Von Edisons Glühlampe zum Audion: Die frühe Evolution der Elektronenröhren

Thomas Edison wird oft die Erfindung der Glühlampe zugeschrieben, doch er war der Pionier, der das Design verfeinerte, das später die moderne Elektronik antrieb.

1879 verwendete Edisons erfolgreiche Lampe einen karbonisierten Nähfaden als Glühfaden in einer Glasbirne, aus der die Luft entfernt worden war. Das resultierende Vakuum erlaubte dem Faden, bei weißer Glut zu leuchten, ohne zu verbrennen.

Bei Experimenten um 1883 fügte Edison einen Metallstreifen in die evakuierte Birne ein und verband ihn mit einem empfindlichen Amperemeter. Er entdeckte, dass Elektronen durch das Messgerät flossen, nur solange der Glühfaden heiß war, und aufhörten, sobald er abkühlte.

Der glühende Faden setzte freie Elektronen ins Vakuum frei, die zum Metallstreifen gezogen wurden und zum Faden zurückkehrten, was einen einrichtungs‑Strom erzeugte. Edison verstärkte diesen Effekt, indem er eine Hochspannungsbatterie in den Schaltkreis einbaute, die den Strom bei korrekter Polung dramatisch steigerte.

Das Umkehren der Batterie erzeugte kaum Strom und offenbarte ein Phänomen, das später als Edison‑Effekt bekannt wurde – eine natürliche Diode.

Obwohl Edison keine unmittelbare Anwendung für diesen einrichtungs‑Elektronenfluss sah, legte die Entdeckung den Grundstein für spätere Erfindungen.

1895 untersuchte J. A. Fleming den Edison‑Effekt und vermarktete sein Gerät als „Ventil“, was ein neues Feld der Elektronenröhren‑Technologie eröffnete. Diese frühen Ventile konnten jedoch keine großen Ströme führen, was ihre Nutzung auf Kleinsignal‑Anwendungen beschränkte.

Lee De Forest fügte 1906 ein Metallsieb – oder Gitter – zwischen Filament und Metallplatte hinzu. Durch Anlegen einer kleinen Spannung zwischen Gitter und Filament konnte er den Elektronenfluss vom Filament zur Platte regeln.

De Forests Gitter verhielt sich wie ein spannungsgesteuerter Widerstand: Eine negative Gitterspannung unterdrückte den Elektronenfluss, eine positive verstärkte ihn. Obwohl der Gitterstrom winzig war, hatte seine Spannung großen Einfluss auf Platten‑Spannung und ‑Strom, was das Bauelement zum Verstärker machte.

Diese einstellbare Vakuumröhre, die De Forest Audion nannte, wurde das erste praktische Verstärkerelement für Elektronik. Struktur und Betrieb des Audion ähneln stark einem modernen N‑Kanal‑D‑Typ‑MOSFET, einem spannungsgesteuerten Bauelement mit hohem Stromgewinn.

De Forests Audion revolutionierte die Kommunikation. 1912 verkaufte er die Rechte am Audion als Telefon‑Signal‑Verstärker an AT&T, was praktische Fernsprech‑Verbindungen ermöglichte. Im folgenden Jahr demonstrierte er seine Nutzung zur Erzeugung von Hochfrequenz‑Wechselstrom. 1915 sendete er Sprachsignale von Arlington, Virginia nach Paris, und 1916 startete er die erste Radio‑Nachrichtensendung – was ihm in den USA den Titel „Vater des Radios“ einbrachte.