Die Prototypen der Fleming-Ventile wurden im Oktober 1904 gebaut.
Frühe kommerzielle Fleming-Röhren, die in Radioempfängern verwendet wurden, 1919
Schema der Fleming-Ventilkonstruktion aus dem US-Patent 803,684.

Die Fleming-Röhre , auch Fleming-Oszillationsröhre genannt , ist eine Elektronenröhre, die 1904 von dem englischen Physiker John Ambrose Fleming als Detektor für frühe Funkempfänger der elektromagnetischen Telegrafie erfunden wurde . Sie war die erste praktische Vakuumröhre und die erste Elektronendiode , eine Elektronenröhre, die Strom in eine Richtung leitet und in die entgegengesetzte Richtung blockiert. Die Elektronendiode wurde später in den Netzteilen verschiedenster elektronischer Geräte als Gleichrichter eingesetzt, bis sie Anfang der 1930er-Jahre allmählich durch den Selengleichrichter und in den 1960er - Jahren fast vollständig durch die Halbleiterdiode ersetzt wurde . Die Fleming- Röhre war der Vorläufer aller Elektronenröhren, die die Elektronik 50 Jahre lang dominierten. Das IEEE bezeichnete sie als „eine der wichtigsten Entwicklungen in der Geschichte der Elektronik“ [ 1 ] und sie steht auf der Liste der IEEE-Meilensteine ​​für Elektrotechnik .

So funktioniert es

Der von der Marconi Co. hergestellte Ventilempfänger verfügt über zwei Fleming-Ventile, falls eines durchbrennt.

Die Röhre besteht aus einem evakuierten Glaskolben mit zwei Elektroden : einer Kathode in Form eines Glühfadens , einer Schleife aus Kohlenstoff- oder feinem Wolframdraht, ähnlich dem in den damaligen Glühbirnen verwendeten, und einer Anode ( Platte ) aus einem Blech. Während die Anode in frühen Ausführungen eine flache Metallplatte neben der Kathode war, wurde sie in späteren Versionen zu einem die Kathode umschließenden Metallzylinder. In manchen Ausführungen war der Kolben von einem geerdeten Kupferschirm umgeben, um ihn vor äußeren elektrischen Feldern zu schützen.

Im Betrieb fließt ein separater Strom durch den Kathodenfaden (Heizfaden) und erhitzt diesen so stark, dass einige Elektronen im Metall genügend Energie aufnehmen, um aus ihren Atomen in das Vakuum der Röhre zu gelangen – ein Vorgang, der als Thermionenemission bezeichnet wird . Der zu gleichrichtende Wechselstrom wird zwischen Heizfaden und Anode angelegt. Liegt an der Anode eine positive Spannung gegenüber dem Heizfaden an, werden die Elektronen von ihr angezogen, und es fließt ein Strom vom Heizfaden zur Anode. Liegt hingegen an der Anode eine negative Spannung gegenüber dem Heizfaden an, werden die Elektronen nicht von ihr angezogen, und es fließt kein Strom durch die Röhre (anders als der Heizfaden emittiert die Anode keine Elektronen). Da der Strom die Röhre nur in eine Richtung durchfließen kann, wandelt sie Wechselstrom in pulsierenden Gleichstrom um.

Dieser eigentlich einfache Vorgang wurde durch Restluft im Ventil etwas erschwert, da die Vakuumpumpen zu Flemings Zeiten kein so hohes Vakuum erzeugen konnten wie moderne Vakuumröhren. Bei hohen Spannungen konnte das Ventil instabil werden und schwingen, dies trat jedoch erst bei Spannungen auf, die weit über den üblicherweise verwendeten lagen.

Geschichte

Die Fleming-Röhre war die erste praktische Anwendung der 1873 von Frederick Guthrie entdeckten Glühemission . Bei der Verbesserung seiner Glühlampe im Jahr 1880 entdeckte Thomas Edison , dass geladene Teilchen von einer erhitzten negativen Elektrode durch das Vakuum wanderten und sich an einer positiven Elektrode sammelten, wodurch ein Strom erzeugt wurde. Spätere Wissenschaftler nannten dieses Phänomen den Edison-Effekt und stellten fest, dass es auf thermisch emittierte Elektronen zurückzuführen war. Edison erhielt 1884 ein Patent für diese Vorrichtung als Teil eines elektrischen Anzeigegeräts, fand aber keine praktische Anwendung dafür. Professor Fleming vom University College London war von 1881 bis 1891 als Berater für die Edison Electric Light Company und anschließend für die Marconi Wireless Telegraph Company tätig .

1901 entwarf Fleming den Sender, den Guglielmo Marconi für die erste Übertragung von Radiowellen über den Atlantik von Poldhu , England , nach Signal Hill in St. John’s , Neufundland , Kanada , nutzte . Die Entfernung zwischen den beiden Punkten betrug etwa 3.500 Kilometer. Obwohl der Kontakt, der am 12. Dezember 1901 gemeldet wurde, damals weithin als großer wissenschaftlicher Fortschritt gefeiert wurde, gibt es auch Skepsis an dieser Behauptung. Das empfangene Signal, die drei Punkte des Morsecode- Buchstabens „S“, war nämlich so schwach, dass der primitive Empfänger es kaum von atmosphärischen Funkstörungen durch statische Entladungen unterscheiden konnte. Spätere Kritiker vermuteten daher, es handele sich möglicherweise um zufälliges Rauschen. Ungeachtet dessen war Fleming klar, dass eine zuverlässige transatlantische Kommunikation mit dem bestehenden Sender ein empfindlicheres Empfangsgerät erforderte.

Thermionische Diodenröhren, die von der Fleming-Röhre abgeleitet sind, von den 1930er Jahren (links) bis zu den 1970er Jahren (rechts)

Der Empfänger für die transatlantische Demonstration verwendete einen Kohärer , der eine geringe Empfindlichkeit aufwies und die Abstimmung des Empfängers beeinträchtigte. Dies veranlasste Fleming, nach einem empfindlicheren und zuverlässigeren Detektor zu suchen, der gleichzeitig besser für die Verwendung mit Schwingkreisen geeignet war. [ 2 ] [ 3 ] 1904 testete Fleming zu diesem Zweck eine Edison-Glühbirne und stellte fest, dass sie gut geeignet war, hochfrequente Schwingungen gleichzurichten und so die Detektion der gleichgerichteten Signale mittels eines Galvanometers zu ermöglichen . Am 16. November 1904 meldete er in den USA ein Patent für eine von ihm so genannte Oszillationsröhre an. Dieses Patent wurde später unter der Nummer 803.684 erteilt und erwies sich sofort als nützlich für die Detektion von Morsecode-Nachrichten. Die Marconi Company verwendete die Fleming-Röhre in ihren Schiffsempfängern bis etwa 1916, als sie durch die Triode ersetzt wurde .

Schwingventile

Die Fleming-Röhre erwies sich als Beginn einer technologischen Revolution. Nachdem der amerikanische Ingenieur Lee de Forest Flemings Abhandlung von 1905 über seine Oszillationsröhre gelesen hatte, entwickelte er 1906 die Audion-Röhre , eine Drei-Element-Vakuumröhre , indem er ein Drahtgitter zwischen Kathode und Anode einfügte. Sie war das erste elektronische Verstärkerbauteil und ermöglichte die Entwicklung von Verstärkern und Dauerstrichoszillatoren . De Forest verfeinerte seine Vorrichtung rasch zur Triode , die 50 Jahre lang, bis zum Aufkommen des Transistors in den 1950er-Jahren, die Grundlage für Ferngespräche, Funkverbindungen, Radargeräte und frühe Digitalrechner bildete . Fleming verklagte De Forest wegen Verletzung seiner Röhrenpatente , was zu jahrzehntelangen, kostspieligen und aufwändigen Rechtsstreitigkeiten führte, die erst 1943 mit der Entscheidung des Obersten Gerichtshofs der Vereinigten Staaten beigelegt wurden , der Flemings Patent für ungültig erklärte. [ 4 ]

Leistungsanwendungen

Später, als Vakuumröhrengeräte anstelle von Gleichstrombatterien mit Wechselstrom betrieben wurden , wurde die Fleming-Röhre zu einem Gleichrichter weiterentwickelt , um die für andere Vakuumröhren benötigte Gleichspannung an der Anode zu erzeugen. Um 1914 entwickelte Irving Langmuir bei General Electric eine Hochspannungsversion namens Kenotron , die zur Stromversorgung von Röntgenröhren eingesetzt wurde . Als Gleichrichter eignete sich die Röhre für Hochspannungsanwendungen, ihr hoher Innenwiderstand machte sie jedoch in Niederspannungs-Hochstrom-Anwendungen ineffizient. Bis Vakuumröhrengeräte in den 1970er-Jahren durch Transistoren ersetzt wurden, enthielten Radios und Fernsehgeräte üblicherweise eine oder mehrere Diodenröhren.

Siehe auch

Referenzen und Anmerkungen

Zitate

  1. ^ „Meilensteine: Fleming Valve, 1904“ . IEEE Global History Network . IEEE . Abgerufen am 29. Juli 2011 .
  2. ^ „Funkkommunikation: Eine kurze Zusammenfassung“ . Archiviert vom Original am 28.04.2007 . Abgerufen am 10.05.2007 .
  3. ^ „John Ambrose Fleming (1849–1945) von W. A. ​​Atherton, veröffentlicht in Wireless World, August 1990“ . Archiviert vom Original am 25.05.2007 . Abgerufen am 10.05.2007 .
  4. Der Oberste Gerichtshof erklärte das Patent wegen eines fehlerhaften Haftungsausschlusses für ungültig und stellte später fest, dass die im Patent beschriebene Technologie zum Zeitpunkt der Anmeldung bereits bekannt war. Mehr dazu finden Sie unter: „ Misreading the Supreme Court: A Puzzling Chapter in the History of Radio“ (Mercurians.org).

Patente

Ausgegeben
  • US-Patent 803,684 - Instrument zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom (Fleming-Ventil-Patent)
Zitiert von