Anzeigeröhren


von Prof. Jürgen Plate

Glimmlampe

Die Glimmlampe ist eine Gasentladungsröhre zur Erzeugung eines schwachen, sogenannten Glimmlichtes (Glimmentladung). Der Glaskolben einer Glimmlampe ist mit einem Gas niedrigen Drucks gefüllt. In der Regel wird das Edelgas Neon, ggf. mit Beimischung von Helium, verwendet, das eine orange-rote Lichtfarbe ergibt. Im Glaskolben sind zwei nicht beheizte, kalt bleibende Elektroden eingelassen. Das Glimmlicht entsteht beim Anlegen einer genügend hohen Spannung am negativen Pol, der Kathode. Bei Betrieb mit Wechselspannung leuchten beide Elektroden abwechselnd.

Glimmlampen dienen vor allem als Signallampe in verschiedenen, meist netzbetriebenen Elektrogeräten, um den Betriebszustand anzuzeigen. Auch im "Phasenprüfer" findet die Glimmlampe Anwendung. Glimmlampen sind kostengünstig herzustellen, werden aber zunehmend durch Leuchtdioden (LEDs) abgelöst.

Zum Starten der Glimmentladung ("Zündung") ist eine elektrische Spannung von 80 bis 200 V notwendig. Die konkrete Spannung hängt unter anderem vom Gasdruck, dem Elektrodenmaterial und der Art der Gasfüllung ab. Bei handelsüblichen Glimmlampen mit Neon als Füllung, Eisenelektroden und einem Gasdruck von 1 mbar ergibt sich eine Zündspannung von ca. 180 V. Wird diese Zündspannung, in der Kennlinie unten mit A markiert, erreicht, beginnt die Glimmentladung und es fließt auch ein Strom durch die Glimmlampe und die Spannung an der Lampe sinkt auf die Brennspannung ab. Bei Unterschreitung der Haltespannung im Punkt B erlischt die Lampe. Der negative Kennlinienverlauf zwischen den Punkten A und B ist Folge des so genannten Kathodenfalls (Bei kleinen Glimmlampen liegt der Strom um mehr als einer Zehnerpotenz unter den im Diagramm angegebenen Werten).

Hat die speisende Spannungsquelle einen niedrigen Innenwiderstand, kommt es nach dem Zünden zu einem starken Stromanstieg in der Glimmlampe, wobei die Glimmentladung in eine Bogenentladung übergeht und die Lampe thermisch zerstört wird. Aus diesem Grund müssen Glimmlampen fast immer mit einem Vorwiderstand zur Strombegrenzung versehen werden, welcher so dimensioniert sein muss, dass der Betriebspunkt in der Kennlinie zwischen den Punkten B und C zu liegen kommt. An ihm fällt die Differenz zwischen Versorgungs- und Brennspannung ab. Durch Kontroll-Glimmlampen fließt ein Strom von etwa 0,4 bis 1 mA.

In den 1950er Jahren wurden unter Ausnutzung des negativen differentiellen Widerstands mit Hilfe kleiner Glimmlampen verschiedene Oszillatorschaltungen entwickelt und in Kombination mit Zählern und Frequenzteilern in den damals aufkommenden ersten elektronischen Orgeln und Synthesizern eingesetzt. Weitere Anwendungen waren Kaltkathoden-Ziffernanzeigeröhren, die sogenannten Nixie-Röhren.

Glimmlampen-Kippschaltung

Als es noch keine LEDs gab, kommte man nur Glimmlampen einsetzen, um Lichtblitze bei einer Anzeige zu erzeugen. Für 10 ms Brenndauer sind Glühlampen wegen des Glühfadens viel zu träge. Daher benutzte man gerne Glimmlampen - auch, weil diese nicht durchbrannten wie die Glülampen. Allerdings benötigen Glimmlampen eine Betriebsspannung ab etwa 100 V, weil die Zündspannung einer Glimmlampe bei etwa 150 V und die Brennspannung bei etwa 80 V liegt. Solange man jedoch für die damals eingesetzte Röhrentechnik sowieso hohe Spannungen benötigte, war dies auch kein spezielles Problem. Mit (oft noch elektromechanischem) Zerhacker, Gleichrichtung und Glättung wurde aus einer niedrigen Batteriespannung eine hohe Gleichspannung erzeugt. An höheren Spannungen und zu Strombegrenzung benötigt die Glimmlampe auch einen Vorwiderstand, an dem auch die Differenz zwischen Zünd- und Brennspannung abfällt. Dessen Wert bewegt sich zwischen 270 und 330 kOhm.

Als Standardtyp für alle Anwendungen eignet sich der Transistor MPSA-42, ein NPN-Transistor mit Ucb = 300 V, Ic = 0,5 A und Ptot = 0,625 W, entwickelt für TV Stufen. Als PNP-Typ kann der MPSA-92 verwendet werden, der äquivalente Daten besitzt. Ebenfalls verwendbar sind BF118, BF179C, BF259, BF338, BSS48, BUW37 (alle mit Metallgehäuse) or BF413, BF420A, BF422A, BF483 (Plastigehäuse). Die Glimmlampe mit VOrwiderstand kommt in den Kollektorkreis, die Ansteuerung erfolgt über einen Basiswiderstand von 22 ... 33 kOhm.

Soll die Glimmlampe nicht kontinuierlich brenenn, sondern blinken, ist einen Glimmentladungsblinkschaltung nötig, die landläufig "Glimmlampenkippschaltung" genannt wird. Kippschaltungen nennt man Anordnungen mit Glimmlampen, die so aufgebaut sind, dass die Lampe nicht dauernd brennt, sondern nur kurz periodisch aufleuchtet und wieder löscht. Sie werden benutzt, um einen besonderen Hinweis zu geben oder um eine Sägezahnspannung zu erzeugen, an die dann allerdings keine grossen Anforderungen an Konstanz der Amplitude und Frequenz gestellt werden können.

Nach dem Einschalten lädt sich der Kondensator C über R1 auf. Mit den angegebenen Werten beträgt die Zeitkonstante ca. eine Sekunde. Ist die Zündspannung der Glimmlampe erreicht, ionisiert sich die Gasfüllung, die Lampe leuchtet und es stellt sich die niedrigere Brennspannung ein. Damit entlädt sich C über R2 und über die Glimmlampe (Zeitkonstante etwa 22 ms) und die Lampe erlischt wieder, wenn der Brennstrom zu klein wird, um die Ionisation des Füllgases aufrecht zu erhalten. Deshalb hat R1 auch einen relativ hohen Widerstand von 1 Megohm.

Weiterführende Info:
Glimmlampen

Zum Inhaltsverzeichnis


Copyright © Hochschule München, FK 04, Prof. Jürgen Plate