다이나트론 발진기

Dynatron oscillator
다이나트론 진공관 신호 발생기, 1931. 그것은 1.8에서 15 MHz의 범위를 커버했다. 이 회로는 주파수 안정성으로 인해 신호 발생기에 사용되었으며, 이는 크리스탈 오실레이터와 비교되었다.
다이나트론 오실레이터 회로는 이 1931년식 크로슬리 모델 122 7관 라디오와 같은 초기 진공관 슈퍼히터오디네 라디오 수신기의 로컬 오실레이터로도 사용되었다.

전자공학에서 1918년 제너럴 일렉트릭(General Electric)[3][4][5][6]의 앨버트 헐(Albert Hull[1][2])이 발명한 다이나트론 발진기는 2차 방출이라는 공정에 의해 야기된 초기 4차 진공관 내 음의 저항 특성을 사용하는 구식 진공관 전자 발진기 회로다. 최초의 음저항 진공관 오실레이터였다.[7] 다이나트론 오실레이터 회로는 1920년대부터 1940년대까지 과학 및 시험 장비뿐만 아니라 진공관 라디오 수신기에서 박동 주파수 오실레이터(BFO), 국부 오실레이터로 제한적으로 사용되었으나 2차 세계대전을 전후하여 튜브의 2차 방출의 가변성으로 인해 폐기되었다.[8][9][10][11]

부정적인 트랜스 컨덕턴스를(현재의 한 그리드 전극을 통해 가을 전압의 증가로 두번째 그리드에 대한)에 5극관 또는 다른 mu에 기반을 두고 있는 트랜지트론:발진기 Cleto Brunetti에 의해 1939,[12][13]에서 발명된 같은 부정적인 트랜스 컨덕턴스 oscillators,[8]하는 부정적인 저항 진공관 발진기 회로.ltigrid 진공 청소기.um [5][14]tube 이것들은 다이나트론 회로를[14] 대체했고 1970년대까지 진공관 전자 장비에 고용되었다.[8][10][11]

작동 방식

1918년 앨버트 헐에 의해 발명된 다이나트론 진동 생성 최초의 관인 다이나트론 튜브.[2] 그것은 1926년에 발명된 삼음극과 사음극이 다이나트론 진동도 할 수 있는 것으로 증명된 이후 거의 소용이 없었다.

다이너트론과 트랜짓론 오실레이터는 많은 오실레이터 회로와 다른데, 그것은 오실레이션을 생성하기 위해 피드백을 사용하지 않지만 음의 저항을 발생시킨다는 것이다.[4][6] 인덕터와 캐패시터가 함께 연결된 튜닝 회로(리소넌트 회로)는 전기 에너지를 진동 전류 형태로 저장할 수 있으며 튜닝 포크와 유사하게 "링"할 수 있다.[15] 튜닝된 회로가 0의 전기 저항을 가질 수 있는 경우, 일단 진동이 시작되면 연속 사인파를 생성하는 오실레이터 역할을 할 것이다. 그러나 실제 회로에 내재된 피할 수 없는 저항 때문에 외부 동력원이 없으면 진동 전류의 에너지가 저항의 열로 소멸되고, 모든 진동은 0으로 붕괴된다.[15]

다이너트론과 트랜짓론 회로에서는 진공관이 편향되어 있어 전극 중 하나가 음의 차동 저항을 갖도록 한다.[4][6] 이는 음극에 대한 전극의 전압이 증가하면 전극을 통과하는 전류가 감소한다는 것을 의미한다.[4] 튜닝된 회로는 전극과 음극 사이에 연결된다. 튜브의 음의 저항은 튜닝된 회로의 양의 저항을 취소하여 사실상 AC 저항이 0인 튜닝된 회로를 만든다.[6][15] 튜닝된 회로의 공명 주파수에서 자발적인 연속 사인파 진동 전압이 발생하며, 전원을 켤 때 회로의 전기 노이즈에 의해 시작한다.[15]

이러한 오실레이터의 장점은 음의 저항 효과가 주파수와 크게 독립적이기 때문에 튜닝된 회로에서 인덕턴스 및 캐패시턴스의 적절한 값을 사용함으로써 몇 헤르츠에서 약 20 MHz의 광범위한 주파수 범위에서 작동할 수 있다는 것이었다.[6][8][9] 또 다른 장점은 하트리 또는 암스트롱 회로와 같은 오실레이터가 필요로 하는 탭이나 "티클러" 코일이 없는 단순한 단일 LC 튜닝 회로를 사용했다는 것이다.[16]

다이나트론 발진기

다이나트론 오실레이터 회로

다이나트론에서는 테트로데 관이 사용된다.[4] 일부 테트로이드에서 플레이트(음극)는 음극에서 나온 전자가 부딪쳤을 때 플레이트에서 노크된 전자로 인해 음의 미분 저항을 가지고 있는데, 이를 이차 방출이라고 한다.[4][5] 이는 아래 설명된 바와 같이 스크린 그리드가 플레이트보다 높은 전압으로 편향되었을 때 플레이트 전류 대 플레이트 전압 곡선(아래 그래프, 회색 영역)에서 아래로 "꼬임"을 유발한다. 이러한 부정적인 저항은 1940년대 또는 그 이전의 빈티지한 구형 튜브의 특징이었다.[4] 대부분의 현대적인 테트로이드에서는 기생 진동을 방지하기 위해 플레이트에 원치 않는 2차 방출을 현저히 감소시키는 코팅이 주어지기 때문에 이들 튜브는 플레이트 전류 특성에 사실상 음의 저항 "꼬임"이 없으며 다이나트론 오실레이터에 사용할 수 없다.[4]

테트로드는 다이나트론 진동을 일으킬 수 있는 유일한 튜브가 아니었다. 초기 트라이오드는 또한 2차 방출과 따라서 음의 저항을 가지고 있었으며, 테트로드가 발명되기 전에 제어 그리드를 플레이트보다 더 양성으로 편향시킴으로써 다이나트론 오실레이터에 사용되었다.[1][17] 1918년 헐의 첫 다이나트론 발진기는 자신의 설계(위 그림)의 특별한 "다이나트론" 진공관을 사용했는데, 이 3극은 격자가 높은 전류를 운반할 수 있을 만큼 튼튼한 구멍이 뚫린 무거운 판이었다.[2] 이 관은 표준 3중극과 테트로드가 다이나트론으로서 적절하게 기능할 수 있는 것으로 거의 사용되지 않았다. "다이나트론"이라는 용어는 진공관 내의 모든 음 저항 진동에 적용되게 되었다. 예를 들어, 분할 양극 자석론은 "다이나트론 진동"에 의해 작동한다고 한다.

다이나트론 회로의 장점은 몇 헤르츠에서 20 MHz까지의 매우 넓은 주파수 범위에서 진동할 수 있다는 것이었다.[6][8][9] 또한 당시의 다른 LC 오실레이터에 비해 주파수 안정성이 매우 좋았고, 크리스탈 오실레이터와도 비교되었다. 이 회로는 1928년경 UY222와 UY224와 같은 값싼 테트로데 튜브가 등장한 이후 인기를 끌었다.[9][16] 그것은 실험실 신호 발생기와 과학 연구뿐만 아니라 슈퍼히터오디네 수신기에서[16] 코드 수신을 위한 비트 주파수 오실레이터와 국소 오실레이터에 사용되었다. RCA의 1931년 시제품 텔레비전은 CRT의 편향 코일에 대한 수직 편향(28Hz)과 수평 편향(2880Hz) 신호를 생성하기 위해 두 개의 UY224 튜브를 다이나트론 발진기로 사용했다.

그러나 다이너트론에게는 약간의 단점이 있었다. 플레이트에서 나오는 2차 방출 전류의 양은 튜브에서 튜브까지 예측할 수 없을 정도로 변화했고, 또한 작동 수명에 걸쳐 하나의 튜브 내에서 변동을 멈추게 된다는 것이 밝혀졌다.[18][19] 튜브를 교체할 때 회로 내에서 진동하는 튜브를 찾기 위해 여러 개가 시도되어야 할 수 있다. 또한, 다이나트론 진동은 테트로드의 주 응용인 증폭기의 불안정성의 원인이었기 때문에, 관 제조업체들은 플레이트에 흑연 코팅을 적용하기 시작하였고, 이는 사실상 2차 방출을 제거하였다.[4] 1945년까지 다이나트론 회로의 사용은 감소하고 있었다.[10][11][19]

이차배출량

1929년에 나온 RCA의 UY224 테트로드의 플레이트 전류P I 및 스크린 그리드 전류G2 I 대 플레이트 전압P V 곡선으로 음의 저항 영역(회색)을 나타낸다.
화면 그리드 전위G2 V = 75V
제어 그리드 전위G2 V = -1.5V
이 튜브에서 이차 방출은 음의 저항(감소 경사)을 일으킬 뿐 아니라 판 전류를 역전시킬 정도로 충분히 강했다. 전자가 판에 도착하는 것보다 더 많이 판을 떠났다.
테트로드에 대한 플레이트 전류(Ib) 대 플레이트 전압 곡선:
1929년부터 24A의 초기 테트로데(Tetrode)인 RCA 24-A는 레프탄드에서 2차 방출로 인한 곡선 내 음의 저항 "꼬임"을 보여준다. 화면 전압 VC2 90V에서 약 Vp = 10V에서 60V 사이의 음의 저항을 가진다.
현대의 테트로데, 6P25. 플레이트의 코팅으로 인해 2차 방출이 거의 없어 곡선에는 사실상 음저항 영역("끼임")이 없어 이 튜브는 다이나트론 작동에 사용할 수 없게 된다.

전자관에서는 음극에 의해 방출된 전자가 판에 부딪힐 때, 그들은 다른 전자를 금속 표면에서 떨어뜨릴 수 있는데, 이것은 이차 방출이라고 불리는 효과다.[4][5][18] 일반 사다리꼴 증폭기에서 이것은 원치 않는 효과로, 판 옆의 스크린 그리드는 판보다 낮은 전위로 편향되어 있기 때문에 이러한 이차 전자는 그것의 양전하 때문에 퇴치되고 판으로 되돌아간다.

그러나 스크린 그리드를 플레이트보다 높은 전위로 작동하면 2차 전자가 여기에 끌리고 스크린 그리드 공급을 통해 접지로 돌아간다.[4] 이것은 플레이트에서 떨어져 있는 전자 I의G2 전류를 나타내며, 이는 음극 전류 IC 이하에서 순판 전류P I를 감소시킨다.

플레이트 전압이 높을수록 1차 전자가 더 많은 에너지로 플레이트를 치게 되어 2차 전자가 더 많이 방출된다. 따라서 1차 전자가 2차 방출을 일으킬 수 있을 정도의 에너지를 갖는 전압에서 시작하여 VP = 10V 전후로 플레이트 전압의 증가는 플레이트에 도달하는 추가 전자보다 더 많은 전자를 플레이트에서 떠나게 하여 플레이트 전류의 순 감소를 초래하는 작동 영역(회색)이 있다.

음저항

이 영역에서 플레이트 전압의 증가는 플레이트 전류의 감소를 유발하므로, 관의 차동 출력 저항인 AC 플레이트 저항은 음수다.

터널 다이오드와 같은 다른 음의 차동 저항 소자와 마찬가지로 이 음의 저항을 사용하여 오실레이터를 만들 수 있다. 병렬 튜닝 회로는 테트로드의 플레이트 회로에 연결된다. 오실레이터에 연결된 하중을 포함하여 음극판 저항의 크기가 튜닝된 회로의 병렬 저항 R보다 작을 경우 회로가 진동한다.

진동 주파수는 튜닝된 회로의 공명 주파수에 가깝다.

디자인

그래프에서 볼 수 있듯이, 다이너트론 작동의 경우 화면 그리드는 플레이트보다 상당히 높은 전압으로 편향되어야 했다. 적어도 플레이트 전압의 두 배. 플레이트 전압 스윙은 곡선의 음 저항 영역인 하향 '꼬임'으로 제한되기 때문에 가장 큰 출력 전압 스윙을 달성하려면 관이 음 저항 영역의 중심에 치우쳐 있어야 한다.

구형 테트로드 튜브의 음저항은 약 10kΩ - 20kΩ이었으며, 제어 격자 바이어스를 변화시켜 제어할 수 있다. 음의 저항 r의P 크기가 튜닝된 회로의 양의 저항 R보다 조금 작을 뿐 진동을 시작할 수 있을 정도로 작을 경우 진동 주파수는 매우 안정적이며 출력 파형은 거의 사인파형이 될 것이다. 음의 저항을 양의 저항보다 크게 작게 만들면 전압 스윙이 곡선의 비선형 부분까지 확장되고 사인파 출력의 피크가 평탄화("클립")된다.

트랜짓론 발진기

트랜짓론 발진기
트랜짓론 오실레이터의 스크린 전류 및 전압 스크린 전압 V가C2 억제기 격자 전압이 양으로 변할 정도로 높아지면 전자는 억제기 격자를 통과하여 플레이트에 도달하기 시작한다. 플레이트 전류가 증가하고 스크린 전류가 감소하여 스크린에 음의 저항(회색 영역)이 발생한다.

그 트랜지트론:발진기, Cledo Brunetti에 의해 1939,[12](비록 유사한 효과 tetrodes에서 발타자르 반 데르 폴에 의해 1926,[20]에서 관찰되었다 에드워드 헤럴드는 1935[21]에서 이와 유사한 발진기 묘사했다)에서 발명된 부정적인 저항 발진기 회로에, 접시가 아니라, 그 스크린 그리드 negatipentode 진공관을 사용하여.순진 resistance 억제기 그리드에 결합되어 있음.[5][14][18] 오른쪽 회로를 참조하십시오. 트랜짓론에서 스크린 그리드는 플레이트 전압보다 높은 양의 전압(배터리 B1)으로 편향된 반면 억제기 그리드는 음극 전압 이하에서 음극 전압으로 편향된 것이다. 따라서 모든 전자는 음극 억제기 그리드에 의해 반사될 것이며 아무것도 플레이트에 들어가지 않을 것이다. 반사된 전자는 대신 스크린 그리드에 끌리기 때문에 화면 전류는 높은 반면 플레이트 전류는 0이 된다. 그러나 억제기 격자 전압이 증가하면 0(음극 전압) 전자가 이를 통과해 플레이트에 도달하기 시작하므로 화면 격자로 전환된 수, 즉 화면 전류는 감소한다. 다른 그리드는 상당한 전류를 소비하지 않으므로 음극 전류 C 판 사이에 분할됨과(와) 화면 G2 \ I_}}:

스크린 그리드와 플레이트 사이의 전류의 구분은 억제기 전압에 의해 제어된다. 이 역관계는 화면과 억제기 격자(화면 전류 ΔI의G2 변화를 억제기 전압 ΔV의G3 변화로 나눈 값)의 전도가 음이라고 말해 표시한다.

스크린 그리드 전압이 아닌 서프레서 그리드 전압이 스크린 전류를 제어하기 때문에 서프레서와 스크린 그리드가 커패시터(C2)와 결합되어 있어 서로 전위차가 일정하다면, 스크린 그리드 전압을 높이면 서프레서 전압이 증가하여 스크린 전류가 감소한다. 이는 스크린 그리드가 음극에 대해 음의 차등 저항을 가지며 진동을 만드는 데 사용할 수 있다는 것을 의미한다.

트랜짓론 회로에서는 스크린과 서프레서 그리드가 진동 주파수에서 임피던스가 낮은 바이패스 콘덴서(C2)와 결합되어 있어 전위차가 일정하다. 병렬 튜닝 회로(C1-L)는 (배터리 B1을 통해) 스크린 그리드와 음극 사이에 연결된다. 스크린 그리드의 음의 저항은 튜닝된 회로의 양의 저항을 취소하여 진동을 일으킨다. 다이나트론 오실레이터에서와 같이 제어 그리드를 사용하여 음의 저항을 조정할 수 있다.

트랜짓론 발진기는 2차 배출에 의존하지 않았기 때문에 다이너트론보다 훨씬 신뢰성이 높았다. 그러나 화면 그리드는 고출력을 처리하도록 설계되지 않았기 때문에 오실레이터의 출력전력은 제한적이다. 육각형 및 펜타그리드 컨버터 튜브와 같이 펜타그 옆에 다중 그리드가 있는 다른 튜브는 유사한 음의 전도성 오실레이터를 만드는 데 사용되었다. 이 회로에 사용되는 펜토드 튜브는 약 -250 마이크로시멘의 음전도를 가지며 -4000Ω의 음전저항을 가진다. 펜타그리드 컨버터와 같이 더 많은 그리드를 가진 관은 더 높은 전도성을 가진 트랜짓론 오실레이터를 만드는 데 사용될 수 있으며, 결과적으로 더 작은 음의 저항을 초래할 수 있다.

참조

  1. ^ a b Kröncke, H. (March 24, 1926). "Oscillation without reaction" (PDF). Wireless World. London. 18 (12): 467–468. Retrieved March 20, 2015.
  2. ^ a b c Hull, Albert W. (February 1918). "The Dynatron - A vacuum tube possessing negative electric resistance". Proceedings of the IRE. New York: Institute of Radio Engineers. 6 (1): 5–35. doi:10.1109/jrproc.1918.217353. S2CID 51656451. Retrieved 2012-05-06.
  3. ^ Amos, S. W.; Roger Amos (2002). Newnes Dictionary of Electronics. Newnes. p. 107. ISBN 978-0080524054.
  4. ^ a b c d e f g h i j k Gottlieb, Irving (1997). Practical Oscillator Handbook. US: Elsevier. pp. 76–78. ISBN 978-0080539386.
  5. ^ a b c d e Edson, William A. (1953). Vacuum Tube Oscillators (PDF). US: John Wiley and Sons. pp. 31–34. 피터 밀레의 튜브북 웹사이트에
  6. ^ a b c d e f Technical Manual TM 11-665: C-W and A-M Radio Transmitters and Receivers. Dept. of the Army, US Government Printing Office. September 1952. pp. 68–69.
  7. ^ Kumar, Umesh (April 2000). "Design of an indiginized negative resistance characteristics curve tracer" (PDF). Active and Passive Electronic Components. 23: 13–23. doi:10.1155/APEC.23.13. Retrieved May 3, 2013.
  8. ^ a b c d e Dietmar, Rudolph (17 December 2010). "Negative resistance oscillators". Principles of Schematics forum. Ernest Erb personal website. Retrieved 29 November 2013.
  9. ^ a b c d Worthen, Charles E. (May 1930). "The Dynatron" (PDF). The General Radio Experimenter. General Radio Co. 4 (12): 1–4. Retrieved September 5, 2014.
  10. ^ a b c Shunaman, Fred (April 1945). "Transitron Oscillators" (PDF). Radio-Craft. New York: Radcraft Publication Inc. 16 (7): 419. Retrieved September 6, 2014.
  11. ^ a b c Palmer, C. W. (March 1940). "Recent advances in oscillator circuits" (PDF). Radio-Craft. New York: Radcraft Publications, Inc. 11 (9): 534–535. Retrieved September 6, 2014.
  12. ^ a b Brunetti, C.; E. Weiss (February 1939). "The Transitron Oscillator". Proceedings of the IRE. Institute of Radio Engineers. 27 (2): 88–94. doi:10.1109/JRPROC.1939.229010. ISSN 0096-8390. S2CID 51644322.
  13. ^ Brunetti, Cleto (December 1939). "A Practical Negative Resistance Oscillator". Review of Scientific Instruments. 10 (3): 85–88. Bibcode:1939RScI...10...85B. doi:10.1063/1.1751492.
  14. ^ a b c Gottlieb, 1997, 실용 오실레이터 핸드북, 페이지 78-81
  15. ^ a b c d Solymar, Laszlo; Donald Walsh (2009). Electrical Properties of Materials, 8th Ed. UK: Oxford University Press. pp. 181–182. ISBN 978-0199565917.
  16. ^ a b c Brunn, Brunsten (August 15, 1931). "Dynatron Oscillator Uses" (PDF). Radio World. 19 (22): 15. Retrieved September 5, 2014.
  17. ^ Turner, L. B. (1931). Wireless. Cambridge University Press. p. 297. ISBN 9781107636187.
  18. ^ a b c Spangenberg, Karl R. (1948). Vacuum Tubes (PDF). New York: McGraw-Hill Book Co. pp. 718–719.
  19. ^ a b Ghirardi, Alfred A. (May 1945). "Practical Radio Course, Part 34" (PDF). Radio News. 43 (5): 148–150. Retrieved September 5, 2014.
  20. ^ Drummer, G.W.A (1997). Electronic Inventions and Discoveries: Electronics from its earliest beginnings to the present day, 4th Ed. CRC Press. p. 126. ISBN 978-0750304931.
  21. ^ Herold, Edward W. (October 1935). "Negative resistance and devices for obtaining it". Proceedings of the IRE. 23 (10): 1201–1223. doi:10.1109/JRPROC.1935.227271. ISSN 0731-5996. S2CID 51656745.