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2021-01-26T08:42:03Z

Gitterspannung

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Das '''Anlaufstromgesetz''' beschreibt das Verhalten von [[Vakuum]]-[[Elektronenröhre]]n mit [[Glühkathode]] bei negativen [[Gitterspannung]]en; mit Gitter ist hier jede kalte [[Elektrode]] wie [[Steuergitter]], [[Schirmgitter]] oder [[Anode]] gemeint.

== Beschreibung ==
Bei 0 V Gitterspannung lässt sich ein kleiner [[Gitterstrom]] <math>I_0</math> messen. Ursache sind die von der Kathode ausgestoßenen negativ geladenen [[Elektron]]en.

Müssen die Elektronen gegen ein abstoßend gepoltes Gitter anlaufen, so ist der Strom noch kleiner, denn Elektronen mit weniger [[Energie]] als <math>eU</math> (–''e'' ist die [[Elektrische Ladung|Ladung]] des Elektrons und ''U''<0 die Spannung des Gitters bezogen auf die Kathode) können das Gitter nicht erreichen und fallen auf die Kathode zurück.

Der Anteil der Elektronen mit höherer elektrischer Energie als <math>eU</math> (und damit der Gitterstrom <math>I</math>) sinkt [[exponentiell]] mit der Gitterspannung:

:<math>I = I_0 \cdot e^{\frac{eU}{k_\mathrm{B}T}}</math>

mit
* dem [[Boltzmann-Faktor]] <math>e^{\frac{eU}{k_\mathrm{B}T}}</math>
** der [[Elementarladung]] <math>e</math>
** der Gitterspannung <math>U < 0</math>
** der [[Boltzmann-Konstante]] <math>k_\mathrm{B}</math>
** der [[Absolute Temperatur|absoluten Temperatur]] <math>T</math>
: (<math>k_\mathrm{B}T</math> ist die [[thermische Energie]]).

== Beispiel ==
Für eine [[Oxidkathode]] mit einer Temperatur von 1100 [[Kelvin|K]] gilt:
{| class="wikitable"
|+ Gitterspannung und -strom bei 1100 K
! U || I
|-
| 0 V || 100 %·I0
|-
| −0,1 V || 35 %·I0
|-
| −0,2 V || 12 %·I0
|-
| −1 V || 0,003 %·I0
|}

Die [[Leistung (Physik)|leistungs]]<nowiki/>lose Steuerung von Elektronenröhren ist also nur bei Gitterspannungen kleiner −1 V gegeben. Die üblichen [[Verstärker (Elektrotechnik)|Verstärkerschaltungen]] mit Röhren arbeiten mit solch kleinen Gitterspannungen. Eine Ausnahme bildet das [[Audion#Elektronische Schaltung|Gitteraudion]], bei dem die Gitterspannung ungefähr 0 V beträgt.

== Zusammenhang mit dem Raumladungsgesetz ==
Das Anlaufstromgesetz wird ergänzt durch das [[Raumladungsgesetz]] für positive Gitterspannungen. Für U = 0 V widersprechen sich beide Gesetze: nach dem Anlaufstromgesetz ist der Strom gleich I0 und nach dem Raumladungsgesetz gleich 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 [[Schwingkreis]]es. Der Arbeitspunkt hängt von der Röhre ab: bei der [[Triode]] UX199 liegt er bei −1,1 V, bei der Triode KC1 bei −0,6 V und bei der Triode RE134 bei −0,03 V.

== 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

[[Kategorie:Röhrentechnik]]
[[Kategorie:Elektronenstrahltechnologie]]

Anlaufstromgesetz - Versionsgeschichte

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