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Spanngitter

Das Spanngitter ist eine Weiterentwicklung des spiralförmigen Gitters der frühen Röhren. In den frühen Röhren wurde für die Gitter ein dünner Draht, ähnlich einer Spiralfeder, aufgewickelt und als weitgehend freitragene Konstruktion an den beiden Enden aufgehängt. Die Problematik diese Spiral-Konstruktion resultiert aus der mechanischen Empfindlichkeit gegen Schwingungen und Stöße, die die Gtter zu mechanischen Schwingungen anregen. Diese Schwingung führen zu einer Änderung des Abstands zwischen dem Gitter und den anderen Elektroden, wodurch beispielsweise die Steilheit einer Triode im Takt der Schwingungen verändert wird. Das Nutzsignal wird durch die mechanischen Schwingungen des Gitters moduliert. Dieser Effekt wird als Mirophonie bezeichnet.

Bei niedrigen Frequenzen stellte die Mikrophonie ein geringeres Problem dar und konnte durch einfache Maßnahmen, wie die Anbringung von zusätzlichen Stütz- und Haltedrähten weitgehend beherrscht werden. Eine weitere Möglichkeit zur Stabilisierung des Gitters war die Verwendung eines dickeren Drahtes für das Gitter. Der Gitterdraht wird normalerweise sehr dünn gehalten um den hindurchfliegenden Elektronen möglichst wenig Widerstand zu bieten und einen geringen Gitter-Katoden-Abstand zu ermöglichen. Durch einen dickeren Draht werden jedoch mehr Elektronen vom Gitter aufgenommen, was zu einem höheren Gitterstrom führt. Außerdem wird der Gitter-Katoden-Abstand vergrößert, wodurch sich die maximale Betriebsfrequenz reduziert. Eine andere Möglichkeit konnte durch den Aufbau des betreffenden Gerätes realisiert werde. Besonders mikrophonie empfindliche Röhren wurden gegen Schall abgeschirmt in dem diese in innere Gehäuse eingebaut wurden, die wiederum mechanisch, durch Gummipuffer oder Federn, vom Außengehäuse entkoppelt waren. Durch eine Kombination dieser Maßnahmen konnte die Mikrophonie in den Anfangsjahren zwar vermindert werden, blieb jedoch immer messbar präsent.

Durch die Weiterentwicklung der Röhrentechnik, insbesondere den Trent zu höheren Bandbreiten und Betriebsfrequenzen, war der Nutzen dieser einfachen Maßnahmen schnell ausgeschöpft. Für neue Röhren musste eine andere Konstruktion gefunden werden. Während des 2. Weltkriegs, als der Bedarf an zuverlässigen Röhren für sehr hohe Frequenzen immer größer wurde, wurde die Idee eines Spanngitters geboren. Durch den Kriegsverlauf dauerte es jedoch noch bis Siemens im Jahr 1952, mit der C3g die erste Röhre mit der neuen Spanngitterkonstruktion auf den Markt brachte. Wegen der aufwendigen Konstruktion und des damit einhergehenden hohen Preises wurden Spanngitter anfangs in nur den professionellen Röhren eingesetzt. Mit der Zeit konnten die Produktionstechniken soweit optimiert werden, daß Spanngitter zunehmend auch in Radio- und Fernsehröhren Verwendung fanden. Gegen Ende der Röhrenära in Konsumgeräten wurden E- und P-Röhren mit Spanngitter in sehr hohen Stückzahlen hergestellt.

Der Aufbau eines Spanngitter unterscheidet sich grundliegend von dem früheren freitragenden Gitter. Bei einem Spanngitter wird ein extrem dünne Gitterdraht (7-8µm) unter hohem Zug auf einen Halterahmen gespannt. Bedingt durch den geringen Durchmesser können die einzelnen Gitterdrähte absolut gerade gezogen werden und bilden keine Spiral mehr aus. Die Schwingungsmöglichkeit begrenzt sich damit auf den sehr kurzen Drahtabschnitt zwischen den Haltestegen des Gitterrahmens. Diese kurzen Gitterdrahtsegmente in Verbindung mit dem sehr dünnen Draht führt zu einer hohen Eigenfrequenz, die weit außerhalb des Hörbereichs der Nutzfrequenz einer NF-Röhre liegt. Ein Nebeneffekt des dünnen Gitterdrahtes stellt die Reduzierung des Gitterstroms bei gleicher Windungszahl verglichen mit einem konventionellen Spiralgitter dar. Dies ermöglicht die Einstellung der Steilheit durch den Einzatz zusätzlicher Gitterdrähte ohne den Gitterstrom der konventionellen Röhre zu erreichen.

Durch den Einsatz des mechanisch stabilen Spanngittes konnte der Gitterdrahtdurchmesser sowie der Abstand zwischen Gitter und Katode immer weiter verringert werden. In den Neukonstuktionen der 1960er Jahre waren Gitter-Katodenabstände von 35-40µm bereits gängige Werte in der Serienproduktion. Diese modernen Spanngitterröhren boten viele Vorteile gegenüber der ursprünglichen freitragenden Konstruktion:

Die kleinere Raumladezone und geringere Eingangskapazität führten zu einer höheren Grenzfrequenz. Die mechanische Resonanzfrequenz des Spanngitters lag weit über 20kHz wodurch die Mikrophonieeffekte zumindest im NF-Bereich bedeutungslos wurden. Weiterhin verfügten sie Spanngitterröhren über eine wesentlich höhere Steilheit und ein geringeres Rauschen als vergleichbare Röhren.

Beispiele für professionelle Röhren / Spezialtröhren mit Spanngitter sind die: CCa, C3g, D2a, E88CC, E188CC, E283CC , E288C, ECC801S, ECC802S und ECC803S. Verbreitete Radio- und Fernsehröhren mit Spanngitter sind die EC86, EC88, EF183, EF184, PC86, PC88 , PC900, PCC88 , PCC189 und PCF801.
Bei einigen Verbundröhren wurde nur das 1. Gitter des Pentodensystems als Spanngitter ausgeführt, wogegen die Triode über ein konventionelles Gitter verfügte. Hierzu zählen beispielsweise die PCF86, PCF200 und PCL84. In Amerika und Russland wurden ebenfalls Röhren mit Spanngitterkonstruktionen hergestellt, hierzu zählen die 6922, 6DJ8, 6ES8, 7DJ8 und 7ES8 bzw. die russischen 6С19П (6S19P), 6С45П (6S45P) und die 6Н23П (6N23P).

Die letzte im europäischen Bereich vorgestellte Spanngitterröhre war im Jahr 1965/66 die von Phlips entwickelte NF-Endpentode EL503. Sie konnte sich jedoch gegen den bereits auf breiter Basis eingesetzten Transisitor nicht mehr durchsetzen. Ein späteres Comeback in hochwertigen Audioverstärkern scheiterte ebenfalls. Die letzte und fortschrittlichste Röhre mit einemSpanngitter war die Breitbandpentode PL802 für den Einsatz als Videoverstärker in Farbfernsehgeräten. Mit der fortscheitenden Verwenung des Halbleiters anfang der 1970er Jahren wurden die Spanngitterröhren Zug um Zug durch Transistorlösungen vollständig ersetzt.

Interessant ist, daß einige Röhrentypen wie die verbreitete ECC88 aber auch die professionelle ECC803S sowohl mit Spanngitter als auch mit konventionellem Kerbgitter hergestellt wurden. Die Unterscheidung ist heute schwierig und häufig nur von anderen, von außen sichtbaren Konstuktionsmerkmalen ableitbar. Bei der von Telefunken und Siemens produzierten ECC88 verrät sich das Spanngitter durch eine Vertiefung im Anodenblech. Ist das Anodenblech dagegen glatt oder nur mit flachen Sicken versehen, wurde in der Röhre meist ein gewöhnliches Kerbgitter eingesetzt.