डायनाट्रॉन ऑसिलेटर

इलेक्ट्रॉनिक्स में, डायनाट्रॉन ऑसिलेटर का आविष्कार 1918 में अल्बर्ट हल द्वारा किया गया था  सामान्य विद्युतीय  में, एक अप्रचलित  वेक्यूम - ट्यूब  इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला सर्किट है जो शुरुआती टेट्रोड वैक्यूम ट्यूबों में नकारात्मक प्रतिरोध विशेषता का उपयोग करता है, जो द्वितीयक उत्सर्जन नामक प्रक्रिया के कारण होता है।    यह पहला नकारात्मक प्रतिरोध वैक्यूम ट्यूब ऑसिलेटर था। 1920 से 1940 के दशक तक डायनाट्रॉन ऑसिलेटर सर्किट का उपयोग सीमित सीमा तक बीट फ्रीक्वेंसी ऑसिलेटर (बीएफओ) और वैक्यूम ट्यूब रेडियो रिसीवर के साथ-साथ वैज्ञानिक और परीक्षण उपकरण में स्थानीय ऑसिलेटर के रूप में किया गया था, लेकिन द्वितीय विश्व युद्ध के कारण अप्रचलित हो गया। ट्यूबों में माध्यमिक उत्सर्जन की परिवर्तनशीलता। नकारात्मक ट्रांसकंडक्शन ऑसिलेटर्स, जैसे कि 1939 में क्लेटो ब्रुनेट्टी द्वारा आविष्कृत ट्रांजिट्रोन ऑसिलेटर, समान नकारात्मक प्रतिरोध वैक्यूम ट्यूब ऑसिलेटर सर्किट हैं जो एक  एक कलम के साथ  या अन्य मल्टीग्रिड वैक्यूम ट्यूब में नकारात्मक  transconductance  (दूसरे ग्रिड पर वोल्टेज में वृद्धि के कारण एक ग्रिड इलेक्ट्रोड के माध्यम से करंट में गिरावट) पर आधारित हैं। इन्होंने डायनाट्रॉन सर्किट को बदल दिया और 1970 के दशक में वैक्यूम ट्यूब इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में कार्यरत थे।

वे कैसे काम करते हैं
डायनाट्रॉन और ट्रांजिट्रोन ऑसिलेटर कई ऑसिलेटर सर्किट से भिन्न होते हैं, जिसमें वे दोलन उत्पन्न करने के लिए प्रतिक्रिया  का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन नकारात्मक प्रतिरोध करते हैं।   एक समस्वरित परिपथ (गुंजयमान परिपथ), जिसमें एक प्रारंभ करनेवाला और संधारित्र एक साथ जुड़े होते हैं, विद्युत ऊर्जा को दोलनशील धाराओं के रूप में संग्रहीत कर सकता है, जो एक ट्यूनिंग फोर्क के अनुरूप बजता है। यदि एक समस्वरित सर्किट में शून्य विद्युत प्रतिरोध हो सकता है, तो एक बार दोलन शुरू हो जाने के बाद यह एक इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलेटर के रूप में कार्य करेगा, जो एक सतत साइन तरंग का उत्पादन करेगा। लेकिन वास्तविक सर्किट में निहित अपरिहार्य प्रतिरोध के कारण, शक्ति के बाहरी स्रोत के बिना दोलनशील धारा में ऊर्जा प्रतिरोध में गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है, और कोई भी दोलन शून्य हो जाता है।

डायनाट्रॉन और ट्रांज़िट्रोन सर्किट में, एक वैक्यूम ट्यूब बयाझिंग  कर रही है ताकि इसके एक इलेक्ट्रोड में नकारात्मक विभेदक प्रतिरोध हो।   इसका मतलब यह है कि जब इलेक्ट्रोड पर कैथोड के संबंध में वोल्टेज बढ़ाया जाता है, तो इसके माध्यम से करंट कम हो जाता है।  इलेक्ट्रोड और कैथोड के बीच एक समस्वरित परिपथ जुड़ा होता है। ट्यूब का नकारात्मक प्रतिरोध ट्यून किए गए सर्किट के सकारात्मक प्रतिरोध को रद्द कर देता है, जिससे प्रभाव में शून्य एसी प्रतिरोध के साथ एक ट्यूनेड सर्किट बन जाता है।   ट्यून्ड सर्किट की गुंजयमान आवृत्ति पर एक सहज निरंतर sinusoidal ऑसिलेटिंग वोल्टेज उत्पन्न होता है, जो चालू होने पर सर्किट में विद्युत शोर से शुरू होता है।

इन ऑसिलेटर्स का एक फायदा यह था कि नकारात्मक प्रतिरोध प्रभाव काफी हद तक आवृत्ति से स्वतंत्र था, इसलिए ट्यून्ड सर्किट में अधिष्ठापन और समाई के उपयुक्त मूल्यों का उपयोग करके वे कुछ हर्ट्ज से लगभग 20 मेगाहर्ट्ज तक एक विस्तृत आवृत्ति रेंज पर काम कर सकते थे।   एक और फायदा यह था कि उन्होंने हार्टले ऑसिलेटर या आर्मस्ट्रांग ऑसिलेटर सर्किट जैसे ऑसिलेटर्स के लिए आवश्यक टैप या टिकर कॉइल के बिना एक साधारण सिंगल एलसी ट्यून सर्किट का इस्तेमाल किया।

डायनेट्रॉन ऑसिलेटर
डायनेट्रॉन में एक टेट्रोड ट्यूब का उपयोग किया जाता है। कुछ टेट्रोड्स में प्लेट इलेक्ट्रोड (एनोड) में ऋणात्मक अंतर प्रतिरोध होता है, क्योंकि कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के हिट होने पर प्लेट से इलेक्ट्रॉनों को खटखटाया जाता है, जिसे द्वितीयक उत्सर्जन कहा जाता है।  यह प्लेट करंट बनाम प्लेट वोल्टेज कर्व (नीचे ग्राफ, ग्रे क्षेत्र) में नीचे की ओर मुड़ने का कारण बनता है, जब स्क्रीन ग्रिड प्लेट की तुलना में उच्च वोल्टेज पर पक्षपाती होता है, जैसा कि नीचे वर्णित है। यह नकारात्मक प्रतिरोध ज्यादातर 1940 या उससे पहले के पुराने ट्यूबों की एक विशेषता थी।  अधिकांश आधुनिक टेट्रोड्स में, परजीवी दोलनों को रोकने के लिए प्लेट को एक कोटिंग दी जाती है जो अवांछित माध्यमिक उत्सर्जन को काफी हद तक कम कर देती है, इसलिए इन ट्यूबों में उनकी प्लेट वर्तमान विशेषता में लगभग कोई नकारात्मक प्रतिरोध नहीं होता है, और डायनाट्रॉन ऑसिलेटर्स में इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है।

टेट्रोड एकमात्र ट्यूब नहीं थी जो डायनाट्रॉन दोलनों को उत्पन्न कर सकती थी। शुरुआती ट्रायोड में भी द्वितीयक उत्सर्जन और इस प्रकार नकारात्मक प्रतिरोध था, और टेट्रोड का आविष्कार करने से पहले उनका उपयोग डायनेट्रॉन ऑसिलेटर्स में प्लेट की तुलना में अधिक सकारात्मक नियंत्रण ग्रिड को बायस करके किया गया था। 1918 में हल के पहले डायनाट्रॉन ऑसिलेटर ने अपने स्वयं के डिजाइन (ऊपर दिखाया गया है) के एक विशेष डायनाट्रॉन वैक्यूम ट्यूब का उपयोग किया, एक ट्रायोड जिसमें छेद के साथ छिद्रित एक भारी प्लेट थी जो उच्च धाराओं को ले जाने के लिए पर्याप्त मजबूत थी। इस ट्यूब का मानक ट्रायोड के रूप में बहुत कम उपयोग हुआ और टेट्रोड डायनाट्रॉन के रूप में पर्याप्त रूप से कार्य कर सकते थे। डायनेट्रॉन शब्द को वैक्यूम ट्यूबों में सभी नकारात्मक प्रतिरोध दोलनों पर लागू किया जाने लगा; उदाहरण के लिए  मैग्नेट्रान  | स्प्लिट-एनोड मैग्नेट्रॉन को डायनाट्रॉन दोलन द्वारा काम करने के लिए कहा गया था।

डायनाट्रॉन सर्किट का एक फायदा यह था कि यह बहुत व्यापक आवृत्ति रेंज में दोलन कर सकता था; कुछ हर्ट्ज से 20 मेगाहर्ट्ज तक।   उस समय के अन्य एलसी ऑसिलेटर्स की तुलना में इसकी आवृत्ति स्थिरता भी बहुत अच्छी थी, और यहां तक ​​कि क्रिस्टल ऑसिलेटर्स की तुलना में भी। 1928 के आसपास UY222 और UY224 जैसे सस्ते टेट्रोड ट्यूबों के आगमन के बाद सर्किट लोकप्रिय हो गया।  सुपरहेट्रोडाइन  रिसीवर्स में कोड रिसेप्शन और लोकल ऑसिलेटर्स के लिए बीट फ्रीक्वेंसी ऑसिलेटर्स (बीएफओ) में इसका इस्तेमाल किया गया था साथ ही प्रयोगशाला संकेत जनरेटर और वैज्ञानिक अनुसंधान में। RCA के 1931 के प्रोटोटाइप टेलीविजन ने दो UY224 ट्यूबों का उपयोग CRT के विक्षेपन कॉइल के लिए ऊर्ध्वाधर विक्षेपण (28 हर्ट्ज) और क्षैतिज विक्षेपण (2880 हर्ट्ज) संकेतों को उत्पन्न करने के लिए डायनाट्रॉन ऑसिलेटर्स के रूप में किया।

हालाँकि डायनाट्रॉन में कुछ कमियाँ थीं। यह पाया गया कि प्लेट से द्वितीयक उत्सर्जन करंट की मात्रा ट्यूब से ट्यूब तक अप्रत्याशित रूप से भिन्न होती है, और इसके परिचालन जीवन में एक ट्यूब के भीतर भी; अंततः यह दोलन करना बंद कर देगा। ट्यूब को बदलते समय, कई लोगों को ऐसा खोजने की कोशिश करनी पड़ सकती है जो एक सर्किट में दोलन करेगा। इसके अलावा, चूंकि डायनेट्रॉन दोलन एम्पलीफायरों में अस्थिरता का एक स्रोत थे, टेट्रोड का मुख्य अनुप्रयोग, ट्यूब निर्माताओं ने प्लेट पर ग्रेफाइट कोटिंग लागू करना शुरू किया, जिसने माध्यमिक उत्सर्जन को लगभग समाप्त कर दिया।  1945 तक डायनाट्रॉन सर्किट का उपयोग घट रहा था।

माध्यमिक उत्सर्जन
[[Image:UY224 tetrode plate current negative resistance.svg|thumb|upright=1.1|प्लेट करंट आईP और स्क्रीन ग्रिड करंट IG2 बनाम प्लेट वोल्टेज वीP RCA के UY224 टेट्रोड के वक्र जो 1929 में सामने आए थे, जो नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र (ग्रे) दिखा रहे थे।

स्क्रीन ग्रिड क्षमता वीG2 = 75 वी

नियंत्रण ग्रिड क्षमता VG2 = -1.5 वी

इस ट्यूब में, माध्यमिक उत्सर्जन पर्याप्त रूप से मजबूत था कि यह न केवल नकारात्मक प्रतिरोध (एक घटती ढलान) का कारण बना, बल्कि प्लेट करंट को उलट दिया; प्लेट पर पहुंचने से अधिक इलेक्ट्रॉनों ने प्लेट को छोड़ दिया।]]

एक इलेक्ट्रॉन ट्यूब में, जब कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन प्लेट इलेक्ट्रोड से टकराते हैं, तो वे अन्य इलेक्ट्रॉनों को धातु की सतह से बाहर कर सकते हैं, एक प्रभाव जिसे द्वितीयक उत्सर्जन कहा जाता है।   एक सामान्य टेट्रोड एम्पलीफायर में यह एक अवांछित प्रभाव होता है, और प्लेट के बगल में स्क्रीन ग्रिड प्लेट की तुलना में कम क्षमता पर पक्षपाती होता है, इसलिए ये द्वितीयक इलेक्ट्रॉन पीछे हट जाते हैं और इसके सकारात्मक चार्ज के कारण प्लेट में वापस आ जाते हैं।

हालाँकि, यदि स्क्रीन ग्रिड प्लेट की तुलना में अधिक क्षमता पर संचालित होती है, तो द्वितीयक इलेक्ट्रॉन इसकी ओर आकर्षित होंगे, और स्क्रीन ग्रिड आपूर्ति के माध्यम से जमीन पर लौट आएंगे। यह इलेक्ट्रॉन I की धारा का प्रतिनिधित्व करता हैG2 प्लेट से दूर, जो नेट प्लेट करंट I को कम करता हैP कैथोड करंट I के नीचेC
 * $$I_P = I_C - I_{G2} \,$$

उच्च प्लेट वोल्टेज प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों को प्लेट पर अधिक ऊर्जा के साथ हिट करने का कारण बनता है, और अधिक माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को जारी करता है। इसलिए, उस वोल्टेज से शुरू करना जिस पर प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों में द्वितीयक उत्सर्जन के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, वी के आसपासP= 10V, एक ऑपरेटिंग क्षेत्र (ग्रे) है जिसमें प्लेट वोल्टेज में वृद्धि प्लेट पर आने वाले अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉनों को प्लेट छोड़ने का कारण बनती है, और इसलिए प्लेट करंट में शुद्ध कमी आती है।

नकारात्मक प्रतिरोध
चूंकि इस क्षेत्र में प्लेट वोल्टेज में वृद्धि प्लेट करंट में कमी का कारण बनती है, एसी प्लेट प्रतिरोध, जो कि ट्यूब का अंतर आउटपुट प्रतिरोध है, नकारात्मक है:
 * $$r_P = {\Delta V_P \over \Delta I_P} < 0 \,$$

सुरंग डायोड जैसे अन्य नकारात्मक अंतर प्रतिरोध उपकरणों के साथ, इस नकारात्मक प्रतिरोध का उपयोग ऑसिलेटर बनाने के लिए किया जा सकता है। एक समानांतर समस्वरित परिपथ टेट्रोड के प्लेट परिपथ में जुड़ा होता है। यदि ऋणात्मक प्लेट प्रतिरोध का परिमाण समस्वरित परिपथ के समांतर प्रतिरोध R से कम है, जिसमें ऑसिलेटर से जुड़ा कोई भार भी शामिल है, तो परिपथ दोलन करेगा।
 * $$|r_P| < R \,$$

दोलन की आवृत्ति समस्वरित परिपथ की गुंजयमान आवृत्ति के निकट होती है।
 * $$f = {1 \over 2\pi}\sqrt{1 \over LC} \,$$

डिजाइन
जैसा कि रेखांकन से देखा जा सकता है, डायनाट्रॉन ऑपरेशन के लिए स्क्रीन ग्रिड को प्लेट की तुलना में काफी अधिक वोल्टेज पर बायस्ड होना था; कम से कम दो बार प्लेट वोल्टेज। प्लेट वोल्टेज स्विंग वक्र के नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र तक सीमित है, नीचे की ओर, इसलिए सबसे बड़ा आउटपुट वोल्टेज स्विंग प्राप्त करने के लिए, ट्यूब को नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र के केंद्र में पक्षपाती होना चाहिए।

पुराने टेट्रोड ट्यूबों का नकारात्मक प्रतिरोध लगभग 10kΩ - 20kΩ था, और नियंत्रण ग्रिड पूर्वाग्रह को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है। यदि ऋणात्मक प्रतिरोध का परिमाण |rP| दोलन शुरू करने के लिए काफी छोटा है, ट्यून्ड सर्किट के सकारात्मक प्रतिरोध 'आर' से थोड़ा छोटा है, दोलन आवृत्ति बहुत स्थिर होगी, और आउटपुट तरंग लगभग साइनसोइडल होगी। यदि नकारात्मक प्रतिरोध को सकारात्मक प्रतिरोध से काफी छोटा किया जाता है, तो वोल्टेज स्विंग वक्र के गैर-रैखिक भाग में फैल जाएगी, और साइन वेव आउटपुट की चोटियों को चपटा (क्लिप) कर दिया जाएगा।

ट्रांजिट्रॉन ऑसीलेटर
1939 में क्लेडो ब्रुनेटी द्वारा आविष्कृत ट्रांज़िट्रोन ऑसिलेटर, (हालांकि 1926 में बल्थाजार वैन डेर पोल द्वारा टेट्रोड्स में एक समान प्रभाव देखा गया था, और एडवर्ड हेरोल्ड ने 1935 में इसी तरह के दोलक का वर्णन किया ) एक पेंटोड वैक्यूम ट्यूब का उपयोग कर एक नकारात्मक प्रतिरोध ऑसीलेटर सर्किट है, जिसमें प्लेट के बजाय, स्क्रीन ग्रिड में दमनकारी ग्रिड के साथ युग्मित होने के कारण नकारात्मक प्रतिरोध होता है।   सर्किट को दाईं ओर देखें। ट्रांजिट्रॉन में, स्क्रीन ग्रिड प्लेट वोल्टेज के ऊपर एक सकारात्मक वोल्टेज (बैटरी बी 1) पर पक्षपाती है, जबकि सप्रेसर ग्रिड कैथोड वोल्टेज पर या नीचे नकारात्मक (बैटरी बी 2) पक्षपाती है। इसलिए, सभी इलेक्ट्रॉनों को नकारात्मक दबानेवाला यंत्र ग्रिड द्वारा प्रतिबिंबित किया जाएगा और कोई भी प्लेट के माध्यम से नहीं मिलेगा। इसके बजाय परावर्तित इलेक्ट्रॉन स्क्रीन ग्रिड की ओर आकर्षित होंगे, इसलिए स्क्रीन करंट अधिक होगा जबकि प्लेट करंट शून्य होगा। हालांकि, अगर दबानेवाला यंत्र ग्रिड वोल्टेज बढ़ जाता है, तो जैसे-जैसे यह शून्य (कैथोड वोल्टेज) तक पहुंचता है, इलेक्ट्रॉन इसके माध्यम से गुजरना शुरू कर देंगे और प्लेट तक पहुंच जाएंगे, इसलिए संख्या स्क्रीन ग्रिड में बदल दी जाएगी, और इस प्रकार स्क्रीन चालू हो जाएगी। चूंकि अन्य ग्रिड कैथोड करंट को महत्वपूर्ण करंट नहीं लेते हैं $$\scriptstyle I_\text{C}$$ प्लेट के बीच बांटा गया है $$\scriptstyle I_\text{P}$$ और स्क्रीन ग्रिड $$\scriptstyle I_\text{G2}$$:
 * $$I_\text{G2} = I_\text{C} - I_\text{P} \,$$

स्क्रीन ग्रिड और प्लेट के बीच करंट का विभाजन सप्रेसर वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इस व्युत्क्रम संबंध को स्क्रीन और सप्रेसर ग्रिड के बीच ट्रांसकंडक्शन (स्क्रीन करंट ΔI में परिवर्तन) कहकर इंगित किया जाता हैG2 शमन वोल्टेज ΔV में परिवर्तन से विभाजितG3) नकारात्मक है।

चूंकि दबानेवाला यंत्र ग्रिड वोल्टेज और न कि स्क्रीन ग्रिड वोल्टेज स्क्रीन करंट को नियंत्रित करता है, अगर दबानेवाला यंत्र और स्क्रीन ग्रिड को एक संधारित्र (C2) के साथ जोड़ा जाता है, तो उनके बीच एक निरंतर संभावित अंतर होता है, स्क्रीन ग्रिड वोल्टेज बढ़ने से दबानेवाला यंत्र बढ़ जाएगा वोल्टेज, जिसके परिणामस्वरूप स्क्रीन करंट में कमी आती है। इसका मतलब है कि स्क्रीन ग्रिड में कैथोड के संबंध में नकारात्मक अंतर प्रतिरोध है, और इसका उपयोग दोलन बनाने के लिए किया जा सकता है।

ट्रांज़िट्रॉन सर्किट में, स्क्रीन और सप्रेसर ग्रिड एक बायपास कैपेसिटर (C2) के साथ युग्मित होते हैं, जिसकी दोलन आवृत्ति पर कम प्रतिबाधा होती है, इसलिए उनके पास निरंतर संभावित अंतर होता है। समानांतर ट्यून्ड सर्किट (C1-L) स्क्रीन ग्रिड और कैथोड (बैटरी B1 के माध्यम से) के बीच जुड़ा हुआ है। स्क्रीन ग्रिड का नकारात्मक प्रतिरोध ट्यून्ड सर्किट के सकारात्मक प्रतिरोध को रद्द कर देता है, जिससे दोलन होते हैं। डायनेट्रॉन ऑसिलेटर की तरह नकारात्मक प्रतिरोध को समायोजित करने के लिए नियंत्रण ग्रिड का उपयोग किया जा सकता है।

चूंकि ट्रांजिट्रोन ऑसिलेटर माध्यमिक उत्सर्जन पर निर्भर नहीं था, इसलिए यह डायनेट्रॉन की तुलना में कहीं अधिक विश्वसनीय था। हालाँकि, क्योंकि स्क्रीन ग्रिड को उच्च शक्ति को संभालने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है, ऑसिलेटर की आउटपुट पावर सीमित है। पेंटोड के बगल में कई ग्रिड वाली अन्य ट्यूब, जैसे hexod  और पेंटाग्रिड कनवर्टर ट्यूब, का उपयोग समान नकारात्मक ट्रांसकंडक्टेंस ऑसिलेटर बनाने के लिए किया गया है। इस सर्किट में उपयोग किए जाने वाले पेंटोड ट्यूबों में -4000Ω का नकारात्मक प्रतिरोध देते हुए, लगभग -250 माइक्रोसीमेंस का नकारात्मक ट्रांसकंडक्शन होता है। अधिक ग्रिड वाले ट्यूब, जैसे कि पेंटाग्रिड कन्वर्टर, का उपयोग उच्च ट्रांसकंडक्शन वाले ट्रांजिट्रोन ऑसिलेटर बनाने के लिए किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप छोटे नकारात्मक प्रतिरोध होते हैं।