode mit RG).

In meinem TELEFUNKEN Radio Type 650 WL befindet sich eine REN 704d. Ist das auch eine Raumladegitter-Röhre?
Nein, diese Röhre ist der typische Vertreter einer sogenannten ‚Doppelsteuer-Röhre’, womit man die unabhängige Steuerung des Elektronenstromes mit BEIDEN Gittern meint. Das katodennahe Gitter wird nicht zum Anziehungspunkt für die Elektronenwolke um die (indirekt geheizte) Kathode gebraucht, sondern dient als Steuergitter für den Oszillator. Das anodennahe Gitter bekommt das Eingangssgnal zugeführt (multiplikative Mischung). Sie war der Vorläufer der Mischhexode RENS 1224.
Wie schon weiter oben angedeutet, in den späteren Ausgaben der RTT (Franzis-Verlag) hat man diesen Typ mit den echten Raumladegitter-Röhren in einen Topf geworfen.

Man hört in letzter Zeit so viel von der amerikanischen (indirekt geheizten) Raumladegitter-Röhre 12 K 5.
Diese nimmt eine Sonderstellung ein, weil entworfen für NF-Verstärker in Autoradios. Da musste man nicht so auf den Stromverbrauch achten. Die Kurzdaten machen das deutlich:
Uf=12,6 V If=0,45 A Ua=12,6 V Ia=8 mA Irg=85 mA(!) Pout=35 mW

Was haben die Elektrometer-Röhren auf Jogies Raumladegitter-Röhren Seite zu suchen?
Die dort gezeigten Spezial-Röhren sind vom Prinzip her ebenfalls Raumladegitter-Röhren. Sie werden meist für wissenschaftliche Zwecke verwendet, um Spannungen OHNE nennenswerte Belastung noch messen zu können. Es darf daher so gut wie kein(!) Steuergitter-Fehlstrom fliessen! Für die T 116 wird dieser mit < 6 x 10 hoch minus 13 Ampère angegeben. Indem man die Elektrodenspannungen niedrig hält, findet keine(!) Ionisation der Restgase statt. Obendrein wird der Steuergitteranschluss GUT ISOLIERT herausgeführt.

Wo kann ich noch Raumladegitter-Röhren kaufen?
Da diese Gattung schon lange nicht mehr hergestellt wird, kann man mit viel Glück bei Sammlern brauchbare, vielleicht sogar NOS Röhren kaufen oder tauschen.
Unter dem Motto: "Not macht erfinderisch" hat man - mit mehr oder weniger Erfolg - probiert, ganz normale HF-Pentoden (mit herausgeführtem Bremsgitter) als Raumladegitter-Röhre zu ‚missbrauchen’. Dabei ist zu beachten, dass das 1. Gitter NICHT als Raumladegitter an eine positive Spannung angeschlossen werden darf! Das Steuergitter einer HF-Pentode ist dafür zu ENGMASCHIG gewickelt und meistens auch noch zu DICHT an der Kathode. Es würden kaum Elektronen hindurch schlüpfen können!
Daher wird G1 kurzerhand mit der Kathode verbunden. G2 hat nun die Funktion des Raumladegitters übernommen. G3 (war Bremsgitter) ist jetzt das eigentliche Steuergitter.
Na, dann wünsch’ ich viel Erfolg.


REN704d (REN1817d) eine Raumladegitter-Röhre?
Oder: Was ist eine Raumladegitter-Röhre und was ist nun keine Raumladegitter-Röhre ?

Aus aktuellem Anlaß will ich probieren, meine Sicht auf diese öfters gestellte Frage zu verdeutlichen.

Ich folge dem Beispiel der großen Röhrenhersteller, wie TELEFUNKEN oder PHILIPS und bezeichne alle alten Röhren mit 2 Gittern als Doppelgitter-Röhren. Das ist der Oberbegriff und sagt noch nichts über die eigentliche Verwendung aus!
Damit liegt man immer richtig.
Ausgenommen von dieser Regel sind HF-Tetroden wie die RES 094, RENS 1204 usw. oder Leistungs-Tetroden.
Man muß jeden Röhrentyp einzeln beurteilen, in welchen Anwendungen dieser vorteilhaft (und da geht's drum!) zu gebrauchen ist.


1.  G r u p p e :
Da ist zunächst die große Gruppe der direkt geheizten Doppelgitter-Röhren.
In den 20er Jahren waren diese beliebt wegen der Möglichkeit, diese Röhrensorte mit niedrigen Anodenspannungen in der sogenannten 'Raumladegitter-Schaltung' zu betreiben.
Wenn ich das richtig einschätze, war der Anteil etwa 90%. Es ist deswegen auch nicht verwunderlich, wenn sich der Begriff 'Raumladegitter-Röhre' für diese Röhrengattung eingebürgert hat und in den Köpfen hängengeblieben ist.
Typische Vertreter waren die RE 074d, U409D, DG 407, A441N.

Diese Röhren wurden -in Ermangelung alternativer Typen zu der Zeit- aber auch in anderen Anwendungen (mit höheren Betriebsspannungen!) benutzt:
--- in der 'Schutzgitter-Schaltung' (~Schirmgitter-Tetrode)
--- als 'selbstschwingender Mischer' (Modulateur-Bigrille)


2.  G r u p p e :
Und dann ist da noch die ganz kleine Gruppe der indirekt geheizten Doppelgitter-Röhren.
Dazu zählt die REN 704d bzw. REN 1817d. (Die Sonderstellung der 12K5 wurde bereits erklärt).

Es handelt sich um (selbstschwingende) Mischröhren für Netzempfänger, wobei der Anodenstrom von beiden Gittern beeinflußt wird (Doppelsteuerung). Die Anodenspannung beträgt hierbei 100 V oder mehr.
In der Veröffentlichung der Daten:
http://www.mif.pg.gda.pl/ homepages/frank/sheets/105/r/REN704d.pdf
wird das in der Einleitung auf Seite 116, nochmals unterstrichen.

Widersprüchlich dazu, wird auf der folgenden Seite die Kennlinien und Daten in der Raumladegitter-Schaltung angegeben!! Das ist äußerst verwirrend und irreführend, zumal wenn man die hohen Raumladegitterströme in Betracht zieht!
Ich sage mal: "Da wußte bei TELEFUNKEN die rechte Hand nicht, was die linke tut!"

In den Daten im Link:
http://www.mif.pg.gda.pl/ homepages/frank/sheets/110/r/REN704d.pdf
hatte man diesen 'Ausrutscher' korrigiert. Auch im Buch 'Rundfunkröhren' von L. Ratheiser sind die Kennlinien für Ua = 100V bei Ug1 = 0V dargestellt.

Mit einer Heizleistung von immerhin 3,6 W sind diese Röhren sicherlich nicht vorteilhaft in Raumladegitter-Schaltungen zu gebrauchen. Es ist ja auch sinnlos, einen Heiztrafo zu verwenden, um dann mit einer kleinen Anodenspannung zu arbeiten die sowieso eine schlechte Leistungsausbeute ergibt!
Daher hat die REN 704d und die REN 1817d mit den 'Raumladegitter-Röhren' (bis auf die zwei Gitter) nichts gemeinsam!

Anmerkung:
Außer einer experimentellen Meßeinstellung im 'Kammerloher, HF-Technik Teil II', kenne ich keine Radioschaltung mit der REN 704d im Raumladegitter-Betrieb. Wer wohl?
Dort wird die Röhre weit außerhalb der höchstzulässigen Spannungen und Ströme betrieben! Man wollte die Eigenschaften von Raumladeschaltungen bei Betrieb mit der (kurzzeitig) hohen Stromergiebigkeit einer indirekt geheizten Bariumkathode gegenüber der frühzeitigen Sättigung einer direkt geheizten Kathode verdeutlichen.

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