Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема динатронного генератора также использовалась в качестве гетеродина в первых ламповых супергетеродинных радиоприемниках , таких как семиламповый радиоприемник Crosley model 122 1931 года.

В электронике динатронный генератор , изобретенный в 1918 году Альбертом Халлом [1] [2] в General Electric , представляет собой устаревшую схему электронного генератора на электронных лампах , в которой используется характеристика отрицательного сопротивления в электронных лампах ранних поколений , вызванная процессом, называемым вторичной эмиссией. . [3] [4] [5] [6] Это был первый ламповый генератор с отрицательным сопротивлением. [7] Схема генератора динатрона 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 стали устаревшими во время Второй мировой войны из-за изменчивости вторичного излучения в лампах. [8] [9] [10] [11]

Отрицательные осцилляторы Крутизны в , [8] , таких как transitron генератор , изобретенный CLETO Brunetti в 1939 году, [12] [13] аналогичные схемы генератора отрицательного сопротивления вакуумной трубки , которые основаны на отрицательной крутизне (падение тока через один сетку электрод , вызванное увеличение напряжения на второй сетке) в пентоде или другой многосеточной вакуумной лампе. [5] [14] Они заменили схему динатрона [14] и использовались в электронном оборудовании на электронных лампах в течение 1970-х годов. [8] [10] [11]

Как они работают [ править ]

Лампа Dynatron, первая лампа, производящая динатронные колебания, изобретена Альбертом Халлом в 1918 году. [2] Она не нашла большого применения, поскольку триод и тетрод , изобретенные в 1926 году, также оказались способными к динатронным колебаниям.

Генераторы динатрона и транзитрона отличаются от многих схем генераторов тем, что они используют не обратную связь для генерации колебаний, а отрицательное сопротивление . [4] [6] колебательный контур (резонансный контур), состоящий из катушки индуктивности и конденсатора , соединенных вместе, может хранить электрическую энергию в виде осциллирующих токов, «звона» аналогично камертона. [15] Если бы настроенная схема могла иметь нулевое электрическое сопротивление , как только начинались колебания, она бы функционировала как генератор , производя непрерывную синусоидальную волну.. Но из-за неизбежного сопротивления, присущего реальным схемам, без внешнего источника энергии энергия колебательного тока рассеивается в виде тепла в сопротивлении, и любые колебания затухают до нуля. [15]

В схемах динатрона и транзитрона вакуумная лампа смещена так, что один из ее электродов имеет отрицательное дифференциальное сопротивление . [4] [6] Это означает, что когда напряжение на электроде относительно катода увеличивается, ток через него уменьшается. [4] Настроенная цепь подключена между электродом и катодом. Отрицательное сопротивление лампы нейтрализует положительное сопротивление настроенной цепи, создавая, по сути, настроенную цепь с нулевым сопротивлением переменному току. [6] [15] Создается спонтанное непрерывное синусоидальное колебательное напряжение на резонансной частоте настроенного контура, которое запускаетсяэлектрические помехи в цепи при включении. [15]

Преимущество этих генераторов состояло 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] Другим преимуществом было то, что они использовали простую одиночную настроенную LC-схему без отводов или «тиклерных» катушек, необходимых для генераторов, таких как схемы Хартли или Армстронга . [16]

Генератор Dynatron [ править ]

Схема генератора Dynatron

В динатроне используется тетродная лампа. [4] В некоторых тетродах пластина (анод) имеет отрицательное дифференциальное сопротивление из-за того, что электроны выбиваются из пластины, когда электроны с катода сталкиваются с ней, что называется вторичной эмиссией . [4] [5] Это вызывает нисходящий «изгиб» 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 раннего выпуска. [4] В большинстве современных тетродов для предотвращения паразитных колебаний.на пластину нанесено покрытие, которое резко снижает нежелательную вторичную эмиссию, поэтому эти лампы практически не имеют отрицательного сопротивления «изгиба» в характеристиках тока пластины и не могут использоваться в генераторах динатрона. [4]

Тетрод был не единственной лампой, которая могла генерировать динатронные колебания. Ранние триоды также имели вторичную эмиссию и, следовательно, отрицательное сопротивление, и до изобретения тетрода они использовались в генераторах динатрона, смещая управляющую сетку более положительно, чем пластина. [1] [17] Первый динатронный генератор Халла в 1918 году использовал специальную вакуумную лампу «динатрон» его собственной конструкции (показанную выше) , триод, в котором решетка представляла собой тяжелую пластину, перфорированную с отверстиями, которая была достаточно прочной, чтобы выдерживать высокие токи. . [2] Эта лампа не использовалась в качестве стандартного триода, а тетроды вполне могли функционировать как динатроны. Термин «динатрон» стал применяться ко всем колебаниям отрицательного сопротивления в электронных лампах; например, магнетрон с расщепленным анодом, как было сказано, работает за счет «колебаний динатрона».

Преимущество схемы динатрона состояло в том, что она могла колебаться 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 тетрода трубок , таких как UY222 и UY224 вокруг 1928. [9] [16] Он был использован в частоте биений осцилляторов (BFOs) для приема кода и локальных генераторов в супергетеродинных приемниках [16] , а также как в лабораторных генераторах сигналови научные исследования. В прототипе телевизора RCA 1931 года в качестве динатронных генераторов использовались две лампы UY224 для генерации сигналов вертикального отклонения (28 Гц) и горизонтального отклонения (2880 Гц) для отклоняющих катушек ЭЛТ.

Однако у динатрона были и недостатки. Было обнаружено, что величина вторичного эмиссионного тока от пластины непредсказуемо варьировалась от трубки к трубке, а также в пределах 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 на пластину графитовое покрытие, которое практически устраняло вторичную эмиссию. [4] К 1945 году использование схемы динатрона сокращалось. [10] [11] [19]

Вторичная эмиссия [ править ]

Кривые тока пластины I P и тока сетки экрана I G2 в зависимости от напряжения пластины V P тетрода RCA UY224, выпущенного в 1929 году, показывают область отрицательного сопротивления (серый цвет) .
 Потенциал сетки экрана V G2 = 75 В
 Потенциал управляющей сетки V G2 = -1,5 В
В этой лампе вторичная эмиссия была достаточно сильной, чтобы не только вызвать отрицательное сопротивление (нисходящий наклон), но и обратить ток пластины; электронов покинуло пластину больше, чем пришло к ней.
Кривые зависимости тока пластины ( I b ) от напряжения пластины для тетродов:
Один из первых тетродов, RCA 24-A 1929 года выпуска, на левой стороне которого изображен «изгиб» отрицательного сопротивления на кривых из-за вторичной эмиссии. При напряжении экрана V C2, равном 90 В, он имеет отрицательное сопротивление примерно в диапазоне V p  = от 10 до 60 В.
Современный тетрод 6П25. Из-за покрытия на пластине вторичная эмиссия очень мала, поэтому на кривых практически нет области отрицательного сопротивления («перегиба»), что делает эту лампу непригодной для работы динатрона.

В электронной лампе, когда электроны, испускаемые катодом, ударяются о пластину , они могут выбивать другие электроны с поверхности металла - эффект, называемый 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 своему положительному заряду.

Однако, если сетка экрана работает при более высоком потенциале, чем пластина, вторичные электроны будут притягиваться к ней и возвращаться на землю через питание сетки экрана. [4] Это представляет собой ток электронов I G2 вдали от пластины, что снижает чистую пластину тока I P ниже катода ток I C

Более высокое напряжение пластины заставляет первичные электроны ударять по пластине 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 дополнительные электроны, поступающие на пластину, и, следовательно, чистое снижение тока пластины.

Отрицательное сопротивление [ править ]

Поскольку в этой области увеличение напряжения на пластине вызывает уменьшение тока пластины, сопротивление пластины переменного тока, то есть дифференциальное выходное сопротивление лампы, отрицательно:

Как и в случае с другими устройствами с отрицательным дифференциальным сопротивлением, такими как туннельный диод , это отрицательное сопротивление можно использовать для создания генератора. Параллельно настроенная цепь включена в пластинчатую цепь тетрода. Схема будет колебаться, если величина сопротивления отрицательной пластины меньше параллельного сопротивления R настроенной схемы, включая любую нагрузку, подключенную к генератору.

Частота колебаний близка к резонансной частоте настроенного контура.

Дизайн [ править ]

Как видно из графиков, для работы динатрона сетка экрана должна была быть смещена на значительно более высокое напряжение, чем пластина; как минимум в два раза больше напряжения на пластине. Колебание напряжения пластины ограничено областью отрицательного сопротивления кривой, нисходящим «изгибом», поэтому для достижения наибольшего колебания выходного напряжения трубка должна быть смещена в центре области отрицательного сопротивления.

Отрицательное сопротивление старых ламп тетродов составляло от 10 кОм до 20 кОм, и им можно было управлять, изменяя смещение управляющей сетки . Если величина отрицательного сопротивления | r P | достаточно мала, чтобы начать колебание, немного меньше положительного сопротивления R настроенного контура, частота колебаний будет очень стабильной, а форма выходного сигнала будет почти синусоидальной. Если отрицательное сопротивление сделать значительно меньше положительного, размах напряжения будет распространяться на нелинейную часть кривой, а пики выходного синусоидального сигнала будут сглажены («обрезаны»).

Генератор Transitron [ править ]

Генератор Transitron
Ток и напряжение экрана в транзитронном генераторе. Когда напряжение экрана V C2 становится достаточно высоким, чтобы напряжение решетки подавителя стало положительным, электроны начинают проходить через сетку подавителя, чтобы достичь пластины. Ток пластины увеличивается, а ток экрана уменьшается, давая экрану отрицательное сопротивление (серая область) .

Осциллятор транзитрона, изобретенный Кледо Брунетти в 1939 г. [12] (хотя аналогичный эффект наблюдался в тетродах Бальтазаром ван дер Полем в 1926 г. [20], а Эдвард Герольд описал аналогичный осциллятор в 1935 г. [21] ) является отрицательным Схема генератора сопротивления с использованием вакуумной трубки на пентоде , в которой вместо пластины сетка экрана имеет отрицательное сопротивление из-за соединения с сеткой подавителя . [5] [14] [18] См. Схему справа. В транзитроне экранная сетка смещена положительным напряжением (аккумулятор В1)выше напряжения пластины, в то время как сетка ограничителя смещена отрицательно (батарея B2) , равное или ниже катодного напряжения. Следовательно, все электроны будут отражены сеткой отрицательного подавителя, и ни один из них не пройдет через пластину. Вместо этого отраженные электроны будут притягиваться к сетке экрана, поэтому ток экрана будет высоким, а ток пластины будет нулевым. Однако, если напряжение решетки ограничителя увеличивается, когда оно приближается к нулю (напряжение на катоде), электроны начнут проходить через него и достигать пластины, поэтому число, отведенное на сетку экрана, и, следовательно, ток экрана будет уменьшаться. Поскольку другие сетки не потребляют значительный ток, катодный ток разделяется между пластиной и сеткой экрана :

Разделение тока между сеткой экрана и пластиной регулируется напряжением ограничителя. Эта обратная зависимость обозначается тем, что крутизна между экраном и сеткой подавителя (изменение тока экрана Δ I G2, деленное на изменение напряжения Δ V G3 ограничителя ) является отрицательной.

Поскольку напряжение сетки подавителя, а не напряжение сетки экрана, 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 сетка экрана имеет отрицательное дифференциальное сопротивление по отношению к катоду и может использоваться для создания колебаний.

В схеме транзитрона экран и решетки подавителя соединены с байпасным конденсатором ( C2 ), который имеет низкий импеданс на частоте колебаний, поэтому они имеют постоянную разность потенциалов. Параллельно настроенная цепь ( C1-L ) подключена между экранной сеткой и катодом (через батарею B1 ). Отрицательное сопротивление экранной сетки нейтрализует положительное сопротивление настроенного контура, вызывая колебания. Как и в генераторе динатрона, управляющая сетка может использоваться для регулировки отрицательного сопротивления.

Поскольку генератор транзитрона не зависел от вторичной эмиссии, он был намного надежнее динатрона. Однако, поскольку сетка экрана не предназначена для работы с высокой мощностью, выходная мощность генератора ограничена. Другие лампы с несколькими решетками рядом с пентодом, такие как гексод и пятигранная преобразовательная трубка, использовались для создания подобных генераторов с отрицательной крутизной. Пентодные лампы, используемые в этой схеме, имеют отрицательную крутизну только около -250 микросименс, что дает отрицательное сопротивление -4000 Ом. Лампы с большим количеством сеток, такие как преобразователь пятиугольника, могут использоваться для создания транзитронных генераторов с более высокой крутизной, что приводит к меньшему отрицательному сопротивлению.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Kröncke, Х. (24 марта 1926 г.). «Колебание без реакции» (PDF) . Беспроводной мир . Лондон. 18 (12): 467–468 . Проверено 20 марта 2015 года .
  2. ^ a b c Халл, Альберт В. (февраль 1918 г.). «Динатрон - электронная лампа, обладающая отрицательным электрическим сопротивлением» . Труды ИРЭ . Нью-Йорк: Институт радиоинженеров. 6 (1): 5–35. DOI : 10,1109 / jrproc.1918.217353 . S2CID 51656451 . Проверено 6 мая 2012 . 
  3. ^ Амос, SW; Роджер Амос (2002). Новый словарь по электронике . Newnes. п. 107. ISBN 978-0080524054.
  4. ^ a b c d e f g h i j k Готтлиб, Ирвинг (1997). Практическое руководство по осцилляторам . США: Эльзевир. С. 76–78. ISBN 978-0080539386.
  5. ^ a b c d e Эдсон, Уильям А. (1953). Осцилляторы с вакуумной трубкой (PDF) . США: Джон Уайли и сыновья. С. 31–34. на Питер Милль Tubebooks сайте
  6. ^ a b c d e f Техническое руководство TM 11-665: Радиопередатчики и приемники CW и AM . Департамент армии, Типография правительства США. Сентябрь 1952. С. 68–69.
  7. ↑ Кумар, Умеш (апрель 2000 г.). "Дизайн оригинального измерителя кривой отрицательных характеристик сопротивления" (PDF) . Активные и пассивные электронные компоненты . 23 : 13–23. DOI : 10.1155 / APEC.23.13 . Проверено 3 мая 2013 года .
  8. ^ a b c d e Дитмар, Рудольф (17 декабря 2010 г.). «Осцилляторы отрицательного сопротивления» . Принципы форума схем . Персональный сайт Эрнеста Эрба . Проверено 29 ноября 2013 года .
  9. ^ a b c d Уортен, Чарльз Э. (май 1930 г.). «Динатрон» (PDF) . Главный радиоэкспериментатор . General Radio Co. 4 (12): 1–4 . Проверено 5 сентября 2014 года .
  10. ^ a b c Шунаман, Фред (апрель 1945 г.). "Осцилляторы Transitron" (PDF) . Радио-Крафт . Нью-Йорк: Radcraft Publication Inc. 16 (7): 419 . Проверено 6 сентября 2014 года .
  11. ^ a b c Палмер, CW (март 1940). «Последние достижения в схемах генераторов» (PDF) . Радио-Крафт . Нью-Йорк: Radcraft Publications, Inc. 11 (9): 534–535 . Проверено 6 сентября 2014 года .
  12. ^ a b Brunetti, C .; Э. Вайс (февраль 1939 г.). «Транзитронный осциллятор». Труды ИРЭ . Институт Радиоинженеров. 27 (2): 88–94. DOI : 10.1109 / JRPROC.1939.229010 . ISSN 0096-8390 . S2CID 51644322 .  
  13. ^ Брунетти, Клето (декабрь 1939 г.). «Практический отрицательный осциллятор сопротивления». Обзор научных инструментов . 10 (3): 85–88. Bibcode : 1939RScI ... 10 ... 85В . DOI : 10.1063 / 1.1751492 .
  14. ^ a b c Gottlieb, 1997, Практическое руководство по осцилляторам , стр. 78-81
  15. ^ a b c d Солимар, Ласло; Дональд Уолш (2009). Электрические свойства материалов, 8-е изд . Великобритания: Издательство Оксфордского университета. С. 181–182. ISBN 978-0199565917.
  16. ^ a b c Брунн, Брюнстен (15 августа 1931 г.). «Использование осциллятора Dynatron» (PDF) . Радио Мир . 19 (22): 15 . Проверено 5 сентября 2014 года .
  17. ^ Тернер, LB (1931). Беспроводная связь . Издательство Кембриджского университета. п. 297. ISBN. 9781107636187.
  18. ^ a b c Спангенберг, Карл Р. (1948). Вакуумные трубки (PDF) . Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co., стр. 718–719.
  19. ^ a b Гирарди, Альфред А. (май 1945 г.). "Практический курс радио, часть 34" (PDF) . Радио Новости . 43 (5): 148–150 . Проверено 5 сентября 2014 года .
  20. ↑ Барабанщик, GWA (1997). Электронные изобретения и открытия: Электроника от зарождения до наших дней, 4-е изд . CRC Press. п. 126. ISBN 978-0750304931.
  21. ^ Герольд, Эдвард В. (октябрь 1935 г.). «Отрицательное сопротивление и способы его получения». Труды ИРЭ . 23 (10): 1201–1223. DOI : 10.1109 / JRPROC.1935.227271 . ISSN 0731-5996 . S2CID 51656745 .