Frage von Peterpanlan123, 86

Wie genau verstärkt ein Triode ein Signal?

Guten Tag liebe Community, ich musste mich aufgrund meines Physikunterrichts näher mit der Triode befassen. Jedoch erschließen sich mir einige Sachen nicht. Eine Triode besteht ja aus Elektroden, der Anode (postiv) der Kathode (negativ da Elektronen emittiert werden) und dem Gitter, welches auch negativ geladen ist. Nun lässt sich anhand der Gitterspannung der Stromfluss der Anode regulieren, was abhängig von der Negativität der Spannung ist. Was ich nun nicht verstehe inwiefern wird ein Signal nun verstärkt? Könnte man nicht einfach eine Diode nutzen und dich Spannung erhöhen , somit wäre doch der Stromfluss maximal,da kein Gitter die Elektronen daran hindert sich zur Anode hin zu bewegen. Was ich weiterhin nicht verstehe wie genau wird ein Tonsignal nun verstärkt? Wo genau wird dieses Signal hingeleitet bzw wird es über das Gitter geleitet oder kommt es von der Kathode? Und herrscht in einer Triode durch die Bewegte Ladung ein elektrisches bzw beim Draht des Gitters ein magnetisches Feld?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 44

Ok, nehmen wir mal an, am Ausgang eine Receivers (Empfängers) liegt das Tonsignal an.
Das hat eine Spannung von 0V bis -10 V.
Würde man hier direkt einen Lautsprecher anschließene, würde der aufgrund seines geringen ohmschen Widerstandes jede Menge Strom ziehen, was die Bauteile des Empfängers aber nicht abkönnen. Der hohe Strom würde in kürzester Zeit zum Hitzetod der Bauteile führen. Das Tonsignal aus dem Empfänger kann nur mit einigen Miliampere belastet werden, damit lässt sich aber kein Lautsprecher betreiben.

Nun kommt die Triode ins Spiel.
Dort legt man das Tonsignal an die Gitterspannung an. Das Gitter ist so ausgelegt, dass es mit einer Spannung von 0 bis -10V betrieben wird und aufgrund seines hohen Widerstandes nur ein paar Miliampere zieht.

Nun kann man entweder den Strom oder die Spannung verstärken.

Legt man an die Anode ebenfalls 10 V an, aber aus einer Quelle, die auch einige Ampere liefern kann, kann das Gitter mit wenigen Miliampere gesteuert werden, aber zwischen Anode und Kathode können Ströme im Amperebereich fließen. Der schwache Strom steuert dann die Abgabe des starken Stromes. Der Strom wird verstärkt.

Legt man an die Anode eine höhere Spannung an, z.B. 230 V Gleichspannung, dann kann man mit den 10V Steuerspannung diese hohe Spannung steuern. In diesem Fall wird die Spannung verstärkt.

Kommentar von Peterpanlan123 ,

Danke für die schnelle Antwort. Ich verstehe nur nicht ganz inwiefern die Spannung verstärkt wird. Wenn am Gitter eine Spannung von 0V anliegt fließen alle Elektronen durch, da sie von der Anode angezogen werden, legt man aber eine geringe negative Spannung an verhindert diese, dass einige Elektronen zur Anode gelangen, der Anodenstrom ist als geringer. Aber wie genau wir den nun ein Signal verstärkt? Bei 0v am gitter ist der Anodenstrom doch maximal, aber das Eingangssignal wird ja nicht von 20mA auf 100 mA einfach so verstärkt wenn Ia max z.B (also bei Gitter 0V) nur 70 mA beträgt. Insofern verstehe ich nicht wie die Spannung verstärkt wird, denn sie wird doch einfach nur runter oder hoch reguliert also entweder (in diesem bsp 70mA maximal) oder eben weniger.

Und was ich nicht genau verstehe das Tonsignal wird wohl in form von Wechselstrom geliefert, das Gitter wird doch aber mit Gleichspannung betrieben?

Kommentar von Hamburger02 ,

Da muss man die Spannung nur umpolen, dann werden sozusagen aus +10V -10V.

Am Gitter liegt das schwache Signal an und dementsprechend wird das Gitter mit einer Spannung beaufschlagt, die dem Signalverlauf entspricht. Exakt nach diesem Signalverlauf werden mal mehr, mal weniger Elektronen durchgelassen.

Die verstärkte Spannung nimmt man an der Kathode ab. Deren Verlauf entspricht exakt dem Signalverlauf, weil dementsprechend ja das Gitter gesteuert wurde. Die liegt dann allerdings auf dem Niveau der Anodenspannung.

So erhält man aus einem Signalverlauf am Gitter zwischen 0 und - 10 V und geringer Stromstärke an der Kathode denselben Signalverlauf, allerdings nun auf die hohe Spannung bzw. die starke Stromquelle draufgelegt.

Kommentar von Peterpanlan123 ,

Danke für die ausführliche Erklärung, jetzt ist mir einiges klarer, jedoch nicht wie das Eingangssignal verstärkt wird. Das Tonsignal des Receivers hat einen sinusförmigen Spannungsverlauf (z.B -10v bis 10V) legt man dieses Signal nun an das Gitter an ist ej ja so, dass einmal die Elektronen der Kathode durchgelassen werden und mal weniger durchgelassen werden. Würde das nicht bedeuten , das der Anodenstrom mal stärker und mal schwächer ist? Inwiefern wird das am Gitter anliegende Signal verstärkt, damit es über einen Lautsprecher zu hören ist?

Kommentar von Hamburger02 ,

Jetzt bist du auf dem richtigen Weg. Der Anodenstrom hat exakt den Verlauf des Gitterstromes, solange man sich im linearen Bereich der Triode befindet. Und dieser 1:1 kopierte Anodenstrom ist der verstärkte Strom.

Verstärkung läuft immer gleich, auch bei Transistoren oder einfachen Schaltern. Man hat ein Gerät, das den eigentlichen Arbeitstrom exakt so nachbildet, wie es dem schwachen Steuerstrom entspricht.

Das Prinzip gilt auch bei modernen Wechselschaltern. Durch den Wandschalter fließt nur ein schwacher Strom, der ein Relais ansteuert. Das Relais schaltet dann den Arbeitsstrom zu den Lampen durch.

Eine Röhre ist im Prinzip auch nichts anderes als ein Relais. Bloß kennt sie halt nicht nur ein und aus sondern sämtliche Stufen dazwischen auch.

Kommentar von Peterpanlan123 ,

Danke jetzt habe ich es verstanden :D. Noch eine Frage hätte ich lassen sich die Spannungen mathematisch auch einfach addieren also Ugitter+Usignal =Uverstärkt?

Kommentar von Hamburger02 ,

Nein, lassen sie sich nicht. Es gilt überall der Energieerhaltungssatz. Aus einem schwachen Strom kann kein starker werden, er kann einen starken nur steuern. Die eigentliche Energiequelle von dem ganzen ist die aufgeheizte Kathode. Dort steckt man die Energie rein, die man zur Verstärkung braucht. Das Gitter drosselt oder öffnet nun den Durchgang dieser Energie zur Anode.

Der Zusammenhang zwischen Gitter und Anode lautet: Anodenstrom = Gitterspannung * Steilheit
Ia = S * Ug
S ist dabei die Steilheit der Kennlinie oder das Maß der Verstärkung. Die Einheit ist mA/V.

Damit sich kein Fehler einschleicht. Die Gitterspannung muss zwischen 0 und - 10 V liegen. Meistens beschränkt man sich z.B., auf -2 bis -8 V, um im linearen Bereich zu bleiben.
Kommt das Signal aus dem Receiver nicht schon negativ an, sondern zischen 0 und +10 V, schaltet man eine Spannungsumkehrschaltung dazwischen, die aus 4 Dioden besteht. Eine Spannungsumkehrschaltung ist mathematisch gesehen ein Vorzeichenwechsler.

Kommentar von Peterpanlan123 ,

Ich danke dir vielmals jetzt hab ich es verstanden :D.

Kommentar von Hamburger02 ,

Prima, dann hat sich die Mühe ja gelohnt. ;-) Finde es auch prima, dass du das Prinzip unbedingt verstehen willst, denn nach genau diesem Prinzip arbeiten auch Transistoren und ICs. Lediglich die konkrete technische Umsetzung unterscheidet sich.

Kommentar von Peterpanlan123 ,

Eine Frage ist mir grade noch aufgekommen. Die Triode kann ja nun als Röhrenverstärker genutzt werden bsp. bei Gitarren, wie ist die Triode da den geschaltet? Ist sie einfach ein veränderbarer Widerstand? Oder dient sie zur Rückkopplung des Signals?

Antwort
von HorizonToGo, 52

Ist doch wie die Basis bei einem Transistor.

Am Gitter wird die zu verstärkende Spannung, vorher angehoben , den von der Anode zu Kathode fließenden Elektronenstrom beschleunigen und bremsen, je nach Gitterspannung.

Kommentar von Peterpanlan123 ,

Von der Anode werden wohl keine Elektronen zur Kathode fließen. Was ich aber nicht verstehe ist wie die Spannung wie du es ausgedrückt hast "angehoben" wird.

Kommentar von HorizonToGo ,

mittels Gleichspannungsgegenkopplung, also einer überlagernden Gleichspannung!

Was den Stromfluss anbetrifft, ist man seit eh und je im Klinsch zwischen Physikern und Technikern, sollte aber hier keine Rolle spielen!

Kommentar von Peterpanlan123 ,

Bedeutet also ich habe eine die Spannung meines Signals am Gitter anliegen und eine Gleichspannung als Gegenkopplung falls ich das jetzt richtig verstanden habe? Aber mir erklärt sich noch nicht wie das Signal verstärkt wird, man könnte das Steuergitter doch einfach weg lassen, dann hätte man den maximal Ia bei der Anode was zu einer besseren Verstärkung führen sollte oder etwa nicht?

Kommentar von Franz1957 ,

Wenn kein Steuergitter da ist, wo willst Du dann das Signal anlegen? Die Gitterspannung ist es, die den Anodenstrom steuert. Die Gitterspannung enthält das Signal und prägt es dem Anodenstrom auf.

Kommentar von Peterpanlan123 ,

Danke dafür das ist mir jetzt klar, aber noch nicht wie eine Verstärkung nun aussieht. Wenn das Tonsignal in Form von Wechselstrom ankommt z.B -10V-10V werden die Elektronen einmal komplett durchgelassen und einmal teils blockiert. Das würde ja bedeuten, das der Anodenstrom einmal stärker und einmal schwächer ist. Inwiefern wurde das am Gitter anliegende Signal nun "verstärkt" 

Antwort
von Geograph, 36

Lies hier mal den Abschnitt 6.2 "Triode"

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenr%C3%B6hre

Da ist es ganz gut beschrieben.

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community