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 परिपथ है जो प्रारंभिक टेट्रोड वैक्यूम ट्यूबों में ऋणात्मक प्रतिरोध विशेषता का उपयोग करता है, जो द्वितीयक उत्सर्जन नामक प्रक्रिया के कारण होता है।    यह पहला ऋणात्मक प्रतिरोध वैक्यूम ट्यूब ऑसिलेटर था। 1920 से 1940 के दशक तक डायनाट्रॉन ऑसिलेटर परिपथ 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, किंतु द्वितीय विश्व युद्ध के कारण अप्रचलित हो गया। ट्यूबों में माध्यमिक उत्सर्जन की परिवर्तनशीलता है ।

ऋणात्मक ट्रांसकंडक्शन ऑसिलेटर्स, जैसे कि 1939 में क्लेटो ब्रुनेट्टी द्वारा आविष्कृत ट्रांजिट्रोन ऑसिलेटर, समान ऋणात्मक प्रतिरोध वैक्यूम ट्यूब ऑसिलेटर परिपथ हैं जो एक कलम के साथ या अन्य मल्टीग्रिड वैक्यूम ट्यूब में ऋणात्मक ट्रांसकंडक्शन (दूसरे ग्रिड पर वोल्टेज में वृद्धि के कारण एक ग्रिड इलेक्ट्रोड के माध्यम से धारा में गिरावट) पर आधारित हैं। इन्होंने डायनाट्रॉन परिपथ को बदल दिया गया जिससे 1970 के दशक में वैक्यूम ट्यूब इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में कार्यरत थे।

वे कैसे काम करते हैं
डायनाट्रॉन और ट्रांजिट्रोन ऑसिलेटर कई ऑसिलेटर परिपथ से भिन्न होते हैं, जिसमें वे दोलन उत्पन्न करने के लिए प्रतिक्रिया का उपयोग नहीं करते हैं किंतु ऋणात्मक 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 परिपथ में शून्य विद्युत प्रतिरोध हो सकता है तो एक बार दोलन प्रारंभ हो जाने के पश्चात् यह एक इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलेटर के रूप में कार्य करेगा जो एक सतत साइन तरंग का उत्पादन करेगा। किंतु वास्तविक परिपथ में निहित अपरिहार्य प्रतिरोध के कारण, शक्ति के बाहरी स्रोत के बिना दोलनशील धारा में ऊर्जा प्रतिरोध में उष्म के रूप में नष्ट हो जाती है, और कोई भी दोलन शून्य हो जाता है।

डायनाट्रॉन और ट्रांज़िट्रोन परिपथ में एक वैक्यूम ट्यूब पक्षपाती कर रही है जिससे इसके एक इलेक्ट्रोड में ऋणात्मक विभेदक प्रतिरोध हो सकता है। इसका अर्थ यह है कि जब इलेक्ट्रोड पर कैथोड के संबंध में वोल्टेज बढ़ाया जाता है, तो इसके माध्यम से धारा कम हो जाता है। इलेक्ट्रोड और कैथोड के बीच एक समस्वरित परिपथ जुड़ा होता है। ट्यूब का ऋणात्मक प्रतिरोध ट्यून किए गए परिपथ के सकारात्मक प्रतिरोध को समाप्त कर देता है, जिससे प्रभाव में शून्य एसी प्रतिरोध के साथ एक ट्यूनेड परिपथ बन जाता है।  ट्यून्ड परिपथ की गुंजयमान आवृत्ति पर एक सहज निरंतर साइनसॉइडल ऑसिलेटिंग वोल्टेज उत्पन्न होता है जो चालू होने पर परिपथ में विद्युत ध्वनि से प्रारंभ होता है।

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

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 बहार निकल जाता है, जिसे द्वितीयक उत्सर्जन कहा जाता है। यह प्लेट धारा 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 ऋणात्मक प्रतिरोध अधिकत्तर 1940 या उससे पहले के पुराने ट्यूबों की एक विशेषता थी। अधिकांश आधुनिक टेट्रोड्स में, परजीवी दोलन को रोकने के लिए प्लेट को एक कोटिंग दी जाती है जो अवांछित माध्यमिक उत्सर्जन को अधिक सीमा तक कम कर देती है, इसलिए इन ट्यूबों में उनकी प्लेट वर्तमान विशेषता में लगभग कोई ऋणात्मक 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। प्रारंभिक ट्रायोड में भी द्वितीयक उत्सर्जन और इस प्रकार ऋणात्मक प्रतिरोध था और टेट्रोड का आविष्कार करने से पहले उनका उपयोग डायनेट्रॉन ऑसिलेटर्स में प्लेट की तुलना में अधिक सकारात्मक नियंत्रण ग्रिड को पक्षपात 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 प्रबल 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 ऋणात्मक प्रतिरोध दोलनों पर प्रयुक्त किया जाने लगा; उदाहरण के लिए मैग्नेट्रान स्प्लिट-एनोड मैग्नेट्रॉन को डायनाट्रॉन दोलन द्वारा काम करने के लिए कहा गया था।

डायनाट्रॉन परिपथ का एक लाभ यह था कि यह बहुत व्यापक आवृत्ति सीमा 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 पश्चात् परिपथ लोकप्रिय हो गया था। सुपरहेट्रोडाइन रिसीवर्स में कोड रिसेप्शन और लोकल ऑसिलेटर्स के लिए बीट फ्रीक्वेंसी ऑसिलेटर्स (बीएफओ) में इसका उपयोग किया गया था इसके साथ ही प्रयोगशाला संकेत जनरेटर और वैज्ञानिक अनुसंधान में आरसीए के 1931 के प्रोटोटाइप टेलीविजन ने दो UY224 ट्यूबों का उपयोग सीआरटी 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 गया था।

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

माध्यमिक उत्सर्जन
[[Image:UY224 tetrode plate current negative resistance.svg|thumb|upright=1.1|आरसीए के यूवाई224 टेट्रोड के प्लेट धारा IP और स्क्रीन ग्रिड धारा IG2 बनाम प्लेट वोल्टेज VP वक्र, जो 1929 में सामने आए, नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र (ग्रे) दिखा रहे हैं।  स्क्रीन ग्रिड क्षमता VG2 = 75 V

नियंत्रण ग्रिड क्षमता VG2 = −1.5 V

इस ट्यूब में, द्वितीयक उत्सर्जन इतना प्रबल था कि इसने न केवल नकारात्मक प्रतिरोध (घटती ढलान) उत्पन्न किया,चूँकि धारा को विपरीत कर दिया; प्लेट तक पहुंचने की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉन प्लेट से बाहर चले गए।]]

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 आवेश के कारण प्लेट में वापस आ जाते हैं।

चूँकि 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 समतल पर लौट आएंगे। यह इलेक्ट्रॉन IG2 की धारा का प्रतिनिधित्व करता है जो कैथोड धारा IC के नीचे नेट प्लेट धारा IP को कम करता है
 * $$I_P = I_C - I_{G2} \,$$

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 प्रारंभ करना जिस पर प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों में द्वितीयक उत्सर्जन के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, VP = 10V, के आसपास 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 धारा में शुद्ध कमी आती है।

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

सुरंग डायोड जैसे अन्य ऋणात्मक अंतर प्रतिरोध उपकरणों के साथ, इस ऋणात्मक 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 सम्मिलित 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 ग्राफ़ से देखा जा सकता है, डायनाट्रॉन ऑपरेशन के लिए स्क्रीन ग्रिड को प्लेट की तुलना में काफी अधिक वोल्टेज पर बायस्ड करना पड़ता था; प्लेट वोल्टेज से कम से कम दोगुना कर दिया जाता है प्लेट वोल्टेज स्विंग वक्र के नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र, नीचे की ओर "किंक" तक सीमित है, इसलिए सबसे बड़े आउटपुट वोल्टेज स्विंग को प्राप्त करने के लिए ट्यूब को नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र के केंद्र में पक्षपाती होना चाहिए।

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

ट्रांजिट्रॉन ऑसीलेटर
1939 में क्लेडो ब्रुनेटी द्वारा आविष्कृत ट्रांज़िट्रोन ऑसिलेटर, (चूँकि 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 गया था ) एक पेंटोड वैक्यूम ट्यूब का उपयोग कर एक ऋणात्मक प्रतिरोध ऑसीलेटर परिपथ है, जिसमें प्लेट के अतिरिक्त, स्क्रीन ग्रिड में सप्रेसर ग्रिड के साथ युग्मित होने के कारण ऋणात्मक प्रतिरोध होता है।  परिपथ को दाईं ओर देखें जिसमे 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 ऋणात्मक (बैटरी बी 2) पक्षपाती है। इसलिए सभी इलेक्ट्रॉनों को ऋणात्मक सप्रेसर ग्रिड द्वारा प्रतिबिंबित किया जाएगा और इस प्रकार कोई भी प्लेट के माध्यम से नहीं मिलेगा। इसके अतिरिक्त परावर्तित इलेक्ट्रॉन स्क्रीन ग्रिड की ओर आकर्षित होंगे, इसलिए स्क्रीन धारा अधिक होगा जबकि प्लेट धारा शून्य होगा। चूँकि यदि सप्रेसर ग्रिड वोल्टेज बढ़ जाता है, तो जैसे-जैसे यह शून्य (कैथोड वोल्टेज) तक पहुंचता है, इलेक्ट्रॉन इसके माध्यम से गुजरना प्रारंभ कर देंगे और प्लेट तक पहुंच जाएंगे, इसलिए संख्या स्क्रीन ग्रिड में बदल दी जाएगी, और इस प्रकार स्क्रीन चालू हो जाएगी। चूँकि अन्य ग्रिड महत्वपूर्ण धारा नहीं लेते हैं इसलिए कैथोड धारा $$\scriptstyle I_\text{C}$$ प्लेट $$\scriptstyle I_\text{P}$$ और स्क्रीन ग्रिड $$\scriptstyle I_\text{G2}$$ के बीच विभाजित हो जाती है
 * $$I_\text{G2} = I_\text{C} - I_\text{P} \,$$

स्क्रीन ग्रिड और प्लेट के बीच धारा का विभाजन सप्रेसर वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इस व्युत्क्रम संबंध को यह कहकर दर्शाया गया है कि स्क्रीन और सप्रेसर ग्रिड के बीच ट्रांसकंडक्टेंस (स्क्रीन धारा ΔIG2 में परिवर्तन को सप्रेसर वोल्टेज ΔVG3 में परिवर्तन से विभाजित किया गया है) नकारात्मक है।

चूंकि सप्रेसर ग्रिड वोल्टेज और न कि स्क्रीन ग्रिड वोल्टेज स्क्रीन धारा को नियंत्रित करता है, यदि सप्रेसर 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 सप्रेसर बढ़ जाएगा वोल्टेज, जिसके परिणामस्वरूप स्क्रीन धारा में कमी आती है। इसका अर्थ है कि स्क्रीन ग्रिड में कैथोड के संबंध में ऋणात्मक अंतर प्रतिरोध है, और इसका उपयोग दोलन बनाने के लिए किया जा सकता है।

ट्रांज़िट्रॉन परिपथ 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 परिपथ (C1-L) स्क्रीन ग्रिड और कैथोड (बैटरी B1 के माध्यम से) के बीच जुड़ा हुआ है। स्क्रीन ग्रिड का ऋणात्मक प्रतिरोध ट्यून्ड परिपथ के सकारात्मक प्रतिरोध को समाप्त कर देता है, जिससे दोलन होते हैं। डायनेट्रॉन ऑसिलेटर की तरह ऋणात्मक 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। चूँकि क्योंकि स्क्रीन ग्रिड को उच्च शक्ति को संभालने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है, ऑसिलेटर की आउटपुट शक्ति सीमित है। पेंटोड के बगल में कई ग्रिड वाली अन्य ट्यूब, जैसे हेक्सोड और पेंटाग्रिड कनवर्टर ट्यूब, का उपयोग समान ऋणात्मक ट्रांसकंडक्टेंस ऑसिलेटर बनाने के लिए किया गया है। इस परिपथ में उपयोग किए जाने वाले पेंटोड ट्यूबों में -4000Ω का ऋणात्मक प्रतिरोध देते हुए, लगभग -250 माइक्रोसीमेंस का ऋणात्मक 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 ऋणात्मक प्रतिरोध होते हैं।