Динатронный генератор
В электронике применяется динатронный генератор , изобретенный в 1918 году Альбертом Халлом. [1] [2] в General Electric представляет собой устаревшую на электронных лампах схему электронного генератора электронных лампах используется характеристика отрицательного сопротивления , в которой в ранних тетродных , вызванная процессом, называемым вторичной эмиссией . [3] [4] [5] [6] Это был первый ламповый генератор с отрицательным сопротивлением. [7] Схема динатронного генератора использовалась в ограниченной степени в качестве генераторов частоты биений (BFO) и гетеродинов в ламповых радиоприемниках , а также в научном и испытательном оборудовании с 1920-х по 1940-е годы, но устарела во время Второй мировой войны из-за изменчивость вторичной эмиссии в трубках. [8] [9] [10] [11]
Генераторы отрицательной крутизны, [8] например, транзитронный генератор, изобретенный Клето Брунетти в 1939 году, [12] [13] Это аналогичные схемы генераторов на электронных лампах с отрицательным сопротивлением, которые основаны на отрицательной крутизне (падение тока через один электрод сетки, вызванное увеличением напряжения на второй сетке) в пентоде или другой многосеточной электронной лампе. [5] [14] Они заменили динатронную схему. [14] и использовались в электронном оборудовании на электронных лампах до 1970-х годов. [8] [10] [11]
Как они работают
[ редактировать ]
Динатронные и транзитронные генераторы отличаются от многих генераторных схем тем, что для генерации колебаний в них используется не обратная связь , а отрицательное сопротивление . [4] [6] ( Настроенный контур резонансный контур), состоящий из соединенных между собой катушки индуктивности и конденсатора , представляет собой «почти» генератор: он может запасать электрическую энергию в виде колебательных токов, «звенящих» аналогично камертону. [15] Если бы настроенная цепь могла иметь нулевое электрическое сопротивление , то после начала колебаний она бы функционировала как генератор , производя непрерывную синусоидальную волну . Но из-за неизбежного сопротивления, присущего реальным цепям, без внешнего источника энергии энергия колеблющегося тока рассеивается в виде тепла на сопротивлении, и любые колебания затухают до нуля. [15]
В схемах динатрона и транзитрона электронная лампа смещена так, что один из ее электродов имеет отрицательное дифференциальное сопротивление . [4] [6] Это означает, что при увеличении напряжения на электроде по отношению к катоду ток через него уменьшается. [4] Между электродом и катодом включается настроенная цепь. Отрицательное сопротивление лампы нейтрализует положительное сопротивление настроенной цепи, фактически создавая настроенную цепь с нулевым сопротивлением переменному току. [6] [15] самопроизвольное непрерывное синусоидальное колебательное напряжение на резонансной частоте Генерируется настроенного контура, запускаемое электрическими шумами в цепи при ее включении. [15]
Преимущество этих генераторов заключалось в том, что эффект отрицательного сопротивления в значительной степени не зависел от частоты, поэтому, используя подходящие значения индуктивности и емкости в настроенной цепи, они могли работать в широком диапазоне частот, от нескольких герц до примерно 20 МГц. [6] [8] [9] Еще одним преимуществом было то, что они использовали простую настроенную схему с одним LC без отводов или «щекотающих» катушек, необходимых для таких генераторов, как схемы Хартли или Армстронга . [16]
Динатронный генератор
[ редактировать ]
В динатроне тетродная трубка. используется [4] В некоторых тетродах пластина (анод) имеет отрицательное дифференциальное сопротивление из-за того, что электроны выбиваются из пластины при попадании на нее электронов с катода, что называется вторичной эмиссией . [4] [5] Это вызывает «перегиб» вниз на кривой зависимости тока пластины от напряжения пластины (график ниже, серая область), когда сетка экрана смещена при более высоком напряжении, чем пластина, как описано ниже. Это отрицательное сопротивление в основном было характерно для старых ламп 1940-х годов или более ранних годов выпуска. [4] В большинстве современных тетродов для предотвращения паразитных колебаний на пластину нанесено покрытие, которое резко снижает нежелательное вторичное излучение, поэтому эти лампы практически не имеют «перегиба» отрицательного сопротивления в токовой характеристике пластины и не могут использоваться в динатронных генераторах. [4]
Тетрод был не единственной трубкой, способной генерировать динатронные колебания. Ранние триоды также имели вторичную эмиссию и, следовательно, отрицательное сопротивление, и до изобретения тетродов они использовались в динатронных генераторах путем смещения управляющей сетки в более положительное положение, чем пластина. [1] [17] В первом динатронном генераторе Халла в 1918 году использовалась специальная «динатронная» вакуумная лампа его собственной конструкции (показана выше) , триод, в котором сетка представляла собой тяжелую пластину с отверстиями, достаточно прочную, чтобы выдерживать большие токи. [2] Эта лампа мало использовалась в качестве стандартного триода, а тетроды могли адекватно работать в качестве динатронов. Термин «динатрон» стал применяться ко всем колебаниям отрицательного сопротивления в электронных лампах; например, говорят, что магнетрон с разделенным анодом работает за счет «динатронных колебаний».
Преимущество динатронной схемы заключалось в том, что она могла генерировать колебания в очень широком диапазоне частот; от нескольких герц до 20 МГц. [6] [8] [9] Он также имел очень хорошую стабильность частоты по сравнению с другими LC-генераторами того времени и даже сравнивался с кварцевыми генераторами . Схема стала популярной после появления дешевых тетродных ламп, таких как UY222 и UY224, примерно в 1928 году. [9] [16] Он использовался в генераторах частоты биений (BFO) для приема кода и гетеродинах в супергетеродинных приемниках. [16] а также в лабораторных генераторах сигналов и научных исследованиях. RCA 1931 года В прототипе телевизора две лампы UY224 использовались в качестве динатронных генераторов для генерации сигналов вертикального отклонения (28 Гц) и горизонтального отклонения (2880 Гц) для отклоняющих катушек ЭЛТ.
Однако динатрон имел некоторые недостатки. Было обнаружено, что величина тока вторичной эмиссии пластины непредсказуемо менялась от трубки к трубке, а также внутри одной трубки в течение срока ее службы; [18] [19] в конце концов он перестанет колебаться. При замене лампы, возможно, придется попробовать несколько, чтобы найти ту, которая будет колебаться в цепи. Кроме того, поскольку динатронные колебания были источником нестабильности в усилителях (основном применении тетрода), производители ламп начали наносить графитовое покрытие, которое практически исключало вторичное излучение. на пластину [4] К 1945 году использование динатронной схемы сократилось. [10] [11] [19]
Вторичная эмиссия
[ редактировать ]
Потенциал экранной сетки В G2 = 75 В
Потенциал управляющей сетки В G2 = −1,5 В
В этой трубке вторичная эмиссия была достаточно сильной, что не только вызывало отрицательное сопротивление (убывающий наклон), но и обращало ток пластины вспять; больше электронов покинуло пластину, чем прибыло на нее.
В электронной лампе, когда электроны, испускаемые катодом , ударяются о пластину , они могут выбивать другие электроны с поверхности металла. Этот эффект называется вторичной эмиссией . [4] [5] [18] В обычном тетродном усилителе это нежелательный эффект, и сетка экрана рядом с пластиной смещена при более низком потенциале, чем пластина, поэтому эти вторичные электроны отталкиваются и возвращаются на пластину из-за ее положительного заряда.
Однако, если экранная сетка работает при более высоком потенциале, чем пластина, вторичные электроны будут притягиваться к ней и возвращаться на землю через источник питания экранной сетки. [4] Это представляет собой ток электронов I G2 от пластины, который уменьшает чистый ток пластины I P ниже катодного тока I C.
Более высокое напряжение пластины заставляет первичные электроны ударяться о пластину с большей энергией, высвобождая больше вторичных электронов. Следовательно, начиная с напряжения, при котором первичные электроны имеют достаточно энергии, чтобы вызвать вторичную эмиссию, около V P = 10 В, существует рабочая область (серая) , в которой увеличение напряжения на пластине заставляет больше электронов покидать пластину, чем дополнительное электроны, прибывающие к пластине, и, следовательно, общее уменьшение тока пластины.
Отрицательное сопротивление
[ редактировать ]Поскольку в этой области увеличение напряжения на пластине вызывает уменьшение тока на пластине, сопротивление пластины переменного тока, то есть дифференциальное выходное сопротивление лампы, отрицательно:
Как и в случае с другими с отрицательным дифференциальным сопротивлением, устройствами такими как туннельный диод , это отрицательное сопротивление можно использовать для создания генератора. В пластинчатую цепь тетрода включена параллельная настроенная цепь. Схема будет колебаться, если величина сопротивления отрицательной пластины меньше параллельного сопротивления R настроенной цепи, включая любую нагрузку, подключенную к генератору.
Частота колебаний близка к резонансной частоте настроенного контура.
Дизайн
[ редактировать ]Как видно из графиков, для работы динатрона экранная сетка должна была быть смещена при значительно более высоком напряжении, чем пластина; как минимум в два раза больше напряжения на пластине. Размах напряжения на пластине ограничен областью отрицательного сопротивления кривой, «перегибом» вниз, поэтому для достижения наибольшего размаха выходного напряжения трубка должна быть смещена в центр области отрицательного сопротивления.
Отрицательное сопротивление старых тетродных трубок составляло около 10–20 кОм, и его можно контролировать, изменяя смещение управляющей сетки . Если величина отрицательного сопротивления | р П | достаточно мал, чтобы начать генерацию, чуть меньше положительного сопротивления R настроенной цепи, частота колебаний будет очень стабильной, а форма выходного сигнала будет почти синусоидальной. Если отрицательное сопротивление сделать значительно меньшим, чем положительное сопротивление, размах напряжения распространится на нелинейную часть кривой, а пики выходного синусоидального сигнала будут сглажены («обрезаны»).
Транзитронный генератор
[ редактировать ]

Транзитронный генератор, изобретенный Кледо Брунетти в 1939 году. [12] (хотя аналогичный эффект наблюдался в тетродах Бальтазаром ван дер Полем в 1926 г., [20] и Эдвард Герольд описали аналогичный генератор в 1935 году. [21] ) представляет собой схему генератора с отрицательным сопротивлением, использующую пентодную вакуумную лампу, в которой вместо пластины экранирующая сетка имеет отрицательное сопротивление из-за связи с сеткой-подавителем . [5] [14] [18] См. схему справа. В транзитроне сетка экрана смещается при положительном напряжении (батарея B1), превышающем напряжение на пластине, тогда как сетка супрессора смещается отрицательно (батарея B2) , при напряжении на катоде или ниже. Следовательно, все электроны будут отражаться отрицательной сеткой-подавителем и ни один из них не пройдет до пластины. Вместо этого отраженные электроны будут притягиваться к сетке экрана, поэтому ток экрана будет высоким, а ток пластины будет равен нулю. Однако если увеличить напряжение на супрессорной сетке, то по мере того, как оно приближается к нулю (напряжение на катоде), электроны начнут проходить через нее и достигать пластины, поэтому количество отведенных на экранную сетку и, следовательно, экранный ток уменьшится. Поскольку другие сетки не потребляют значительный ток, катодный ток разделен между пластиной и сетка экрана :
Разделение тока между экранной сеткой и пластиной контролируется напряжением супрессора. На эту обратную зависимость указывают, говоря, что крутизна между экраном и сеткой подавителя (изменение тока экрана Δ I G2, разделенное на изменение напряжения подавителя Δ V G3 ) является отрицательным.
Поскольку напряжение сетки подавителя, а не напряжение экранной сетки, управляет током экрана, если подавитель и экранная сетка соединены вместе с конденсатором ( C2 ), поэтому между ними существует постоянная разность потенциалов, увеличение напряжения экранной сетки приведет к увеличению подавителя. напряжение, что приводит к уменьшению тока экрана. Это означает, что экранирующая сетка имеет отрицательное дифференциальное сопротивление по отношению к катоду и может использоваться для создания колебаний.
В схеме транзитрона экран и супрессорные сетки соединены с развязывающим конденсатором ( С2 ), имеющим низкое сопротивление на частоте колебаний, поэтому они имеют постоянную разность потенциалов. Параллельная настроенная цепь ( C1-L ) включена между экранной сеткой и катодом (через батарею B1 ). Отрицательное сопротивление экранной сетки нейтрализует положительное сопротивление настроенной цепи, вызывая колебания. Как и в динатронном генераторе, управляющую сетку можно использовать для регулировки отрицательного сопротивления.
Поскольку транзиттронный генератор не зависел от вторичной эмиссии, он был гораздо более надежным, чем динатрон. Однако, поскольку экранная сетка не рассчитана на работу с высокой мощностью, выходная мощность генератора ограничена. Другие лампы с несколькими сетками помимо пентода, такие как гексодная и пятисеточная преобразовательная трубка, использовались для создания аналогичных генераторов с отрицательной крутизной. Пентодные трубки, используемые в этой схеме, имеют отрицательную крутизну всего около -250 микросименс, что дает отрицательное сопротивление -4000 Ом. Лампы с большим количеством сеток, такие как пентагридный преобразователь , можно использовать для создания транзитронных генераторов с более высокой крутизной, что приводит к меньшему отрицательному сопротивлению.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Кренке, Х. (24 марта 1926 г.). «Колебания без реакции» (PDF) . Беспроводной мир . 18 (12). Лондон: 467–468 . Проверено 20 марта 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Халл, Альберт В. (февраль 1918 г.). «Динатрон — вакуумная лампа, обладающая отрицательным электрическим сопротивлением» . Труды ИРЭ . 6 (1). Нью-Йорк: Институт радиоинженеров: 5–35. дои : 10.1109/jrproc.1918.217353 . S2CID 51656451 . Проверено 6 мая 2012 г.
- ^ Амос, Юго-Запад; Роджер Амос (2002). Словарь Newnes по электронике . Ньюнес. п. 107. ИСБН 978-0080524054 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Готлиб, Ирвинг (1997). Практическое руководство по генераторам . США: Эльзевир. стр. 76–78. ISBN 978-0080539386 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Эдсон, Уильям А. (1953). Ламповые генераторы (PDF) . США: Джон Уайли и сыновья. стр. 31–34. Питера Милле Tubebooks на сайте
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Техническое руководство TM 11-665: Радиопередатчики и приемники CW и AM . Департамент армии, типография правительства США. Сентябрь 1952 г., стр. 68–69.
- ^ Кумар, Умеш (апрель 2000 г.). «Разработка индивидуального индикатора кривой характеристик отрицательного сопротивления» (PDF) . Активные и пассивные электронные компоненты . 23 : 13–23. дои : 10.1155/APEC.23.13 . Проверено 3 мая 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Дитмар, Рудольф (17 декабря 2010 г.). «Осцилляторы отрицательного сопротивления» . Форум Принципы схемотехники . Персональный сайт Эрнеста Эрба . Проверено 29 ноября 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Уортен, Чарльз Э. (май 1930 г.). «Динатрон» (PDF) . Главный радиоэкспериментатор . 4 (12). Компания General Radio: 1–4 . Проверено 5 сентября 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Шунаман, Фред (апрель 1945 г.). «Транзитронные генераторы» (PDF) . Радио-Крафт . 16 (7). Нью-Йорк: Radcraft Publication Inc.: 419 . Проверено 6 сентября 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Палмер, CW (март 1940 г.). «Последние достижения в области генераторных схем» (PDF) . Радио-Крафт . 11 (9). Нью-Йорк: Radcraft Publications, Inc.: 534–535 . Проверено 6 сентября 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б Брунетти, К.; Э. Вайс (февраль 1939 г.). «Транзитронный генератор». Труды ИРЭ . 27 (2). Институт радиоинженеров: 88–94. дои : 10.1109/JRPROC.1939.229010 . ISSN 0096-8390 . S2CID 51644322 .
- ^ Брунетти, Клето (декабрь 1939 г.). «Практический генератор отрицательного сопротивления». Обзор научных инструментов . 10 (3): 85–88. Бибкод : 1939RScI...10...85B . дои : 10.1063/1.1751492 .
- ^ Перейти обратно: а б с Готлиб, 1997, Практическое руководство по генераторам , стр. 78-81
- ^ Перейти обратно: а б с д Солимар, Ласло; Дональд Уолш (2009). Электрические свойства материалов, 8-е изд . Великобритания: Издательство Оксфордского университета. стр. 181–182. ISBN 978-0199565917 .
- ^ Перейти обратно: а б с Брунн, Брунстен (15 августа 1931 г.). «Использование генератора Dynatron» (PDF) . Радио Мир . 19 (22): 15 . Проверено 5 сентября 2014 г.
- ^ Тернер, Л.Б. (1931). Беспроводной . Издательство Кембриджского университета. п. 297. ИСБН 9781107636187 .
- ^ Перейти обратно: а б с Спангенберг, Карл Р. (1948). Вакуумные лампы (PDF) . Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co., стр. 718–719.
- ^ Перейти обратно: а б Жирарди, Альфред А. (май 1945 г.). «Практический курс радиосвязи, часть 34» (PDF) . Радио Новости . 43 (5): 148–150 . Проверено 5 сентября 2014 г.
- ^ Барабанщик, GWA (1997). Электронные изобретения и открытия: Электроника с самого начала до наших дней, 4-е изд . ЦРК Пресс. п. 126. ИСБН 978-0750304931 .
- ^ Герольд, Эдвард В. (октябрь 1935 г.). «Отрицательное сопротивление и устройства для его получения». Труды ИРЭ . 23 (10): 1201–1223. дои : 10.1109/JRPROC.1935.227271 . ISSN 0731-5996 . S2CID 51656745 .