Elemente der angewandten Elektronik - Kompendium für Ausbildung und Beruf

8 Röhren und Displays (S. 96-97)

8.1 Gasentladungsröhren
Gasentladungsröhren nutzen die elektrische Leitfähigkeit eines ionisierten Gases. Das einfachste Beispiel ist die Glimmlampe nach Bild 1. Sie besteht aus zwei teller- oder stabförmigen Elektroden in einem edelgasgefüllten Gefäß. Durch ein ausreichend starkes elektrisches Feld zwischen beiden Elektroden werden freie Elektronen so beschleunigt, dass sie durch Stoßionisation eine „Zündung" des Gases bewirken. Das somit leitfähige Gasgemisch bezeichnet man als Plasma.

Über einen Vorwiderstand – oft im Lampensockel eingebaut – können solche Lampen an Gleich- oder Wechselspannung betrieben werden. Beim Stromdurchgang erzeugen sie ein Glimmlicht, das schon bei Stromstärken von 10 A sichtbar wird. Bild 1c zeigt ein bekanntes Anwendungsbeispiel. Bild 2a zeigt die Kennlinie einer Glimmlampe, wie sie zwischen zwei nahe benachbarten kalten (ungeheizten) Elektroden zu messen ist. Typisch ist eine Zündspannung von etwa 100 V und eine Brennspannung von annähernd 60 V, die in einem weiten Bereich nur geringfügig abhängig ist vom Strom, so dass man Glimmlampen wie Z-Dioden zur Spannungsstabilisierung einsetzen kann. Üblicherweise hält man durch einen hinreichend großen Vorwiderstand R den Arbeitspunkt A im unteren Milliampere-Bereich.

Bei Stromstärken im oberen Milliampere-Bereich tritt bei zunächst steigender Brennspannung eine erhebliche Wärmeentwicklung auf, wobei die Glimmentladung umschlägt in eine heiße Bogenentladung mit besonders niedriger Brennspannung. Dabei werden die Elektroden bis zum Schmelzen erhitzt, die Glimmlampe wird zerstört. Nur spezielle Bogenlampen sind für einen Betrieb in diesem Bereich geeignet. Wählt man als treibende Spannung u1 die Netzwechselspannung, so ergeben sich die im Bild 2b angegebenen Zeitverläufe für Spannung und Strom.

Der Letztere fließt offenbar nur impulsweise, weil die Glimmentladung beim Absinken der Netzspannung unter die Brennspannung erlischt und erst wieder zündet, wenn die Netzspannung die Zündspannung in der folgenden Halbschwingung überschreitet. Für das relativ träge menschliche Auge wirken die mit dem Strom auftretenden Lichtimpulse von 100 Hz wie ein kontinuierlicher Lichtstrom.

Bild 3a zeigt den Aufbau einer gasgefüllten Glimmentladungsröhre für Gleichspannungsbetrieb, die mehrere als Ziffern geformte Katoden besitzt, die hintereinander gestaffelt einer gemeinsamen Anode in Form eines Gitternetzes gegenüberstehen. Bei Gleichspannungsbetrieb bezeichnet man die positive Elektrode als Anode und die negative als Katode. Wird nach Bild 3b über einen Wahlschalter eine bestimmte Glimmstrecke gezündet, so überzieht sich die betreffende angeschlossene Katode mit einem Glimmlicht, so dass das darzustellende Zeichen sichtbar wird. Über einen Vorwiderstand wird der Strom begrenzt, normalerweise auf etwa 2 mA.

Die eben beschriebene Anzeigeröhre ist unter der Bezeichnung „Nixie-Röhre" bekannt geworden. Es gibt neuere Röhren mit einem flachen Gehäuse nach Bild 3c, bei denen verschiedene Zeichen in einer Ebene nebeneinander angeordnet werden. Jedes Zeichen wird aufgebaut aus sieben balkenförmigen Segmenten a bis g, bei denen es sich um unabhängig voneinander ansteuerbare Katoden handelt, die einer gemeinsamen Anode gegenüberstehen. Die Anode wird gebildet durch Metallflächen (schraffiert) zwischen den einzelnen Segmenten. Steuert man alle Katoden mit Ausnahme der Katode b an, so ergibt sich ein Leuchtmuster, das die Ziffer 6 darstellt. Auf analoge Weise können alle Ziffern von 0 bis 9 sowie einige Buchstaben (z.B. A, E, F) dargestellt werden1). Ein weiteres Beispiel für eine Gasentladungsröhre ist der edelgasgefüllte Überspannungsableiter2).

In der meistgebräuchlichen Ausführung besteht er nach Bild 4a aus einem kurzen Keramik- oder Glasrohr mit beidseitigen Metallkappen. Diese sind mit einer emissionsfördernden Aktivierungsmasse belegt und können ohne Heizung gleichermaßen als Katode und Anode wirken. Ein Einsatzbeispiel an der Netzleitung eines Einphasen-Verbrauchers zeigt Bild 4c. Beim Auftreten eines gefährlichen Spannungsstoßes zünden die Ableiter und verwandeln mit dem Ableitstrom, der auf einige Kiloampere ansteigen kann, die Stoßenergie in Wärme.