Die Verstärkung eines Signals mithilfe der Triode

Hornogo · Anmeldungsdatum: 17.11.2016 Beiträge: 4

Meine Frage:
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?

Meine Ideen:
Eigentlich müsste durch die Potentialdifferenz ein elektrisches Feld vorhanden sein und durch den Stromfluss im Gitter ein magnetisches Feld nur bin ich mir da leider nicht sicher. Wie ein Signal nun Verstärkt wird weiß ich leider nicht.

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3400

Hallo,

Hornogo · Anmeldungsdatum: 17.11.2016 Beiträge: 4

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.

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

An das Gitter wird eine solche Gleichpannung gelegt, daß sich ein mittlerer Anodenstrom einstellt. Die zu verstärkende Spannung addiert sich zu dieser Gittervorspannung und macht sie (wenn es eine Wechselspannung ist) mehr oder weniger negativ. Dadurch wird der Anodenstrom mal schwächer, mal stärker.
Der Anodenstrom fließt über einen Anodenwiderstand, an dem eine Spannung abfällt, die dann ebenso mal kleiner und mal größer wird. Ihre Schwankungen sind größer als die Schwankungen der angelegten Eingangsspannung - - - Verstärkung! smile

Hornogo · Anmeldungsdatum: 17.11.2016 Beiträge: 4

Darf die Schwankung dabei auch im positiven Bereich sein? Also nicht nur um 0 und negativ sonder auch im positiven spannungsbereich?
Die Spannungen werden also einfach addiert?

Hornogo2 · Gast

Kann mir da keiner weiter helfen?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Nein, wenn die Gitterspannung positiv ist, wird der Anodenstrom gesperrt. Sie muss also um einen negativen Offset herumschwanken. Nur ein bisschen, vielleicht plus/minus 1 Volt. Dann wird der Anodenstrom derart stark verändert, dass an seinem Lastwiderstand die Spannung um vielleicht plus/minus 10 Volt schwankt.

Und schon haben wir eine zehnfache (Wechsel-)Spannungsverstärkung!

Viele Grüße
Steffen

Hornogo · Anmeldungsdatum: 17.11.2016 Beiträge: 4

Ich verstehe nicht ganz woher diese 10-fache Versärkung rührt. Ich habe ja eine Gitterspannung die meinem Signal entspricht (also mal positiv, mal negativ) wie genau wird jetzt erreicht, dass das Signal um 10V verstärkt wird?

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3400

Hallo,

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Oder nimm ein Relais, bei dem Du eine sekundäre 10-V-Spannung ein- und ausschalten kannst, indem Du an den Steuereingang 1V bzw. 0V legst. Auch das entspricht einer zehnfachen Spannungsverstärkung. Bei Triode und Transistor ist es nichts anderes, nur dass zum einen noch eine Vorspannung dazukommt, zum anderen hier auch die "Zwischenwerte" verstärkt werden.

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Schau dir mal das Bild an. Das ist das Ausgangskennlinienfeld einer Röhre. Es ist nicht so schwer zu verstehen, wie es vielleicht aussieht.

Ein Beispiel habe ich in blau eingetragen:
Wenn eine Anodenspannung von 150 V verwendet wird (untere Skala) und am Gitter eine Spannung von -3 V anliegt (eine der Kurven), so fließt ein Anodenstrom von 1,3 mA (linke Skala).

(Die Kurven sind mit Uc1 bezeichnet. Meiner Meinung nach müßte es Ug1 heißen, Spannung an Gitter 1.)

In unserer Verstärkerschaltung wollen mir nun eine Betriebsspannung von 300 V und einen Anodenwiderstand von 50 kOhm verwenden. Dafür habe ich die Widerstandsgerade (rot) eingezeichnet. Ihre Endpunkte findet man folgendermaßen:
Bei sehr stark negativer Gitterspannung ist der Anodenstrom 0 und die gesamte Betriebsspannung von 300 V fällt an der Röhre ab (Endpunkt auf der unteren Skala bei 300 V/0 mA).
Wenn keine Gitterspannung anliegt und die Röhre maximal Strom durchläßt, fällt keine Spannung an ihr ab und die Stromstärke wird nur durch den Anodenwiderstand begrenzt: 300 V / 50 kOhm = 6 mA (Endpunkt auf der linken Skala bei 0 V/6 mA).

Es werde nun eine Gitterspannung von -2 V angelegt. Dann fließt ein Anodenstrom von etwa 2,8 mA. (Vom Schnittpunkt der Widerstandsgeraden mit der Kurve für -2 V geht man nach links, orangefarbene Linie)
Nun wird eine zu verstärkende Wechselspannung angelegt, die Werte zwischen -0,5 und +0,5 V annimmt. Diese Wechselspannung wird der Gittergleichspannung überlagert, sodaß diese sich zwischen -2,5 V und -1,5 V ändert. Man sieht (grüne Linien nach links verfolgen), daß der Anodenstrom damit zwischen 2,0 mA und 3,6 mA schwankt.
Dieser Strom fließt ja über den Anodenwiderstand. Die Spannung an ihm ändert sich damit zwischen 2,0 mA * 50 kOhm = 100 V und 3,6 mA * 50 kOhm = 180 V. An der Röhre (die mit dem Anodenwiderstand quasi einen Spannungsteiler bildet) schwankt die Spannung damit zwischen 200 V und 120 V (grüne Linien nach unten verfolgen), also um insgesamt 80 V.
Die Gitterspannung änderte sich um insgesamt 1 V (+/- 0,5 V), die Anodenspannung um 80 V - wir haben also eine Spannungsverstärkung von 80!