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Wumpus-Gollum-Forum von "Welt der Radios".
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Unterheizung / Überheizung von Röhren
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30.05.21 16:54
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

30.05.21 16:54
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Unterheizung / Überheizung von Röhren

Moin,
In dem Buch "The oxide-coated cathode" von G. Herrmann / S. Wagener, Vol I, findet sich ein aufschlussreiches
Diagramm zum Thema "Unterheizung". (Von indirekt geheizten Röhren)
https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...1&thread=89

Vereinfacht gilt:
Bei einer überheizten Röhre verdampft zuviel Barium von der Kathode und schlägt sich im System nieder,
mit nachteiligen Folgen, z.B. Gitteremission.
Bei Unterheizung verringert sich die Zahl der Emissionsfähigen Zentren, die Kathode vergiftet und kann weniger
Elektronen abgeben.

Auf s. 91 des genannten Buches findet sich ein Diagramm dazu, hier vereinfacht dargestellt:


Blaue Kurve:
Bei neuer Röhre bleibt der Emissionsstrom in weiten Grenzen der Heizleistung weitgehend konstant
Rote Kurve:
Ist die Röhre schon stark verbraucht (taub) kommt es mit Abnahme der Heizleistung (Verringerung
der Heizspannung) zum vermehrten Abfall des Kathodenstromes.
Das Diagramm ist im Buch ausführlich erläutert, allerdings in Englisch.

Praktisch bedeutet dies u.a.:
-Ein Kathodenwiderstand hält den Arbeitspunkt der Röhre bei derem Verschleiß ausreichend stabil.
-Die Prüfung einer Röhre kann durch Verringerung der Heizspannung erfolgen. So ist bei stark gebrauchten
"E"-Röhren ein Abfall des Kathodenstromes schon bei Heizspannungen unter 5 Volt feststellbar, wo eine neue
Röhre noch mit 4,3 Volt gut arbeitet.
-Nimmt man langfristig eine geringere Lebensdauer der Röhre hin, kommen für den Ersatz von "A"-Typen
mit 4V Heizspannung auch die "E"-Typen in Betracht, und hier ist die Auswahl groß.
(z.B EL83 für eine RES164 im "VE301")
Übrigens können die Folgen von Unterheizung zum Teil durch nachfolgenden Betrieb mit Überheizung wieder
rückgängig gemacht werden.
In der Studie von Walter f. Johnson:
"Effect of oxide-coated cathode temperature variation in vacuum tubes", 1955 (ebenfalls auf "archive.org")
werden die Parameter der 12AX7 /ECC83 ausführlich untersucht und z.B. das verringerte Rauschen
in Diagrammen dargestellt.
Die folgende Tabelle (Auszug von s.53) kann man gut mit dem obigen Diagramm in Bezug setzen.

Die Schädlichkeit von Überheizung im Diagramm auf s.28:
Kathodentemperatur 1100°K : nach 12.500 h waren 1mg/cm² der Kathoden-Emmissionsschicht "verdampft"
Kathodentemperatur 1000°K : nach 800.000 h.
Es wird deutlich, warum die Grenzwerte für die Heizspannung oft nur wenige Prozent auseinanderliegen:
Eine Abweichung von der optimalen Kathodentemperatur um nur 10% nach oben bewirkt, dass 64x mehr
Material die Kathode verlässt !
Rauschen (noise, flicker noise):
s.33: steigt stark an unterhalb 850°K und oberhalb 1050°K

Am Ende werden folgende Schlussfolgerungen gezogen:
- Die Lebensdauer von Vakuum-Röhren läßt sich durch Verringerun der Heizspannung verlängern.
- Die Kennwerte der Röhren bleiben bis zu 850°K weitgehend konstant.

Im Vorwort wird auf das Problem der unterschiedlichen Lebenserwartung von Röhren
aus unterschiedlichen Fertigungsperioden (des gleichen Herstellers) eingegangen.
Probe A : 4.000 h
Probe B : 1.000 - 10.000 h
Probe C : 40.000 h

Nun sind diese Untersuchungen von 1955, stellt sich die Frage, inwiefern sich die Fertigungsmethoden
der Kathoden geändert haben.
Und ob Kompromisse eingegangen werden mussten um z.B.
ROHS-Konformität sicherzustellen.

Ansonsten würde ich sagen, dass man die Heizspannung von Vorröhren etwas erniedrigen sollte,
besonders wenn mit stabilisierter Heizspannung gearbeitet wird und Netzsspannungs-Schwankungen
keine Rolle spielen.

In selbst durchgeführten Tests arbeitete die PCF802 ohne messbare Verschlechterung mit 6,3 anstelle
von 9V. Eine UCH81 zeigte unterhalb von 10 Volt ein Nachlassen des Kathodenstromes.
https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...mp;thread=382#7

Gruß
Jens

Zuletzt bearbeitet am 02.06.21 17:01

Datei-Anhänge
Kennlinien Unterheizung_2021-05-30.JPG Kennlinien Unterheizung_2021-05-30.JPG (11x)

Mime-Type: image/jpeg, 26 kB

12AX7__Kathodentemperatur und Heizspannung_2021-05-30.JPG 12AX7__Kathodentemperatur und Heizspannung_2021-05-30.JPG (14x)

Mime-Type: image/jpeg, 21 kB

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30.05.21 20:02
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

30.05.21 20:02
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Unterheizung von Röhren

basteljero:

ROHS-Konformität sicherzustellen.

Ansonsten würde ich sagen, dass man die Heizspannung von Vorröhren etwas erniedrigen sollte,


Hallo Jens,

vielen Dank für das Einstellen der beiden interessanten Kurven!
RoHS halte ich für kein relevantes Problem bei der Röhrenherstellung, wo nur geschweisst oder gecrimpt wird.
Ausserdem sind die restlichen Firmen in der EU, die überhaupt noch existieren und produzieren, überschaubar.
Selbst die Russen haben die Fertigung spätestens 1990 eingestellt.

Zum Thema des Röhrenverschleisses fallen in puncto Emissionsverlust eigentlich nur Röhren im Leistungsbereich
ins Gewicht. Eine Ausnahme bilden Mischröhren, bei denen Teilsysteme durch das Nutzerverhalten dauerhaft ohne
Anodenstrom nur geheizt werden. Ich denke insbesondere an die AM-Gleichrichter.


Gruss
Walter

30.05.21 21:09
HB9 

WGF-Premiumnutzer

30.05.21 21:09
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Unterheizung von Röhren

Hallo zusammen,

bei Leistungsröhren ist Unterheizung sehr schädlich, da dann nicht mehr die ganze Kathode emittiert und somit die Stromdichte in den noch aktiven Gebieten der Kathode zu gross wird, so dass die Beschichtung innert recht kurzer Zeit zerstört wird (das kann durchaus schon nach ein paar Stunden der Fall sein!). Solange man weit weg vom zulässigen Kathodenstrom bleibt, schadet Unterheizung nicht gross.

Überheizung 'mit Mass' ist bei Kleinsignalröhren, wo die Anode eher 'kalt' ist, auch nicht kritisch. Als ich bei meinem Fernseher eine Heizstrombegrenzung für die Bildröhrenheizung eingebaut habe, damit der eine Heizfaden beim Einschalten nicht hell aufleuchtet, hatte ich festgestellt, dass statt den 6.3V über 7V Heizspannung anliegen (bei 220V Netzspanngun). Das musste die Bildröhre fast 50 Jahre ertragen und ist heute noch fit.
Bei Leistungsröhren sieht das etwas anders aus, da hier einerseits die Kathode viel mehr Fläche hat und damit mehr heizt (insbesondere auch das Gitter aufheizt, was Gitteremission begünstigt), andererseits auch die grosse und heisse Anode das System zusätzlich aufheizt.

Zu ROHS: Das ist mindestens für das Elektrodensystem unkritisch, da sind keine 'giftigen' Stoffe verbaut. Bei Röhren für hohe Spannungen (Bildröhren, Ballaströhren wie die PD510) hat es im Glas Blei zwecks Reduktion der Röntgenstrahlung, was dann für ROHS ein Problem ist. Somit sind 'normale' Röhren eigentlich kein Problem.

Gruss HB9

Zuletzt bearbeitet am 30.05.21 21:14

30.05.21 21:17
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

30.05.21 21:17
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Unterheizung von Röhren

Hallo Walter,
Ein Problem könnte die Zusammensetzung des Kathodenmaterials darstellen:
Barium, Strontium usw.
Vielleicht ist die Leuchtschicht ein Problem und der Grund warum Hersteller wie "JJ" keine
Anzeigeröhren im Angebot haben, obwohl dass eine Augenweide für jeden "High-End" -Verstärker
wäre.
Die Erklärung, warum die Vorröhren eine generell höhere Lebenserwartung haben als Endröhren
erkläre ich mir anhand des "Herrmann-Wagener Vol I" :
Kathodentemperatur und Kathodenstrom/cm² sind höher, das gleiche bei den Gleichrichter-Röhren.

Dazu mag dann noch das Ionen-Bombardement auf die Kathode bei hohen Betriebsspannungen
kommen.
Herrmann und Wagener weisen generell auf den großen Einfluss der Anwendung / Schaltung der Röhre
auf das Nachlassen des entnehmbaren Kathodenstromes hin, was bei Gitarren-Verstärkern in der
Praxis bewiesen wird.

Zitieren:
hatte ich festgestellt, dass statt den 6.3V über 7V Heizspannung anliegen (bei 220V Netzspanngun).
Das musste die Bildröhre fast 50 Jahre ertragen und ist heute noch fit.
Sicherlich liegt diese Abweichung innerhalb der zulässigen Grenze. Aber bei manchem altem Gerät, dass
bei den heutigen 230V noch auf "220V" eingestellt ist, steht man vor der Frage:
Lasse ich das so ? oder stelle ich den Netztrafo auf 235 / 240V um ?
Für letzteres habe ich mich bei meinen Geräten entschieden, nicht nur weil mäßige Unterheizung
nicht schadet, sondern auch, weil die Spannungen am Anodenspannungs-Gleichrichter niedriger sind,
die Belastung z.B. der Endröhre(n) geringer und der Trafo nicht mehr so stark in die Sättigung kommt.

Gruß
Jens

Zuletzt bearbeitet am 30.05.21 22:58

02.06.21 17:21
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

02.06.21 17:21
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Unterheizung / Überheizung von Röhren

Moin,
Überheizung einer Röhre führt zur verstärkter Ablagerung von Kathoden-Material nicht nur an den Gittern,
sondern auch am Glimmer, der das System trägt und isoliert.

Beim Testen verschiedener EF184 an einer kleinen NF-Endstufe mit Steuergittergitter-Vorspannung über
hochohmigen Spannungsteiler (2x 2Megaohm / -6V) stellten sich unterschiedliche Gitterspannungen ein:
Bei neuen Röhren etwa 3V, bei einer stark geschwärzten und sichtlich gebrauchten nur etwa 1V.
-bei kalter Röhre, sofort nach dem Einstecken.
Nach Verringerung des einen Teiler-Widerstandes auf 330 kOhm arbeitete die Schaltung dann zufriedenstellend
mit Gitterspannungen zwischen 0,8 V (bei der genannten "Minderröhre") und -1,0 bis -1,4 V bei allen anderen
getesteten Röhren.
Ein Kathodenwiderstand hätte hier noch weiter ausgleichend gewirkt, war aber aufgrund der Schaltung nicht möglich.
Stattdessen wird aber die Schirmgitter-Spannung über hochohmigen Spannungsteiler erzeugt und wirkt ebenfalls
ausgleichend.
(https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...6&page=2#10)

Fazit:
Man sollte den Gitterwiderstand immer so klein wie möglich machen, einen Kathodenwiderstand verwenden
und Überheizung unbedingt vermeiden.

Gruß
Jens

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