चुंबकीय प्रवर्धक

चुंबकीय एम्पलीफायर (बोलचाल की भाषा में "मैग एम्प" के रूप में जाना जाता है) विद्युत संकेतों को बढ़ाने के लिए विद्युत चुंबकीय उपकरण है। इस प्रकार से चुंबकीय एम्पलीफायर का आविष्कार 20वीं शताब्दी के प्रारंभ में हुआ था, और इसे वेक्यूम - ट्यूब एम्पलीफायरों के विकल्प के रूप में उपयुक्त किया गया था जहां मजबूती और उच्च वर्तमान क्षमता की आवश्यकता थी। द्वितीय विश्व युद्ध के जर्मनी ने इस प्रकार के प्रवर्धक को सिद्ध किया था, और इसका उपयोग वी -2 रॉकेट में किया गया था। 1947 से लगभग 1957 तक विद्युत नियंत्रण और कम आवृत्ति सिग्नल अनुप्रयोगों में चुंबकीय एम्पलीफायर सबसे प्रमुख होते थे, जब ट्रांजिस्टर ने इसे परिवर्तित करना प्रारंभ किया गया था।^[1] कुछ महत्वपूर्ण सुरक्षा, उच्च-विश्वसनीयता या अत्यधिक मांग वाले अनुप्रयोगों को छोड़कर, चुंबकीय एम्पलीफायर को अब ट्रांजिस्टर-आधारित एम्पलीफायर द्वारा अधिक सीमा तक हटा दिया गया है। और ट्रांजिस्टर और मैग-एम्प विधि के संयोजन अभी भी उपयोग किए जाते हैं।

संचालन का सिद्धांत

संतृप्त रिएक्टर, चुंबकीय एम्पलीफायर के सिद्धांत को दर्शाता है

दृष्टिगत रूप से मैग एम्प उपकरण ट्रांसफॉर्मर के समान हो सकता है, किन्तु ऑपरेटिंग सिद्धांत ट्रांसफॉर्मर से अधिक अलग है - अनिवार्य रूप से मैग एम्प संतृप्त रिएक्टर है। यह कोर के संतृप्ति (चुंबकीय) का उपयोग करता है, ट्रांसफार्मर कोर के निश्चित वर्ग की गैर-रैखिक संपत्ति करते है। नियंत्रित संतृप्ति विशेषताओं के लिए, चुंबकीय एम्पलीफायर कोर सामग्रियों को नियोजित करता है इस प्रकार सामान्य ट्रांसफार्मर जिन्हें विशिष्ट हिस्टैरिसीस या चुंबकीय हिस्टैरिसीस के लिए डिज़ाइन किया गया है।

विशिष्ट चुंबकीय एम्पलीफायर में दो शारीरिक रूप से अलग किन्तु समान ट्रांसफार्मर चुंबकीय कोर होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में दो वाइंडिंग होते हैं: नियंत्रण वाइंडिंग और एसी वाइंडिंग। अन्य सामान्य डिजाइन में कंट्रोल वाइंडिंग और दो एसी वाइंडिंग के साथ नंबर 8 की तरह सिंगल कोर आकार का उपयोग किया गया है जैसा कि ऊपर की चित्र में दिखाया गया है। कम-प्रतिबाधा स्रोत से छोटा डीसी धारा कंट्रोल वाइंडिंग में फीड किया जाता है। एसी वाइंडिंग्स को या तो श्रृंखला में या समानांतर में जोड़ा जा सकता है, कॉन्फ़िगरेशन के परिणामस्वरूप विभिन्न प्रकार के मैग एम्प्स होते हैं। कंट्रोल वाइंडिंग में फीड किए गए कंट्रोल धारा की मात्रा एसी वाइंडिंग वेवफॉर्म में उस बिंदु को सेट करती है जिस पर या तो कोर संतृप्त होता है। संतृप्ति में, संतृप्त कोर पर एसी घुमावदार उच्च-प्रतिबाधा स्थिति (बंद) से बहुत कम-प्रतिबाधा स्थिति (चालू) में जाएगी - यानी, नियंत्रण वर्तमान उस बिंदु को नियंत्रित करता है जिस पर मैग एएमपी स्विच चालू होता है।

कंट्रोल वाइंडिंग पर अपेक्षाकृत छोटा डीसी धारा एसी वाइंडिंग पर बड़े एसी धारा को नियंत्रित या स्विच करने में सक्षम होता है। इसका परिणाम वर्तमान प्रवर्धन में होता है।

इस प्रकार से दो चुंबकीय कोर का उपयोग किया जाता है क्योंकि एसी धारा नियंत्रण वाइंडिंग में उच्च वोल्टेज उत्पन्न करेगा। उन्हें विपरीत वेरिएबल ण में जोड़कर, दोनों दूसरे को रद्द कर देते हैं, जिससे नियंत्रण परिपथ में कोई धारा प्रेरित नहीं होती है। 8 आकार के कोर के साथ ऊपर दिखाया गया वैकल्पिक डिज़ाइन इसी उद्देश्य को चुंबकीय रूप से पूरा करता है।

शक्ति

चुंबकीय एम्पलीफायर एक स्थिर उपकरण है जिसमें कोई गतिशील भाग नहीं होता है। इसमें कोई घिसावट तंत्र नहीं होता है और यांत्रिक झटके और कंपन के लिए सही सहनशीलता है। इसे वार्म-अप समय की आवश्यकता नहीं है।^[2] चुंबकीय कोर पर अतिरिक्त नियंत्रण वाइंडिंग्स द्वारा एकाधिक पृथक संकेतों को अभिव्यक्त किया जा सकता है। चुंबकीय एम्पलीफायर की वाइंडिंग्स में तुलनीय ठोस-अवस्था वाले उपकरणों की तुलना में क्षणिक अधिभार के लिए उच्च सहिष्णुता होती है। अतः चुंबकीय एम्पलीफायर का उपयोग वर्तमान माप और मैग्नेटोमीटर जैसे अनुप्रयोगों में ट्रांसड्यूसर के रूप में भी किया जाता है। चुंबकीय एम्पलीफायरों के रिएक्टर कोर न्यूट्रॉन विकिरण का सही ढंग से सामना करते हैं।^[3] इस विशेष कारण से परमाणु ऊर्जा अनुप्रयोगों में चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग किया गया है।^[4]

सीमाएं

इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायरों की तुलना में एकल वेरिएबल ण से उपलब्ध लाभ सीमित और कम होती है। और उच्च-लाभ एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया उत्तेजना आवृत्ति के लगभग दसवें भाग तक सीमित होती है, चूँकि यह सदैव उपयोगिता आवृत्ति से अधिक धाराओं वाले रोमांचक चुंबकीय एम्पलीफायरों द्वारा कम किया जाता है।^[1] सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायर चुंबकीय एम्पलीफायरों की तुलना में अधिक कॉम्पैक्ट और कुशल हो सकते हैं। पूर्वाग्रह और फीडबैक वाइंडिंग्स एक पक्ष पर नहीं होते हैं और नियंत्रित परिपथ से नियंत्रण परिपथ में युगल ऊर्जा वापस कर सकते हैं। यह इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की तुलना में मल्टीस्टेज एम्पलीफायरों के डिजाइन को जटिल बनाता है।^[1]

लगभग 50% संतृप्ति पर चुंबकीय एम्पलीफायर आउटपुट तरंग (बैंगनी)। इनपुट (पीला) 120 वीएसी 60 हर्ट्ज है।

चुंबकीय एम्पलीफायर आउटपुट तरंग आवृत्ति स्पेक्ट्रम

इस प्रकार से चुंबकीय एम्पलीफायर पूरी तरह से विषम हार्मोनिक्स से युक्त आउटपुट तरंग के लिए पर्याप्त हार्मोनिक विरूपण प्रयुक्त करते हैं। सिलिकॉन नियंत्रित शुद्धि कारक या टीआरआईएसीएस के विपरीत, जिसमे उसे परिवर्तित कर दिया जाता है, इन हार्मोनिक्स का परिमाण आवृत्ति के साथ तीव्र से घटता जाता है, इसलिए रेडियो रिसीवर जैसे पास के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ हस्तक्षेप असामान्य होते है।

अनुप्रयोग

रेडियो द्वारा ध्वनि प्रसारण के प्रारंभिक विकास में मॉड्यूलेशन और नियंत्रण एम्पलीफायरों के रूप में चुंबकीय एम्पलीफायर महत्वपूर्ण थे।^[2] चुंबकीय एम्पलीफायर को 2 किलोवाट एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर के लिए वॉयस मॉड्यूलेटर के रूप में उपयुक्त किया गया था, और रेडियो संचार के लिए उपयोग किए जाने वाले बड़े उच्च-आवृत्ति अल्टरनेटर के कीइंग परिपथ में चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग किया गया था। संवेरिएबल ित रेडियो आवृत्ति की सटीकता बनाए रखने के लिए अलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर की गति को विनियमित करने के लिए चुंबकीय एम्पलीफायरों का भी उपयोग किया गया था।^[2] टेलीग्राफी के लिए उन्हें चालू और बंद करके या आवाज मॉड्यूलेशन के लिए सिग्नल को परिवर्तन के लिए बड़े उच्च-शक्ति अल्टरनेटर को नियंत्रित करने के लिए चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता था। अल्टरनेटर की फ़्रीक्वेंसी सीमाएँ कम थीं जहाँ अल्टरनेटर के उत्पादन में सक्षम होने की तुलना में उच्च रेडियो फ़्रीक्वेंसी उत्पन्न करने के लिए फ़्रीक्वेंसी मल्टीप्लायर का उपयोग किया जाना था। इस प्रकार से, पाउडर-लोहे के कोर को सम्मिलित करने वाले प्रारंभिक चुंबकीय एम्पलीफायर लगभग 200 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर रेडियो आवृत्तियों का उत्पादन करने में असमर्थ होते थे। एम्पलीफायर को उच्च आवृत्तियों का उत्पादन करने की अनुमति देने के लिए फेराइट कोर और तेल से भरे ट्रांसफार्मर जैसे अन्य मुख्य सामग्रियों को विकसित करना होता है।

अतः छोटे नियंत्रण शक्ति के साथ बड़ी धाराओं को नियंत्रित करने की क्षमता ने चुंबकीय एम्पलीफायरों को प्रकाश परिपथ के नियंत्रण के लिए, मंच प्रकाश व्यवस्था के लिए और विज्ञापन संकेतों के लिए उपयोगी बना दिया जाता है। संतृप्त रिएक्टर एम्पलीफायरों का उपयोग औद्योगिक भट्टियों को विद्युत के नियंत्रण के लिए किया गया था।^[2] परिवर्तनीय एसी वोल्टेज नियंत्रकों के रूप में चुंबकीय एम्पलीफायरों को अधिकतर सिलिकॉन नियंत्रित रेक्टीफायर या टीआरआईएसी द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। कुछ आर्क वेल्डर में अभी भी चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता है।

छोटे चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग रेडियो ट्यूनिंग संकेतकों, छोटी मोटर के नियंत्रण और पंखे की गति को ठंडा करने, बैटरी चार्जर के नियंत्रण के लिए किया जाता था।

प्रारंभिक स्विच-मोड ( स्विच्ड-मोड विद्युत की आपूर्ति ) विद्युत आपूर्ति में स्विचिंग तत्व के रूप में चुंबकीय एम्पलीफायरों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था,^[5] साथ ही प्रकाश नियंत्रण में सेमीकंडक्टर-आधारित सॉलिड-स्टेट स्विचों ने अधिक सीमा तक उनका स्थान ले लिया है, चूँकि वर्तमान समय में कॉम्पैक्ट और विश्वसनीय स्विचिंग पावर सप्लाई में मैग एम्प्स का उपयोग करने में कुछ रोचाक्तः बढती जा रही है। किन्तु पीसी एटीएक्स विद्युत की आपूर्ति सदैव द्वितीयक पक्ष वोल्टेज विनियमन के लिए मैग एम्प्स का उपयोग करती है। स्विच मोड विद्युत आपूर्ति के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए कोर वर्तमान में मेटग्लास और मैग-इंक सहित कई बड़ी इलेक्ट्रोमैग्नेटिक्स कंपनियों द्वारा निर्मित की गयी हैं।

हॉल प्रभाव धारा ट्रांसड्यूसर द्वारा प्रतिस्थापित किए जाने तक व्हील स्लिप का पता लगाने के लिए लोकोमोटिव द्वारा चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग किया गया था। दो कर्षण मोटर्स के केबल उपकरण के कोर से होकर निकलते है। सामान्य संचालन के समय परिणामी प्रवाह शून्य था क्योंकि दोनों धाराएँ समान और विपरीत दिशाओं में थीं। व्हील स्लिप के समय धाराएं अलग-अलग होंगी, परिणामी फ्लक्स का उत्पादन जो कंट्रोल वाइंडिंग के रूप में कार्य करता है, एसी वाइंडिंग के साथ श्रृंखला में प्रतिरोधक के पार वोल्टेज विकसित करता है जिसे व्हील स्लिप करेक्शन परिपथ में भेजा गया था।

उच्च वोल्टेज से सीधे संबंध के बिना उच्च डीसी-वोल्टेज को मापने के लिए चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता है और इस प्रकार से अभी भी एचवीडीसी-विधि में उपयोग किया जाता है। अतः मापा जाने वाला वर्तमान दो कोर के माध्यम से पारित किया जाता है, संभवतः ठोस बस बार द्वारा। इस बस बार में लगभग कोई वोल्टेज ड्रॉप नहीं होते है। आउटपुट सिग्नल, एम्पीयर के समानुपाती नियंत्रण वर्तमान बस बार में परवर्तित किया जाता है, चुंबकीय एम्पलीफायर के वैकल्पिक उत्तेजना वोल्टेज से प्राप्त होता है, बस बार पर कोई वोल्टेज निर्मित या प्रेरित नहीं होता है। आउटपुट सिग्नल का बस बार के साथ केवल चुंबकीय संबंध होता है, इसलिए इंस्ट्रूमेंटेशन के संबंध में बस किसी भी (उच्च वोल्टेज) वोल्टेज पर अधिक सुरक्षित हो सकती है।

इंस्ट्रूमेंटेशन चुंबकीय एम्पलीफायर सामान्तः अंतरिक्ष यान पर पाए जाते हैं जहां स्वच्छ विद्युत चुम्बकीय वातावरण अत्यधिक वांछनीय होता है।

जर्मन क्रेग्समरीन ने चुंबकीय एम्पलीफायरों का व्यापक उपयोग किया गया था। चूँकि बंदूकों, निर्देशकों और रेंजफाइंडरों और ट्रेन और ऊंचाई नियंत्रणों को नियंत्रित करने के लिए धीमी गति से चलने वाले संवेरिएबल ण के लिए उनका उपयोग मास्टर स्थिर तत्व प्रणालियों के लिए किया गया था। उच्च विश्वसनीयता अर्धचालकों के आगमन से प्रथम विमान प्रणालियों (वैमानिकी ) में चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता था। वे प्रारंभिक ऑटोलैंड प्रणाली को प्रयुक्त करने में महत्वपूर्ण थे और कॉनकॉर्ड ने डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके प्रणाली के विकास से पहले अपने कॉनकॉर्ड या पॉवरप्लांट के नियंत्रण के लिए विधि का उपयुक्त किया जाता है। वी-2 रॉकेट के स्टेबलाइज़र नियंत्रण में चुंबकीय एम्पलीफायरों का उपयोग किया गया था।

कंप्यूटिंग में उपयोग

इस प्रकार से 1950 के दशक के समय मेनफ़्रेम कंप्यूटर कंप्यूटरों के लिए संभावित स्विचिंग तत्व के रूप में चुंबकीय एम्पलीफायरों का व्यापक अध्ययन किया गया था। ट्रांजिस्टर की तरह, मैग एम्प्स विशिष्ट वैक्यूम ट्यूब की तुलना में कुछ छोटे थे, और इसका महत्वपूर्ण लाभ यह था कि वे जलने के अधीन नहीं थे और इस प्रकार नाटकीय रूप से कम रखरखाव की आवश्यकता होती थी। अन्य लाभ यह है कि सिंगल मैग एएमपी का उपयोग ही कोर में कई इनपुट को योग करने के लिए किया जा सकता है, जो अंकगणितीय विधि इकाई (एएलयू) में उपयोगी था क्योंकि यह घटक गणना को बहुत कम कर सकता था। कस्टम ट्यूब वही कर सकते थे, किन्तु ट्रांजिस्टर नहीं कर सकते थे, इसलिए मैग् एएमपी ट्यूब और ट्रांजिस्टर के फायदों को उस युग में संयोजित करने में सक्षम था जब बाद वाले महंगे और अविश्वसनीय थे।

चुंबकीय विधि बनाने के लिए चुंबकीय एम्पलीफायरों के सिद्धांतों को गैर-रैखिक रूप से प्रयुक्त किया गया था। वह युग छोटा था, 1950 के दशक के मध्य से लेकर 1960 तक चला, जब नई निर्माण विधियो ने ट्रांजिस्टर में बहुत सुधार किया और नाटकीय रूप से उनकी लागत कम कर दी। केवल उच्च माप की मैग एम्प मशीन, यूएनआईवी एसी सॉलिड स्टेट, को उत्पादन में लगाया गया था, किन्तु 1950 के दशक के उत्तरार्ध/1960 के दशक के प्रारंभ में कई समकालीन कंप्यूटरों ने प्रौद्योगिकी का उपयोग किया, जैसे फेरेंटी सीरियस, फेरेंटी ओरियन और अंग्रेजी इलेक्ट्रिक केडीएफ9, या वन-ऑफ़ मैग्स्टेक आदि।

इतिहास

प्रारंभिक विकास

वोल्टेज स्रोत और श्रृंखला से जुड़े वेरिएबल अवरोधक को कम प्रतिरोध भार के लिए प्रत्यक्ष वर्तमान संकेत स्रोत के रूप में माना जा सकता है जैसे कि संतृप्त रिएक्टर का नियंत्रण कुंडल जो सिग्नल को बढ़ाता है। इस प्रकार, सिद्धांत रूप में, संतृप्त रिएक्टर पहले से ही प्रवर्धक होते है, चूँकि 20 वीं शताब्दी से पहले उनका उपयोग सरल कार्यों के लिए किया जाता था, जैसे कि 1885 की प्रारंभ में प्रकाश व्यवस्था और विद्युत मशीनरी को नियंत्रित करता है।^[6]^[7]^[8]

इस प्रकार से 1904 में रेडियो अग्रणी रेजिनाल्ड फेसेन्डेन ने जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी से उच्च आवृत्ति रोटरी यांत्रिक अल्टरनेटर के लिए आदेश दिया, जो 100 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर एसी उत्पन्न करने में सक्षम थी, जिसका उपयोग उच्च दूरी पर निरंतर तरंग रेडियो प्रसारण के लिए किया जाता था।^[9]^[10] डिजाइन का काम जनरल इलेक्ट्रिक इंजीनियर अर्नस्ट एफ. एलेक्जेंडरसन को दिया गया था जिन्होंने 2केडब्ल्यू एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर विकसित किया था। 1916 तक अलेक्जेंडरसन ने ट्रांसोसेनिक रेडियो संचार के लिए इन रोटरी अल्टरनेटर के प्रसारण को नियंत्रित करने के लिए चुंबकीय एम्पलीफायर जोड़ा गया।^[11]^[12] 1917 के समय किए गए प्रायोगिक टेलीग्राफी और टेलीफोनी प्रदर्शनों ने अमेरिकी सरकार का ध्यान आकर्षित किया, विशेष रूप से अटलांटिक महासागर के पार ट्रान्साटलांटिक टेलीग्राफ केबल में आंशिक विफलताओं के आलोक में। 50 केडब्ल्यू अल्टरनेटर को अमेरिकी नौसेना द्वारा नियंत्रित किया गया था और जनवरी 1918 में सेवा में रखा गया था और 1920 तक इसका उपयोग किया गया था, जब 200केडब्ल्यू जनरेटर-अल्टरनेटर सेट बनाया और स्थापित किया गया था।

विद्युत उत्पादन में उपयोग

1960 के दशक की प्रारंभ से चुंबकीय एम्पलीफायरों का बड़े माप पर विद्युत उत्पादन में उपयोग किया गया था। उन्होंने मिलिवाट (एमडब्लु ) स्तर पर 100 किलोवाट (केडब्ल्यू ) स्तर पर छोटे त्रुटि संकेत से जनरेटर स्वचालित वोल्टेज विनियमन (एवीआर ) के लिए लघु संकेत प्रवर्धन प्रदान किया। परवर्तित में इसे घूर्णन मशीन (उत्तेजक) द्वारा 5 मेगावाट (मेगावाट) स्तर में परिवर्तित किया गया था, जो विशिष्ट 500 मेगावाट पावर प्लांट टर्बाइन जेनरेटर यूनिट के लिए आवश्यक उत्तेजना शक्ति है। वे टिकाऊ और विश्वासपात्र साबित हुए। कई 1990 के दशक के मध्य तक सेवा में दर्ज हैं और कुछ अभी भी पुराने उत्पादन स्टेशनों पर उपयोग में हैं, विशेष रूप से उत्तरी कैलिफोर्निया में संचालित जलविद्युत संयंत्रों में उपयोग किया जाता है।

मिथ्या नाम का प्रयोग

स्वीडिश इंजीनियर लार्स लुंडाहल द्वारा डिज़ाइन किया गया एक वास्तविक चुंबकीय ऑडियो एम्पलीफायर, अपने अंतिम शक्ति प्रवर्धन चरण में संतृप्त रिएक्टरों का उपयोग करता है।

1970 के दशक में, रॉबर्ट डब्ल्यू कार्वर ने कई उच्च गुणवत्ता वाले उच्च-शक्ति वाले ऑडियो एम्पलीफायरों को डिजाइन और निर्मित किया, उन्हें चुंबकीय एम्पलीफायर कहा गया। वास्तव में, वे अधिकतर स्थितियों में असामान्य विद्युत आपूर्ति परिपथ के साथ पारंपरिक ऑडियो एम्पलीफायर डिज़ाइन किये गए थे। वे चुंबकीय प्रवर्धक नहीं थे जैसा कि इस आलेख में परिभाषित किया गया है। उन्हें वास्तविक चुंबकीय ऑडियो एम्पलीफायरों के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जो उपस्थित भी होते हैं।

यह भी देखें

पैरामेट्रॉन
चुंबकीय विधि
ट्रान्सडक्टर

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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[4] Gilmore, Ken (July 1960). "Magnetic Amplifiers – how they work and what they do" (PDF). Popular Electronics. 13 (1): 71–75, 109. Retrieved 2014-10-20. The electronic watchdogs that keep the Triton's powerful nuclear plant operating without a hitch are magnetic amplifiers – almost hundred of them are used for this critical job.

[5] Pressman, Abraham I. (1997). बिजली आपूर्ति डिजाइन स्विचिंग. McGraw-Hill. ISBN 0-07-052236-7.

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[8] Kemp, Barron (August 1962). "Magnetic Amplifiers". चुंबकीय एम्पलीफायरों के मूल तत्व. H. W. Sams. p. 7. LCCN 62-19650. The use of magnetic forces for amplification is not new; a survey of its history shows that although the device was not known as a magnetic amplifier at the time, it was used in electrical machinery as early as 1885.

[9] "Ernst F. Alexanderson, The accomplishments and life of E. F. Alexanderson, 1878–1975". Edison Tech Center. 2014.

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[12] Trinkaus 2006

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