Erster Röhrenverlauf

Thomas Edison, diesem produktiven amerikanischen Erfinder, wird oft die Erfindung der Glühlampe zugeschrieben. Genauer gesagt, Edison war der Mann, der die Glühlampe perfektionierte. Edisons erfolgreichem Design von 1879 gingen 77 Jahre voraus, der britische Wissenschaftler Sir Humphry Davy, der zuerst das Prinzip der Verwendung von elektrischem Strom zum Erhitzen eines dünnen Metallstreifens (genannt „Filament“) bis zum Punkt der Weißglut (weiß leuchtend) demonstrierte heiß).

Edison konnte seinen Erfolg erzielen, indem er seinen Glühfaden (aus karbonisiertem Nähfaden) in eine klare Glasbirne steckte, aus der die Luft gewaltsam entfernt wurde. In diesem Vakuum könnte das Filament bei weißglühenden Temperaturen glühen, ohne durch Verbrennung verbraucht zu werden:

Im Laufe seiner Experimente (irgendwann um 1883) platzierte Edison zusammen mit dem Glühfaden einen Metallstreifen in einer evakuierten (Vakuum-)Glasbirne. Zwischen diesem Metallstreifen und einem der Wendelanschlüsse befestigte er ein empfindliches Amperemeter. Er fand heraus, dass Elektronen durch das Messgerät fließen, wenn der Glühfaden heiß war, aber aufhörten, wenn der Glühfaden abkühlte:

Der weißglühende Glühfaden in Edisons Lampe setzte freie Elektronen in das Vakuum der Lampe frei, diese Elektronen fanden ihren Weg zum Metallstreifen, durch das Galvanometer und zurück zum Glühfaden. Seine Neugier geweckt, Edison schloss dann eine ziemlich Hochspannungsbatterie in den Galvanometerkreis, um den kleinen Strom zu unterstützen:

Tatsächlich erzeugte das Vorhandensein der Batterie einen viel größeren Strom vom Glühfaden zum Metallstreifen. Wenn die Batterie jedoch umgedreht wurde, gab es wenig bis gar keinen Strom!

Tatsächlich war Edison über eine Diode gestolpert! Leider sah er keinen praktischen Nutzen für ein solches Gerät und verfeinerte sein Lampendesign weiter.

Der Einweg-Elektronenfluss dieses Geräts (bekannt als Edison-Effekt) blieb eine Kuriosität, bis J. A. Fleming 1895 mit seiner Verwendung experimentierte. Fleming vermarktete sein Gerät als „Ventil“ und eröffnete damit ein ganz neues Forschungsgebiet in elektrischen Schaltkreisen. Vakuumröhrendioden – Flemings „Ventile“ sind da keine Ausnahme – sind nicht in der Lage, große Strommengen zu bewältigen, und so war Flemings Erfindung für jede Anwendung im Wechselstrombereich unpraktisch, nur für kleine elektrische Signale.

Dann, im Jahr 1906, begann ein anderer Erfinder namens Lee De Forest mit dem „Edison-Effekt“ herumzuspielen und zu sehen, was aus diesem Phänomen mehr gewonnen werden konnte. Dabei machte er eine verblüffende Entdeckung:Durch das Anbringen eines Metallschirms zwischen dem glühenden Glühfaden und dem Metallstreifen (der inzwischen die Form einer Platte hatte, um eine größere Oberfläche zu haben), konnte der von Glühfaden zu Platte fließende Elektronenstrom durch Anlegen einer kleinen Spannung zwischen dem Metallschirm und dem Glühfaden reguliert werden:

De Forest nannte diesen Metallschirm zwischen Filament und Platte ein Gitter. Es war nicht nur die Höhe der Spannung zwischen Gitter und Glühfaden, die den Strom vom Glühfaden zur Platte steuerte, sondern auch die Polarität. Eine in Bezug auf den Glühfaden an das Gitter angelegte negative Spannung würde dazu neigen, den natürlichen Elektronenfluss zu unterbinden, wohingegen eine positive Spannung dazu neigen würde, den Fluss zu verstärken. Obwohl ein gewisser Strom durch das Gitter floss, war dieser sehr gering; viel kleiner als der Strom durch die Platte.

Am wichtigsten war vielleicht seine Entdeckung, dass die kleinen Mengen an Gitterspannung und Gitterstrom große Auswirkungen auf die Höhe der Plattenspannung (in Bezug auf den Glühfaden) und den Plattenstrom hatten. Indem er das Gitter zu Flemings „Ventil“ hinzufügte, hatte De Forest das Ventil einstellbar gemacht:Es fungierte jetzt als Verstärker, wodurch ein kleines elektrisches Signal die Kontrolle über eine größere elektrische Größe übernehmen konnte.

Das der Audion-Röhre und allen ihren moderneren Röhrenäquivalenten am nächsten liegende Halbleiter-Äquivalent ist ein n-Kanal-D-Typ-MOSFET. Es ist ein spannungsgesteuertes Gerät mit einer großen Stromverstärkung.

Er nannte seine Erfindung „Audion“ und wandte sie energisch auf die Entwicklung der Kommunikationstechnologie an. 1912 verkaufte er die Rechte an seiner Audion-Röhre als Telefonsignalverstärker an die American Telephone and Telegraph Company (AT und T), die die Fernsprechkommunikation praktikabel machte. Im folgenden Jahr demonstrierte er den Einsatz einer Audion-Röhre zur Erzeugung hochfrequenter Wechselstromsignale. 1915 gelang ihm die bemerkenswerte Leistung, Sprachsignale über das Radio von Arlington, Virginia, nach Paris zu übertragen, und 1916 weihte er die erste Radionachrichtensendung ein. Solche Leistungen brachten De Forest in Amerika den Titel „Vater des Radios“ ein.