الیکٹران ٹیوب - تاریخ، آپریشن کے اصول، ڈیزائن، درخواست
الیکٹران ٹیوب (ریڈیو ٹیوب) - 20 ویں صدی کے آغاز میں ایک تکنیکی اختراع جس نے برقی مقناطیسی لہروں کے استعمال کے طریقوں کو بنیادی طور پر تبدیل کر دیا، ریڈیو انجینئرنگ کی تشکیل اور تیزی سے پھولنے کا تعین کیا۔ ریڈیو لیمپ کی ظاہری شکل بھی ریڈیو انجینئرنگ کے علم کی ترقی اور اطلاق کی سمت میں ایک اہم مرحلہ تھا، جو بعد میں "الیکٹرانکس" کے نام سے مشہور ہوا۔
دریافتوں کی تاریخ
تمام ویکیوم الیکٹرانک آلات (تھرمو الیکٹرانک تابکاری) کے کام کرنے کے طریقہ کار کی دریافت تھامس ایڈیسن نے 1883 میں اپنے تاپدیپت لیمپ کو بہتر بنانے پر کام کرتے ہوئے کی تھی۔ تھرمیونک اخراج اثر کے بارے میں مزید تفصیلات کے لیے یہاں دیکھیں -ویکیوم میں برقی کرنٹ.
تھرمل تابکاری
1905 میں، اس دریافت کا استعمال کرتے ہوئے، جان فلیمنگ نے پہلی الیکٹران ٹیوب بنائی - "متبادل کرنٹ کو براہ راست کرنٹ میں تبدیل کرنے کا ایک آلہ۔" اس تاریخ کو تمام الیکٹرانکس کی پیدائش کا آغاز سمجھا جاتا ہے (دیکھیں — الیکٹرانکس اور الیکٹریکل انجینئرنگ میں کیا فرق ہے؟)۔ 1935 سے 1950 تک کا عرصہتمام ٹیوب سرکٹس کا سنہری دور سمجھا جاتا ہے۔
جان فلیمنگ کا پیٹنٹ
ویکیوم ٹیوبوں نے ریڈیو انجینئرنگ اور الیکٹرانکس کی ترقی میں بہت اہم کردار ادا کیا۔ ویکیوم ٹیوب کی مدد سے یہ ثابت ہوا کہ ریڈیو ٹیلی فونی اور ٹیلی ویژن کے لیے ضروری مسلسل دوغلے پیدا کرنا ممکن ہے۔ موصول ہونے والے ریڈیو سگنلز کو بڑھانا ممکن ہو گیا، جس کی بدولت بہت دور دراز اسٹیشنوں کا استقبال دستیاب ہو گیا۔
اس کے علاوہ، الیکٹرانک لیمپ سب سے زیادہ کامل اور قابل اعتماد ماڈیولر نکلا، یعنی ایک ایسا آلہ جس کے طول و عرض یا اعلی تعدد دوغلوں کے مرحلے کو کم تعدد میں تبدیل کیا جا سکتا ہے، جو ریڈیو ٹیلی فونی اور ٹیلی ویژن کے لیے ضروری ہے۔
الیکٹران ٹیوب کا استعمال کرتے ہوئے ریسیور میں آڈیو فریکوئنسی دولن کو الگ تھلگ کرنا بھی سب سے زیادہ کامیابی کے ساتھ مکمل کیا جاتا ہے۔ ویکیوم ٹیوب کو AC رییکٹیفائر کے طور پر ایک طویل عرصے تک چلانے سے ریڈیو کی ترسیل اور وصول کرنے والے آلات کو طاقت ملتی ہے۔ ان سب کے علاوہ ویکیوم ٹیوبیں بھی بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی تھیں۔ الیکٹریکل انجینئرنگ میں (وولٹ میٹر، فریکوئنسی کاؤنٹر، آسیلوسکوپس، وغیرہ) کے ساتھ ساتھ پہلے کمپیوٹرز۔
20 ویں صدی کے دوسرے عشرے میں تجارتی طور پر دستیاب تکنیکی طور پر موزوں الیکٹران ٹیوبوں کی ظاہری شکل نے ریڈیو انجینئرنگ کو ایک طاقتور محرک فراہم کیا جس نے تمام ریڈیو انجینئرنگ آلات کو تبدیل کر دیا اور متعدد مسائل کو حل کرنا ممکن بنا دیا جو کہ نم شدہ دوغلی ریڈیو انجینئرنگ کے لیے ناقابل رسائی ہے۔
ویکیوم ٹیوب پیٹنٹ 1928
ریڈیو انجینئرنگ میگزین 1938 میں لیمپ کے لیے اشتہار
ویکیوم ٹیوب کے نقصانات: بڑا سائز، بڑا پن، بڑی تعداد میں لیمپ پر بنائے گئے آلات کی کم وشوسنییتا (پہلے کمپیوٹرز میں ہزاروں لیمپ استعمال کیے جاتے تھے)، کیتھوڈ کو گرم کرنے کے لیے اضافی توانائی کی ضرورت، زیادہ گرمی کا اخراج، اکثر اضافی کولنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔
آپریشن کا اصول اور الیکٹران ٹیوبوں کا آلہ
ویکیوم ٹیوب تھرمیونک اخراج کے عمل کو استعمال کرتی ہے - خالی شدہ سلنڈر میں گرم دھات سے الیکٹرانوں کا اخراج۔ گیس کا بقایا دباؤ اتنا نہ ہونے کے برابر ہے کہ چراغ میں خارج ہونے والے مادہ کو عملی طور پر خالص الیکٹرانک سمجھا جا سکتا ہے، کیونکہ مثبت آئن کرنٹ الیکٹران کرنٹ کے مقابلے میں ناپید طور پر چھوٹا ہوتا ہے۔
آئیے ایک الیکٹرانک ریکٹیفائر (کینوٹرون) کی مثال استعمال کرتے ہوئے ڈیوائس اور ویکیوم ٹیوب کے آپریشن کے اصول کو دیکھیں۔ یہ ریکٹیفائر، ویکیوم میں الیکٹرانک کرنٹ کا استعمال کرتے ہوئے، سب سے زیادہ اصلاحی عنصر رکھتے ہیں۔
کینوٹرون ایک شیشے یا دھاتی غبارے پر مشتمل ہوتا ہے جس میں ایک ہائی ویکیوم (تقریباً 10-6 mmHg Art.) بنتا ہے۔ غبارے کے اندر ایک الیکٹران ماخذ (تیت) رکھا جاتا ہے، جو کیتھوڈ کے طور پر کام کرتا ہے اور معاون ماخذ سے کرنٹ کے ذریعے گرم کیا جاتا ہے: یہ ایک بڑے رقبے والے الیکٹروڈ (سلنڈریکل یا فلیٹ) سے گھرا ہوا ہے، جو کہ اینوڈ ہے۔
انوڈ اور کیتھوڈ کے درمیان میدان میں گرنے والے کیتھوڈ سے خارج ہونے والے الیکٹران انوڈ میں منتقل ہو جاتے ہیں اگر اس کی صلاحیت زیادہ ہو۔ اگر کیتھوڈ کی صلاحیت زیادہ ہے، تو کینوٹرون کرنٹ منتقل نہیں کرتا ہے۔ کینوٹرون کی کرنٹ وولٹیج کی خصوصیت تقریباً کامل ہے۔
ہائی وولٹیج کینوٹران ریڈیو ٹرانسمیٹر کے لیے پاور سرکٹس میں استعمال کیے جاتے تھے۔لیبارٹری اور ریڈیو امیچور پریکٹس میں، چھوٹے کینوٹران ریکٹیفائر بڑے پیمانے پر استعمال کیے جاتے تھے، جس سے 250-500 V پر 50 - 150 mA رییکٹیفائیڈ کرنٹ حاصل کیا جا سکتا تھا۔ متبادل کرنٹاینوڈس کو سپلائی کرنے والے ٹرانسفارمر کے معاون وائنڈنگ سے ہٹا دیا گیا۔
ریکٹیفائرز (عام طور پر فل ویو ریکٹیفائر) کی تنصیب کو آسان بنانے کے لیے، ڈبل اینوڈ کینوٹرون استعمال کیے گئے تھے، جن میں ایک عام کیتھوڈ کے ساتھ ایک عام سلنڈر میں دو الگ الگ اینوڈ ہوتے تھے۔ مناسب ڈیزائن کے ساتھ کینوٹران کی نسبتاً چھوٹی انٹرالیکٹروڈ کیپیسیٹینس (اس معاملے میں اسے ڈائیوڈ کہا جاتا ہے) اور اس کی خصوصیات کی غیر خطی پن نے اسے ریڈیو انجینئرنگ کی مختلف ضروریات کے لیے استعمال کرنا ممکن بنایا: پتہ لگانے، ریسیور موڈ کی خودکار ترتیبات اور دیگر مقاصد.
ویکیوم ٹیوبوں میں دو کیتھوڈ ڈھانچے استعمال کیے گئے تھے۔ کیتھوڈک ڈائریکٹ (براہ راست) فلیمینٹس ایک تاپدیپت تار یا پٹی کی شکل میں بنائے جاتے ہیں جو بیٹری یا ٹرانسفارمر سے کرنٹ سے گرم ہوتے ہیں۔ بالواسطہ طور پر گرم (گرم) کیتھوڈ زیادہ پیچیدہ ہوتے ہیں۔
ٹنگسٹن فلیمینٹ - ہیٹر کو سیرامکس یا ایلومینیم آکسائیڈ کی گرمی سے بچنے والی پرت سے موصل کیا جاتا ہے اور اسے نکل سلنڈر کے اندر رکھا جاتا ہے جس کے باہر آکسائیڈ کی تہہ ہوتی ہے۔ سلنڈر کو ہیٹر کے ساتھ ہیٹ ایکسچینج کے ذریعے گرم کیا جاتا ہے۔
سلنڈر کی تھرمل جڑت کی وجہ سے، اس کا درجہ حرارت، یہاں تک کہ جب متبادل کرنٹ فراہم کیا جاتا ہے، عملی طور پر مستقل رہتا ہے۔ آکسائیڈ کی تہہ جو کم درجہ حرارت پر نمایاں اخراج دیتی ہے وہ کیتھوڈ ہے۔
آکسائڈ کیتھوڈ کا نقصان اس کے آپریشن کی عدم استحکام ہے جب اسے گرم یا زیادہ گرم کیا جاتا ہے۔مؤخر الذکر اس وقت ہو سکتا ہے جب انوڈ کرنٹ بہت زیادہ ہو (سنترپتی کے قریب)، کیونکہ زیادہ مزاحمت کی وجہ سے کیتھوڈ زیادہ گرم ہو جاتا ہے، اس صورت میں آکسائیڈ کی تہہ کا اخراج ختم ہو جاتا ہے اور وہ گر بھی سکتی ہے۔
گرم کیتھوڈ کا سب سے بڑا فائدہ یہ ہے کہ اس کے پار وولٹیج کا ڈراپ نہ ہونا (براہ راست ہیٹنگ کے دوران فلیمینٹ کرنٹ کی وجہ سے) اور ان کے کیتھوڈس کی صلاحیتوں کی مکمل آزادی کے ساتھ ایک مشترکہ ذریعہ سے کئی لیمپوں کے ہیٹر کو پاور کرنے کی صلاحیت۔
ہیٹر کی خاص شکلیں گلو کرنٹ کے نقصان دہ مقناطیسی فیلڈ کو کم کرنے کی خواہش سے متعلق ہیں، جو ریڈیو ریسیور اسپیکر میں ایک «پس منظر» بناتا ہے جب ہیٹر کو متبادل کرنٹ فراہم کیا جاتا ہے۔
"ریڈیو کرافٹ" میگزین کا سرورق، 1934
دو الیکٹروڈ کے ساتھ لیمپ
دو الیکٹروڈ لیمپ موجودہ اصلاح (کینوٹرون) کو تبدیل کرنے کے لئے استعمال کیے گئے تھے۔ ریڈیو فریکوئنسی کا پتہ لگانے میں استعمال ہونے والے اسی طرح کے لیمپ کو ڈائیوڈ کہتے ہیں۔
تین الیکٹروڈ لیمپ
دو الیکٹروڈ کے ساتھ تکنیکی طور پر موزوں لیمپ کی ظاہری شکل کے ایک سال بعد، اس میں ایک تیسرا الیکٹروڈ متعارف کرایا گیا - ایک سرپل کی شکل میں بنایا گیا ایک گرڈ، جو کیتھوڈ اور اینوڈ کے درمیان واقع ہے۔ نتیجے میں تین الیکٹروڈ لیمپ (ٹریوڈ) نے بہت سی نئی قیمتی خصوصیات حاصل کی ہیں اور بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے. ایسا لیمپ اب ایمپلیفائر کا کام کر سکتا ہے۔ 1913 میں، اس کی مدد سے، پہلا آٹوجنریٹر بنایا گیا تھا.
ٹرائیوڈ کے موجد لی ڈی فاریسٹ (الیکٹران ٹیوب میں کنٹرول گرڈ شامل کیا گیا)
دی لی فارسٹ ٹرائیڈ، 1906۔
ایک ڈائیوڈ میں، انوڈ کرنٹ صرف انوڈ وولٹیج کا ایک فنکشن ہوتا ہے۔ ٹرائیوڈ میں، گرڈ وولٹیج انوڈ کرنٹ کو بھی کنٹرول کرتا ہے۔ ریڈیو سرکٹس میں، ٹرائیوڈس (اور ملٹی الیکٹروڈ ٹیوبیں) عام طور پر ایک متبادل مین وولٹیج کے ساتھ استعمال ہوتے ہیں جسے «کنٹرول وولٹیج» کہا جاتا ہے۔
ملٹی الیکٹروڈ لیمپ
ملٹی الیکٹروڈ ٹیوبیں نفع کو بڑھانے اور ٹیوب کی ان پٹ کیپیسیٹینس کو کم کرنے کے لیے بنائی گئی ہیں۔ اضافی گرڈ بہرحال انوڈ کو دوسرے الیکٹروڈ سے بچاتا ہے، اسی لیے اسے شیلڈنگ (اسکرین) گرڈ کہا جاتا ہے۔ شیلڈ لیمپوں میں انوڈ اور کنٹرول گرڈ کے درمیان کیپیسیٹینس پیکوفراد کے سوویں حصے تک کم ہو جاتی ہے۔
شیلڈ لیمپ میں، اینوڈ وولٹیج میں تبدیلیاں انوڈ کرنٹ کو ٹرائیوڈ کی نسبت بہت کم متاثر کرتی ہیں، اس لیے لیمپ کا فائدہ اور اندرونی مزاحمت تیزی سے بڑھ جاتی ہے، جبکہ ڈھلوان ٹرائیوڈ ڈھلوان سے نسبتاً کم مختلف ہوتی ہے۔
لیکن شیلڈ لیمپ کا عمل نام نہاد ڈائینٹرون اثر سے پیچیدہ ہوتا ہے: کافی تیز رفتاری پر، الیکٹران انوڈ تک پہنچنے سے اس کی سطح سے الیکٹرانوں کا ثانوی اخراج ہوتا ہے۔
اسے ختم کرنے کے لیے، گرڈ اور اینوڈ کے درمیان ایک اور نیٹ ورک جسے حفاظتی (اینٹیڈیناٹرون) نیٹ ورک کہا جاتا ہے متعارف کرایا جاتا ہے۔ یہ کیتھوڈ سے جڑتا ہے (کبھی کبھی چراغ کے اندر)۔ صفر کی صلاحیت پر ہونے کی وجہ سے، یہ گرڈ بنیادی الیکٹران کے بہاؤ کی نقل و حرکت کو نمایاں طور پر متاثر کیے بغیر ثانوی الیکٹرانوں کو سست کر دیتا ہے۔ یہ انوڈ کرنٹ کی خصوصیت میں ڈپ کو ختم کرتا ہے۔
اس طرح کے پانچ الیکٹروڈ لیمپ - پینٹوڈس - بڑے پیمانے پر ہو چکے ہیں، کیونکہ ڈیزائن اور آپریشن کے موڈ پر منحصر ہے، وہ مختلف خصوصیات حاصل کرسکتے ہیں.
فلپس پینٹوڈ کے لیے قدیم اشتہار
اعلی تعدد پینٹوڈس میں میگوہم کے آرڈر کی اندرونی مزاحمت ہوتی ہے، کئی ملی ایمپس فی وولٹ کی ڈھلوان، اور کئی ہزار کا فائدہ ہوتا ہے۔ کم فریکوئنسی آؤٹ پٹ پینٹوڈس کو نمایاں طور پر کم اندرونی مزاحمت (دسیوں کلو-اوہم) اسی ترتیب کی کھڑی پن کے ساتھ خصوصیت دی جاتی ہے۔
نام نہاد بیم لیمپوں میں، ڈائنیٹرون اثر تیسرے گرڈ سے نہیں بلکہ دوسرے گرڈ اور انوڈ کے درمیان الیکٹران بیم کے ارتکاز سے ختم ہوتا ہے۔ یہ دو گرڈ کے موڑ اور ان سے انوڈ کے فاصلے کو متوازی طور پر ترتیب دے کر حاصل کیا جاتا ہے۔
الیکٹران گرڈ کو مرتکز "فلیٹ بیم" میں چھوڑ دیتے ہیں۔ بیم کا انحراف صفر ممکنہ حفاظتی پلیٹوں کے ذریعہ مزید محدود ہے۔ ایک مرتکز الیکٹران بیم انوڈ پر خلائی چارج بناتا ہے۔ اینوڈ کے قریب ایک کم از کم صلاحیت بنتی ہے، جو ثانوی الیکٹرانوں کو سست کرنے کے لیے کافی ہے۔
کچھ لیمپوں میں، کنٹرول گرڈ متغیر پچ کے ساتھ سرپل کی شکل میں بنایا جاتا ہے۔ چونکہ گریٹنگ کثافت خصوصیت کے حاصل اور ڈھلوان کا تعین کرتی ہے، اس لیے اس لیمپ میں ڈھلوان متغیر ہوتی ہے۔
تھوڑا سا منفی نیٹ ورک پوٹینشل پر پورا نیٹ ورک کام کرتا ہے، کھڑی پن اہم ثابت ہوتی ہے۔ لیکن اگر گرڈ کی صلاحیت سختی سے منفی ہے، تو گرڈ کا گھنا حصہ عملی طور پر الیکٹرانوں کے گزرنے کی اجازت نہیں دے گا، اور چراغ کے کام کا تعین سرپل کے کم زخم والے حصے کی خصوصیات سے کیا جائے گا، لہذا، فائدہ اور کھڑی پن نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔
فریکوئنسی کی تبدیلی کے لیے پانچ گرڈ لیمپ استعمال کیے جاتے ہیں۔ نیٹ ورکس میں سے دو کنٹرول نیٹ ورکس ہیں — وہ مختلف فریکوئنسیوں کے وولٹیجز کے ساتھ فراہم کیے جاتے ہیں، باقی تین نیٹ ورک معاون کام انجام دیتے ہیں۔
الیکٹرانک ویکیوم ٹیوبوں کے لیے 1947 کا میگزین کا اشتہار۔
ڈیکوریشن اور مارکنگ لیمپ
ویکیوم ٹیوبوں کی مختلف اقسام کی ایک بڑی تعداد موجود تھی۔ شیشے کے بلب لیمپ کے ساتھ ساتھ، دھات یا دھاتی شیشے کے بلب لیمپ بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ یہ چراغ کو بیرونی کھیتوں سے بچاتا ہے اور اس کی میکانکی طاقت کو بڑھاتا ہے۔
الیکٹروڈ (یا ان میں سے اکثر) چراغ کی بنیاد پر پنوں کی طرف لے جاتے ہیں۔ سب سے عام آٹھ پن کی بنیاد۔
چھوٹے "انگلی"، "اکورن" قسم کے لیمپ اور 4-10 ملی میٹر (40-60 ملی میٹر کے معمول کے قطر کے بجائے) کے غبارے کے قطر والے چھوٹے لیمپ کی بنیاد نہیں ہوتی: الیکٹروڈ تاریں اس کی بنیاد سے بنتی ہیں۔ غبارہ - یہ ان پٹ کے درمیان گنجائش کو کم کرتا ہے۔ چھوٹے الیکٹروڈز میں بھی کم گنجائش ہوتی ہے، اس لیے ایسے لیمپ روایتی سے زیادہ فریکوئنسیوں پر کام کر سکتے ہیں: 500 میگا ہرٹز کے آرڈر کی فریکوئنسی تک۔
بیکن لیمپ زیادہ تعدد (5000 میگاہرٹز تک) پر آپریشن کے لیے استعمال کیے گئے تھے۔ وہ انوڈ اور گرڈ ڈیزائن میں مختلف ہیں۔ ڈسک کی شکل کا گرڈ سلنڈر کے فلیٹ بیس میں واقع ہے، جو ایک ملی میٹر کے دسویں حصے کے فاصلے پر شیشے (انوڈ) میں سولڈرڈ ہوتا ہے۔ طاقتور لیمپ میں، غبارے خاص سیرامک (سیرامک لیمپ) سے بنے ہوتے ہیں۔ دوسرے لیمپ بہت زیادہ تعدد کے لیے دستیاب ہیں۔
بہت زیادہ طاقت والی الیکٹران ٹیوبوں میں اینوڈ کے رقبے کو بڑھانا اور یہاں تک کہ زبردستی ہوا یا پانی کی ٹھنڈک کا سہارا لینا ضروری تھا۔
لیمپ کی مارکنگ اور پرنٹنگ بہت متنوع ہیں۔ اس کے علاوہ، مارکنگ سسٹم کئی بار بدل چکے ہیں۔ یو ایس ایس آر میں، چار عناصر کا عہدہ اپنایا گیا تھا:
1. ایک عدد جو فلیمینٹ وولٹیج کی نشاندہی کرتا ہے، قریب ترین وولٹ تک گول ہوتا ہے (سب سے عام وولٹیج 1.2، 2.0 اور 6.3 V ہیں)۔
2. چراغ کی قسم کی نشاندہی کرنے والا خط۔ لہذا، ڈایڈس کو حرف D، ٹرائیوڈس C، ایک مختصر خصوصیت والے Zh کے ساتھ پینٹوڈس، لمبائی K کے ساتھ، آؤٹ پٹ پینٹوڈس P، ڈبل ٹرائیڈس H، کینوٹران Ts کے ذریعے نامزد کیا گیا ہے۔
3. فیکٹری ڈیزائن کے سیریل نمبر کی نشاندہی کرنے والا نمبر۔
4. وہ خط جو چراغ کے ڈیزائن کو نمایاں کرتا ہے۔لہٰذا اب دھاتی لیمپ کا آخری عہدہ بالکل نہیں ہوتا، شیشے کے لیمپ کو حرف C، انگلی P، acorns F، چھوٹے B سے ظاہر کیا جاتا ہے۔
لیمپ کے نشانات، پنوں اور طول و عرض کے بارے میں تفصیلی معلومات 40 سے 60 کی دہائی کے خصوصی لٹریچر میں بہترین طریقے سے تلاش کی جاتی ہیں۔ XX صدی.
ہمارے زمانے میں لیمپ کا استعمال
1970 کی دہائی میں، تمام ویکیوم ٹیوبوں کو سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز سے بدل دیا گیا تھا: ڈائیوڈس، ٹرانزسٹرز، تھائیرسٹرس وغیرہ۔ کچھ علاقوں میں ویکیوم ٹیوبیں اب بھی استعمال ہوتی ہیں، مثال کے طور پر مائیکرو ویو اوون میں۔ magnetrons، اور کینوٹران برقی سب اسٹیشنوں میں ہائی وولٹیج (دسیوں اور سیکڑوں کلو وولٹ) کی اصلاح اور تیز رفتار سوئچنگ کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ براہ راست کرنٹ کے ذریعے بجلی کی ترسیل کے لیے.
خود ساختہ لوگوں کی ایک بڑی تعداد ہے، نام نہاد "ٹیوب ساؤنڈ"، جو آج کل الیکٹرانک ویکیوم ٹیوبوں پر شوقیہ آواز کے آلات بناتی ہے۔