आगमनात्मक आउटपुट ट्यूब

यूएचएफ एटीएससी प्रसारण टेलीविजन के लिए आईओटी, e2v द्वारा निर्मित और पैकेजिंग में नया दिखाया गया है।

इंडक्टिव आउटपुट ट्यूब (आईओटी) या क्लाइस्ट्रोड, क्लीस्ट्रॉन के समान लीनियर-बीम वेक्यूम - ट्यूब का एक प्रकार है, जिसका उपयोग उच्च आवृत्ति रेडियो तरंगों के लिए पावर एम्पलीफायर के रूप में किया जाता है। यह 1980 के दशक में रेडियो ट्रांसमीटरों में उच्च-शक्ति आकाशवाणी आवृति एम्पलीफायरों के लिए बढ़ती दक्षता आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विकसित हुआ था। आईओटी का प्राथमिक व्यावसायिक उपयोग अति उच्च आवृत्ति टेलीविजन ट्रांसमीटर में होता है, जहां उन्होंने अपनी उच्च क्षमता (35% से 40%) और छोटे आकार के कारण ज्यादातर क्लीस्ट्रॉन्स को बदल दिया है। आईओटी का उपयोग कण त्वरक में भी किया जाता है। वे लगभग 30 किलोवाट तक लगातार और 7 MW स्पंदित और लगभग गीगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों पर 20–23 dB तक विद्युत उत्पादन करने में सक्षम हैं।

इतिहास

इंडक्टिव आउटपुट ट्यूब (आईओटी) का आविष्कार 1938 में एंड्रयू वी. हैफ़ द्वारा किया गया था। बाद में आईओटी के लिए एंड्रयू वी. हैफ को पेटेंट जारी किया गया और अमेरिका के रेडियो निगम (आरसीए) को सौंपा गया था। 1939 के न्यूयॉर्क वर्ल्ड फेयर के समय आईओटी का उपयोग एम्पायर स्टेट बिल्डिंग से मेले के मैदान तक पहली टेलीविजन छवियों के प्रसारण में किया गया था। आरसीए ने थोड़े समय के लिए टाइप नंबर 825 के तहत छोटे आईओटी को व्यावसायिक रूप से बेचा। यह जल्द ही नए विकासों द्वारा अप्रचलित हो गया, और विधि वर्षों से कमोबेश निष्क्रिय पड़ी रही।

डिजिटल टेलीविजन और उच्च-परिभाषा डिजिटल टेलीविजन के प्रसारण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त विशेषताओं (ब्रॉडबैंड रैखिकता) की खोज के बाद पिछले बीस वर्षों के अन्दर इंडक्टिव आउटपुट ट्यूब फिर से उभरा है।

एनालॉग से डिजिटल टेलीविज़न प्रसारण में संक्रमण से पहले किए गए शोध में, यह पता चला कि विद्युत से विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप, उच्च वोल्टेज एसी पावर ट्रांसमिशन, एसी रेक्टीफायर, और फ्लोरोसेंट प्रकाश में उपयोग होने वाले रोड़े, लो-बैंड वीएचएफ चैनल (उत्तरी अमेरिका में, चैनल 2,3,4,5, और 6) को बहुत प्रभावित करते हैं। डिजिटल टेलीविजन के लिए उनका उपयोग करना असंभव बना देता है। ये कम संख्या वाले चैनल अधिकांश किसी दिए गए शहर में पहले टेलीविज़न ब्रॉडकास्टर थे, और अधिकांश बड़े, महत्वपूर्ण संचालन होते थे जिनके पास यूएचएफ को स्थानांतरित करने के अतिरिक्त कोई विकल्प नहीं था। ऐसा करते हुए, इसने आधुनिक डिजिटल टेलीविजन को मुख्य रूप से यूएचएफ माध्यम बना दिया, और आईओटी उन ट्रांसमीटरों के पावर आउटपुट सेक्शन के लिए पसंद की आउटपुट ट्यूब बन गए हैं।

आधुनिक 21वीं शताब्दी के आईओटी का विद्युत उत्पादन 1940-1941 में आरसीए द्वारा उत्पादित पहले आईओटी की तुलना में बहुत अधिक है, किन्तु संचालन का मौलिक सिद्धांत मूल रूप से समान है। 1970 के दशक से आईओटी को विद्युत् चुंबकीय मॉडलिंग कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर के साथ डिज़ाइन किया गया है जिसने उनके इलेक्ट्रोडायनामिक प्रदर्शन में बहुत सुधार किया है।

यह कैसे काम करता है

पारंपरिक टेलीविजन पिक्चर ट्यूब (कैथोड रे ट्यूब) की प्रत्येक घर में उपस्थिति के कारण, इसके संचालन के सिद्धांतों के बारे में सोचना सहायक हो सकता है। चूंकि आईओटी आंतरिक रूप से चमकदार फॉस्फर आउटपुट का उत्पादन नहीं करता है, किन्तु कई सिद्धांत समान हैं।

आईओटी को क्लीस्ट्रॉन और ट्रायोड के बीच एक क्रॉस के रूप में वर्णित किया गया है, इसलिए उनके लिए आइमैक का व्यापारिक नाम क्लाइस्ट्रोड है। उनके पास क्लीस्ट्रॉन की तरह इलेक्ट्रॉन गन होती है, किन्तु इसके सामने ट्रायोड की तरह नियंत्रण ग्रिड होता है, जिसमें लगभग 0.1 मिमी की बहुत निकटतम दूरी होती है। ग्रिड पर उच्च आवृत्ति आरएफ वोल्टेज इलेक्ट्रॉनों को गुच्छों में निकलने की अनुमति देता है। बेलनाकार एनोड पर उच्च वोल्टेज दिष्ट धारा क्लाइस्ट्रॉन जैसी छोटी बहाव ट्यूब के माध्यम से संग्राहक इलेक्ट्रॉन बीम को त्वरित करती है। यह ड्रिफ्ट ट्यूब विद्युत् चुंबकीय विकिरण का प्रतिप्रवाह को रोकता है। गुच्छेदार इलेक्ट्रॉन बीम खोखले एनोड के माध्यम से गुंजयमान गुहा में निकलता है, जो कि क्लिस्ट्रॉन के आउटपुट गुहा के समान होता है, और संग्राहक इलेक्ट्रोड पर हमला करता है। क्लिस्ट्रॉन की तरह, प्रत्येक गुच्छा उस समय गुहा में निकलता है जब विद्युत क्षेत्र इसे कम करता है, बीम की गतिज ऊर्जा को आरएफ क्षेत्र की संभावित ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जो संकेत को बढ़ाता है। गुहा में दोलनशील विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा समाक्षीय संचरण लाइन द्वारा निकाली जाती है। अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र अंतरिक्ष आवेश को बीम के प्रसार से रोकता है। कलेक्टर इलेक्ट्रोड एनोड (डिप्रेस्ड कलेक्टर) की तुलना में कम क्षमता पर होता है जो बीम से कुछ ऊर्जा को पुनः प्राप्त करता है, जिससे दक्षता बढ़ती है।

क्लाइस्ट्रॉन से दो अंतर इसे कम लागत और उच्च दक्षता देते हैं। सबसे पहले, क्लिस्ट्रॉन बंचिंग बनाने के लिए वेग मॉडुलन का उपयोग करता है; इसका बीम धारा स्थिर है। इलेक्ट्रॉनों को बंच करने की अनुमति देने के लिए इसमें कई फीट लंबी ड्रिफ्ट ट्यूब की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत आईओटी साधारण ट्रायोड की तरह धारा मॉड्यूलेशन का उपयोग करता है; अधिकांश बंचिंग ग्रिड द्वारा की जाती है, इसलिए ट्यूब बहुत छोटी हो सकती है, जिससे इसे बनाने और माउंट करने में कम खर्चीला और कम भारी हो जाता है। दूसरे, चूंकि क्लाइस्ट्रॉन में पूरे आरएफ चक्र में बीम धारा होता है, यह केवल अकुशल वर्ग-ए एम्पलीफायर के रूप में काम कर सकता है, जबकि आईओटी का ग्रिड अधिक बहुमुखी ऑपरेटिंग मोड की अनुमति देता है। ग्रिड को बायस्ड किया जा सकता है इसलिए चक्र के भाग के समय बीम धारा को काटा जा सकता है, जिससे यह अधिक कुशल वर्ग-बी एम्पलीफायर या एबी मोड में संचालित हो सके।

आईओटी में प्राप्त होने वाली उच्चतम आवृत्ति ग्रिड-से-कैथोड रिक्ति द्वारा सीमित होती है। आरएफ विद्युत क्षेत्र की दिशा बदलने से पहले इलेक्ट्रॉनों को कैथोड से त्वरित किया जाना चाहिए और ग्रिड से गुजरना चाहिए। आवृत्ति पर ऊपरी सीमा लगभग है 1300 MHz. आईओटी का लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) क्लाइस्ट्रॉन के लिए 20–23 dB बनाम 35–40 dB है। कम लाभ सामान्यतः कोई समस्या नहीं है क्योंकि 20 डीबी पर ड्राइव पावर (आउटपुट पावर का 1%) की आवश्यकताएं आर्थिक ठोस अवस्था यूएचएफ एम्पलीफायरों की क्षमताओं के अन्दर हैं।

आधुनिक अग्रिम

मल्टीस्टेज डिप्रेस्ड कलेक्टर (एमएसडीसी) के उपयोग के माध्यम से आईओटी के नवीनतम संस्करण और भी उच्च दक्षता (60% -70%) प्राप्त करते हैं। निर्माता के संस्करण को कॉन्स्टेंट एफिशिएंसी एम्पलीफायर (सीईए) कहा जाता है, जबकि दूसरा निर्माता अपने संस्करण को ईएससीआईओटी (एनर्जी सेविंग कलेक्टर आईओटी) के रूप में बाजार में उतारता है। एमएसडीसीआईओटी की प्रारंभिक डिजाइन कठिनाइयों को संयुक्त शीतलक और इन्सुलेशन माध्यम के रूप में उच्च डाइइलेक्ट्रिक हुआ जिसे ट्रांसफार्मर तेल के पुनरावर्तन के उपयोग के माध्यम से दूर किया गया था जिससे निकटवर्ती कलेक्टर चरणों के बीच आर्किंग और कटाव को रोका जा सके और ट्यूब के जीवन के लिए विश्वसनीय कम रखरखाव कलेक्टर शीतलन प्रदान किया जा सके। पहले एमएसडीसी संस्करणों को वायु कूल्ड (सीमित शक्ति) या डी-आयनीकृत पानी का उपयोग करना पड़ता था जिसे फ़िल्टर किया जाना था, नियमित रूप से आदान-प्रदान किया जाता था और कोई ठंड या जंग संरक्षण प्रदान नहीं किया जाता था।

हानि

कैथोड से ऊष्मीय विकिरण ग्रिड को गर्म करता है। परिणामस्वरूप, लो-वर्क फंक्शन कैथोड सामग्री वाष्पित हो जाती है और ग्रिड पर संघनित हो जाती है। यह अंततः कैथोड और ग्रिड के बीच की कमी की ओर जाता है, क्योंकि ग्रिड पर जमा होने वाली सामग्री इसके और कैथोड के बीच के अंतर को कम करती है। इसके अतिरिक्त, ग्रिड पर उत्सर्जक कैथोड सामग्री ऋणात्मक ग्रिड धारा (ग्रिड से कैथोड तक व्युत्क्रम इलेक्ट्रॉन प्रवाह) का कारण बनती है। यह ग्रिड विद्युत की आपूर्ति को ख़त्म कर सकता है यदि यह व्युत्क्रम धारा बहुत अधिक हो जाता है, जिससे ग्रिड (पूर्वाग्रह) वोल्टेज बदल जाता है और, परिणामस्वरूप, ट्यूब का संचालन बिंदु बदल जाता है। आज के आईओटी लेपित कैथोड से लैस हैं जो अपेक्षाकृत कम ऑपरेटिंग तापमान पर काम करते हैं, और इसलिए इस प्रभाव को कम करते हुए धीमी वाष्पीकरण दर होती है।

बाहरी ट्यूनिंग गुहाओं वाले अधिकांश रैखिक बीम ट्यूबों की तरह, आईओटी विद्युत चाप के लिए कमजोर होते हैं, और आउटपुट गुहाओं में स्थित चाप डिटेक्टरों से संरक्षित होना चाहिए जो हाइड्रोजन थाइरेट्रॉन पर आधारित क्रॉबर (परिपथ) परिपथ या उच्च वोल्टेज आपूर्ति में ट्रिगर स्पार्क अंतर को ट्रिगर करते हैं। क्राउबार परिपथ का उद्देश्य उच्च वोल्टेज बीम आपूर्ति में संग्रहीत बड़े मापदंड पर विद्युत आवेश को तुरंत डंप करना है, इससे पहले कि यह ऊर्जा अनियंत्रित कैविटी, कलेक्टर या कैथोड आर्क के समय ट्यूब असेंबली को हानि पहुंचा सके।

यह भी देखें

• फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर

बाहरी संबंध

• http://www.bext.com/आईओटी-an-old-dream-now-come-true/
• http://www.ebu.ch/departments/technical/trev/trev_273-heppinstall.pdf
• http://www.davidsarnoff.org/kil-chapter03.html
• http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_13/11.html
• http://www.harris.com/view_pressrelease.asp?act=lookup&pr_id=2037
• http://epaper.kek.jp/p95/ARTICLES/TAQ/TAQ02.PDF