En electrónica, el oscilador dynatron , inventado en 1918 por Albert Hull [1] [2] en General Electric , es un circuito oscilador electrónico de tubo de vacío obsoleto que utiliza una característica de resistencia negativa en los primeros tubos de vacío de tetrodo , causada por un proceso llamado emisión secundaria . . [3] [4] [5] [6] Fue el primer oscilador de tubo de vacío de resistencia negativa. [7] El circuito oscilador dynatron se utilizó de forma limitada como osciladores de frecuencia de batido (BFO) y osciladores locales en receptores de radio de tubo de vacío , así como en equipos científicos y de prueba desde la década de 1920 hasta la de 1940, pero quedó obsoleto alrededor de la Segunda Guerra Mundial. debido a la variabilidad de la emisión secundaria en los tubos. [8] [9] [10] [11]
Los osciladores de transconductancia negativa, [8] como el oscilador de transitrón inventado por Cleto Brunetti en 1939, [12] [13] son circuitos osciladores de tubo de vacío de resistencia negativa similares que se basan en la transconductancia negativa (una caída de la corriente a través de un electrodo de rejilla causada por un aumento de voltaje en una segunda rejilla) en un pentodo u otro tubo de vacío multirrejilla. [5] [14] Estos reemplazaron el circuito dynatron [14] y se emplearon en equipos electrónicos de tubos de vacío durante la década de 1970. [8] [10] [11]
Los osciladores dynatron y transitron se diferencian de muchos circuitos osciladores en que no utilizan retroalimentación para generar oscilaciones, sino resistencia negativa . [4] [6] Un circuito sintonizado (circuito resonante), compuesto por un inductor y un condensador conectados entre sí, es "casi" un oscilador: puede almacenar energía eléctrica en forma de corrientes oscilantes, "sonando" de forma análoga a un diapasón. . [15] Si un circuito sintonizado pudiera tener resistencia eléctrica cero , una vez iniciadas las oscilaciones funcionaría como un oscilador , produciendo una onda sinusoidal continua . Pero debido a la inevitable resistencia inherente a los circuitos reales, sin una fuente externa de energía, la energía de la corriente oscilante se disipa en forma de calor en la resistencia, y cualquier oscilación decae hasta cero. [15]
En los circuitos dynatron y transitron, un tubo de vacío está polarizado de modo que uno de sus electrodos tenga una resistencia diferencial negativa . [4] [6] Esto significa que cuando aumenta el voltaje en el electrodo con respecto al cátodo, la corriente a través de él disminuye. [4] Se conecta un circuito sintonizado entre el electrodo y el cátodo. La resistencia negativa del tubo cancela la resistencia positiva del circuito sintonizado, creando en efecto un circuito sintonizado con resistencia CA cero. [6] [15] Se genera un voltaje oscilante sinusoidal continuo espontáneo a la frecuencia de resonancia del circuito sintonizado, iniciado por el ruido eléctrico en el circuito cuando se enciende. [15]
Una ventaja de estos osciladores era que el efecto de resistencia negativa era en gran medida independiente de la frecuencia, por lo que utilizando valores adecuados de inductancia y capacitancia en el circuito sintonizado podían operar en un amplio rango de frecuencia, desde unos pocos hercios hasta alrededor de 20 MHz. [6] [8] [9] Otra ventaja fue que utilizaron un circuito simple sintonizado LC sin las derivaciones o bobinas "ticckler" requeridas por osciladores como los circuitos Hartley o Armstrong . [16]
En el dynatron se utiliza un tubo tetrodo . [4] En algunos tetrodos, la placa (ánodo) tiene una resistencia diferencial negativa, debido a que los electrones salen de la placa cuando los electrones del cátodo la golpean, lo que se denomina emisión secundaria . [4] [5] Esto provoca una "torcedura" descendente en la curva de corriente de la placa versus voltaje de la placa (gráfico a continuación, región gris) cuando la rejilla de la pantalla está polarizada a un voltaje más alto que la placa, como se describe a continuación. Esta resistencia negativa era principalmente una característica de los tubos más antiguos, de la década de 1940 o anteriores. [4] En la mayoría de los tetrodos modernos, para evitar oscilaciones parásitas, la placa recibe un recubrimiento que reduce drásticamente la emisión secundaria no deseada, por lo que estos tubos prácticamente no tienen "dobladuras" de resistencia negativa en su característica de corriente de placa y no se pueden usar en osciladores dynatron. . [4]
El tetrodo no era el único tubo que podía generar oscilaciones dinatrón. Los primeros triodos también tenían emisión secundaria y, por lo tanto, resistencia negativa, y antes de que se inventara el tetrodo, se usaban en osciladores dynatron polarizando la rejilla de control más positiva que la placa. [1] [17] El primer oscilador dynatron de Hull en 1918 utilizó un tubo de vacío especial "dynatron" de su propio diseño (que se muestra arriba) , un triodo en el que la rejilla era una placa pesada perforada con agujeros que era lo suficientemente robusta como para transportar altas corrientes. . [2] Este tubo tuvo poco uso ya que el triodo estándar y los tetrodos podían funcionar adecuadamente como dinatrones. El término "dynatron" pasó a aplicarse a todas las oscilaciones de resistencia negativas en los tubos de vacío; por ejemplo, se decía que el magnetrón de ánodo dividido funcionaba mediante "oscilación dinatrón".
Una ventaja del circuito dynatron era que podía oscilar en un rango de frecuencia muy amplio; desde unos pocos hercios hasta 20 MHz. [6] [8] [9] También tenía muy buena estabilidad de frecuencia en comparación con otros osciladores LC de esa época, e incluso se comparó con osciladores de cristal . El circuito se hizo popular después de la llegada de los tubos tetrodo baratos como el UY222 y el UY224 alrededor de 1928. [9] [16] También se usó en osciladores de frecuencia de batido (BFO) para la recepción de códigos y osciladores locales en receptores superheterodinos [16]. como en generadores de señales de laboratorio e investigaciones científicas. El prototipo de televisión de RCA de 1931 utilizó dos tubos UY224 como osciladores dynatron para generar las señales de deflexión vertical (28 Hz) y horizontal (2880 Hz) para las bobinas de deflexión del CRT.
Sin embargo, el dynatron tenía algunos inconvenientes. Se descubrió que la cantidad de corriente de emisión secundaria de la placa variaba de manera impredecible de un tubo a otro, y también dentro de un solo tubo a lo largo de su vida operativa; [18] [19] eventualmente dejaría de oscilar. Al reemplazar el tubo, es posible que haya que probar varios hasta encontrar uno que oscile en un circuito. Además, dado que las oscilaciones del dinatrón eran una fuente de inestabilidad en los amplificadores, la principal aplicación del tetrodo, los fabricantes de tubos comenzaron a aplicar un revestimiento de grafito a la placa que prácticamente eliminaba las emisiones secundarias. [4] En 1945, el uso del circuito dynatron estaba disminuyendo. [10] [11] [19]
En un tubo de electrones, cuando los electrones emitidos por el cátodo golpean la placa , pueden expulsar a otros electrones de la superficie del metal, un efecto llamado emisión secundaria . [4] [5] [18] En un amplificador tetrodo normal, este es un efecto no deseado, y la rejilla de pantalla al lado de la placa está polarizada a un potencial más bajo que la placa, por lo que estos electrones secundarios son repelidos y regresan a la placa debido a su carga positiva.
Sin embargo, si la rejilla de la pantalla funciona a un potencial más alto que la placa, los electrones secundarios serán atraídos hacia ella y regresarán a tierra a través del suministro de la rejilla de la pantalla. [4] Esto representa una corriente de electrones I G2 alejada de la placa, lo que reduce la corriente neta de la placa I P por debajo de la corriente catódica I C
Un voltaje de placa más alto hace que los electrones primarios golpeen la placa con más energía, liberando más electrones secundarios. Por lo tanto, comenzando en el voltaje al cual los electrones primarios tienen suficiente energía para causar la emisión secundaria, alrededor de VP = 10 V, hay una región operativa (gris) en la que un aumento en el voltaje de la placa hace que salgan más electrones de la placa que los adicionales . electrones que llegan a la placa y, por tanto, una reducción neta de la corriente de placa.
Dado que en esta región un aumento en el voltaje de la placa causa una disminución en la corriente de la placa, la resistencia de la placa de CA, es decir, la resistencia diferencial de salida del tubo, es negativa:
Al igual que con otros dispositivos de resistencia diferencial negativa como el diodo túnel , esta resistencia negativa se puede utilizar para crear un oscilador. Un circuito sintonizado en paralelo está conectado en el circuito de placas del tetrodo. El circuito oscilará si la magnitud de la resistencia de la placa negativa es menor que la resistencia paralela R del circuito sintonizado, incluida cualquier carga conectada al oscilador.
La frecuencia de oscilación está cerca de la frecuencia de resonancia del circuito sintonizado.
Como se puede ver en los gráficos, para el funcionamiento del dynatron la rejilla de la pantalla tenía que estar polarizada a un voltaje considerablemente más alto que el de la placa; al menos el doble del voltaje de la placa. La oscilación del voltaje de la placa se limita a la región de resistencia negativa de la curva, la "flexión" hacia abajo, por lo que para lograr la mayor oscilación del voltaje de salida, el tubo debe estar polarizado en el centro de la región de resistencia negativa.
La resistencia negativa de los tubos tetrodo más antiguos era de alrededor de 10 kΩ - 20 kΩ y se puede controlar variando la polarización de la rejilla de control . Si la magnitud de la resistencia negativa | rP | es lo suficientemente pequeño como para iniciar la oscilación, solo un poco más pequeño que la resistencia positiva R del circuito sintonizado, la frecuencia de oscilación será muy estable y la forma de onda de salida será casi sinusoidal. Si la resistencia negativa se hace significativamente más pequeña que la resistencia positiva, la oscilación de voltaje se extenderá hasta la parte no lineal de la curva y los picos de la salida de la onda sinusoidal se aplanarán ("recortarán").
El oscilador transitrón, inventado por Cledo Brunetti en 1939, [12] (aunque Balthasar van der Pol observó un efecto similar en los tetrodos en 1926, [20] y Edward Herold describió un oscilador similar en 1935 [21] ) es un oscilador negativo . Circuito oscilador de resistencia que utiliza un tubo de vacío pentodo , en el que, en lugar de la placa, la rejilla de la pantalla tiene resistencia negativa debido a que está acoplada a la rejilla supresora . [5] [14] [18] Vea el circuito de la derecha. En el transitrón, la rejilla de la pantalla está polarizada a un voltaje positivo (batería B1) por encima del voltaje de la placa, mientras que la rejilla del supresor está polarizada negativamente (batería B2) , al voltaje del cátodo o por debajo. Por lo tanto, todos los electrones serán reflejados por la rejilla supresora negativa y ninguno llegará a la placa. En cambio, los electrones reflejados serán atraídos hacia la rejilla de la pantalla, por lo que la corriente de la pantalla será alta mientras que la corriente de la placa será cero. Sin embargo, si se aumenta el voltaje de la rejilla del supresor, a medida que se acerque a cero (el voltaje del cátodo), los electrones comenzarán a pasar a través de ella y llegarán a la placa, por lo que el número desviado a la rejilla de la pantalla y, por lo tanto, la corriente de la pantalla, disminuirán. Dado que las otras rejillas no consumen una corriente significativa, la corriente del cátodo se divide entre la placa y la rejilla de la pantalla :
La división de corriente entre la rejilla de la pantalla y la placa está controlada por el voltaje del supresor. Esta relación inversa se indica diciendo que la transconductancia entre la pantalla y la rejilla supresora (el cambio en la corriente de la pantalla Δ I G2 dividido por el cambio en el voltaje del supresor Δ V G3 ) es negativa.
Dado que el voltaje de la red del supresor y no el voltaje de la red de la pantalla controla la corriente de la pantalla, si el supresor y la red de la pantalla están acoplados con un capacitor ( C2 ) de manera que haya una diferencia de potencial constante entre ellos, aumentar el voltaje de la red de la pantalla aumentará el supresor. voltaje, lo que resulta en una disminución en la corriente de la pantalla. Esto significa que la rejilla de la pantalla tiene una resistencia diferencial negativa con respecto al cátodo y puede usarse para crear oscilaciones.
En el circuito de transitrón, la pantalla y las rejillas supresoras están acopladas con un condensador de derivación ( C2 ) que tiene una baja impedancia en la frecuencia de oscilación, por lo que tienen una diferencia de potencial constante. El circuito sintonizado en paralelo ( C1-L ) está conectado entre la rejilla de la pantalla y el cátodo (a través de la batería B1 ). La resistencia negativa de la rejilla de la pantalla anula la resistencia positiva del circuito sintonizado, provocando oscilaciones. Como en el oscilador dynatron, la rejilla de control se puede utilizar para ajustar la resistencia negativa.
Dado que el oscilador transitrón no dependía de la emisión secundaria, era mucho más fiable que el dinatrón. Sin embargo, debido a que la rejilla de la pantalla no está diseñada para manejar alta potencia, la potencia de salida del oscilador es limitada. Se han utilizado otros tubos con múltiples rejillas además del pentodo, como el tubo convertidor hexodo y pentagrid , para fabricar osciladores de transconductancia negativa similares. Los tubos pentodo utilizados en este circuito tienen una transconductancia negativa de sólo alrededor de -250 microsiemens, lo que da una resistencia negativa de -4000Ω. Los tubos con más rejillas, como el convertidor pentagrid , se pueden utilizar para fabricar osciladores de transitrón con mayor transconductancia, lo que da como resultado una menor resistencia negativa.
