Linh kiện điện tử

Các tia điện tử dược gia tốc chuyển động nhanh dọc theo trục ốhg tia và được lái lệch quỹ đạo tạo thành các đưòng quót phát sáng trèn màn hình từ trên xuống dưới và từ phải qua trái nhò

KLAU S BEUTH

LINH KIỆN ĐIỆN TIJ

Người dịch: NGUYÊN V IẾ T NGUYÊN

NHÀ X U Ấ T B Ả N G IÁ O DỤC

Elektronik 2

Klaus Beuth

Bauelemente

18., uberarbeitete Auflage

u n ter M itarb eit von O la f B euth

V ogel B uchverlag

Der Lizenzgeber (Vogel Industrie Medien) úbertrâgt dem Lizenznehmer (Higher Educalionai and Vocational Book JSC Hanoi) das ausshlỉessỉiche Recht 2ur Verdffentlichung In Such form dis Verkes in Vietnam.

Cuốn sách được xuất bản theo hợp đổng chuyển nhượng bản quyễn gỉửa Công ty cể phấn Sổch Đại học - Dạy nghé, Nhà xuát bản Giáo dục và Nhà xuất bản Vogel Buchevôrlag Wurzburg.

© Bản quyền liếng Việt thuộc HEVOBCO - Nhà xuấl bản Giáo dục 183-2008/CXB/15-363/GD Mã số: 7K755Y8 - DAI

LỜI G IÓ ! T H IỆ U

Cùng vổi cuô"n "Mạch điộn tử”, cuổh "Linh kiện điộn tử" hợp thành hai trong bộ sách qufin trọng nhất phục vụ cho lĩnh vực dào tạo ngành điộn lử tin lìọc - điện tử vicn thông đă dược NXB "Vogel Buchvcrlag'' - Cộng hoà

L i ỗ n b a n g ỉ ) ứ c x u ấ l b ả n

Cu ôn "Lính kiộn điộn tủ" được chúng tôi lựa chọn mua bản quyển và dich sanp tiếng Viẽt vì dây là cuốn sảch cỏ nôi dung tốt, đă dươc xua'tban đến lần thứ 18 và đã được nhiểu nước như: Trung Quốc, Ân Độ mua bản quyền.

Cu ôn "Linh kiộn điộn tử" gồm 14 chương, nội dung xuyên suôt của 14 chư<ing !à những vâ"n để rất cơ bán về các linh kiện diện từ, từ cấu tạo, đặc (liểni công nghộ chế tạo, nguyên lý làm việc, phạm vi ứng dụng đă được các lác giả trình bày một cách ngắn gọn, dễ hiểu và súc tích Kết thúc mỗi chương dcu có câu hôi, bài tập ^úp ngưòi học ôn tập và kiểm tra những nội (lung đã học Sách sõ là giáo trình, tài liộu tham khảo bo ích cho nhiéu dốì iượng và trình độ khác nhau trong lĩnh vực điện tử viễn thông, do lường điểu khiển, tự động hoá

Việc chuyển đổi ngôn ngõ từ tiếng Đức sang tiếng Việt củng như lựa chọn một hộ thống ký hiộu dã đưỢc chuẩn hoá sao cho phù hợp vả truyền

tà i trung thành những nội đung của bản gô"c sang tiếng Viột một cách dđn giản, dỗ hiểu gặp không ít khó khản, nhưng người dịch là nhà giáo đã có nhiổu kinh nghiộm giảng dạy môn "Linh kiện điện tử" và đâ được đào tạo

ố Cộng hoà L iê n bang Đức nén nhiều vấn đc phức tạp gặp phải trong quá trình dịch đã được khắc phục.

Mặc đù ngưòi địch đã có nhiều cô' gắng, nhưng chắc chắn không tránh khối còn nhũng sai sót, mong bạn dọc thông cảm và mọi ý kiến dóng góp xin gửi về Công ty Sách Đại học - Dạy nghề, Nhà xuất bản Giáo dục — 25, Hàn Thuyên, Hà Nội.

Chúng tôi hy vọng cuốn "Linh kiộn diện tử" sẽ là tài liệu bổ ích đối với những ai học t<ập và quan tâm đôn lĩnh vực kỹ thuật điện tử.

Chúng tôi sỗ tiếp tục tìm kiếm các giáo trình, sách tham khảo có nội dung tốt dà được xuâ't bản ò các quốc gia có nền giáo dục truyền thống, tiên Liến khác nhau dể chuyển sang tiếng Việt giúp cho nguồn tài liệu phục vụ Dạy và Học thỗm phong phú, tiếp cận trình độ Dạy và Học tiên tiến, đáp ứng các yêu cầu ngày càng nâng cao của sự nghiệp đổi mỏi giáo dục.

Nliân dịp xuất bản lần đầu cuôh "Linh kiện điện từ" được dịch từ tiếng Đức sang tiếng Việt» chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến Nhà xuất bản Vogel Buchvcrlag - Cộng hoà Liên bang Đức» tới các dịch giả về sự chia sẻ trong quá trình hỢ{) tác cũng như lòi cảm ơn chân thành tới sự quan tám, đón nhận và những dóng góp của bạn đọc gần xa Mong rằng sự hỢp tác sỗ được tiếp tục.

NHÀ XUẤT BẦN GIÁO DỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Cuốn "Linh kiện điện tử" được tái bản lần thứ 18 vào năm 2006 nằm trong bộ sách cùa Nhà xuất bản "Vogel Buchverlag" do nhiều tác giả biên soạn Bộ sách gồm 8 cuồn:

• Điện tủ 1: Cơ sỏ kỹ thuật điện - Heinz Meister.

• Điện tử 2: Linh kiện điộn từ - Klaus Beuth.

• Điện từ 3: Mạch điộn tử - Klaus Beuth và Wolfgang Schmusch.

• Điộn từ 4: Kỹ thuật s ố - Klaus Beuth.

• Điộn tử 5: Kỷ thuật vi xử lý - Hehnut Miller và Lothar Wolz.

• Điện tử 6: Kỷ thuật đo lường - Wolfgang Schmusch.

• Điộn tử 7: Kỷ thuật thông tin viễn thông - Klaus Beuth và Gùnther Kul'z.

• Điện từ 8: Kỹ thuật Sensor - Wolfgang Schnmsch.

Cuốn ’’Linh kiộn điộn tử" cùng cuổh "Mạch điện tủ" cung cấp cho bạn clọc các kiến thức cơ sỏ làm nền tảng trong ngành kỹ thuật điộn tủ viễn thông Trong quá trình biên soạn, các tác giả dã cô* gắng thể hiện nội dung rõ ràng, hộ thôVìg hoá kiến thức và kỗt hđp với cổc đồ thị» hình vỗ với nhiểu chi tiết có tính sư phạm cao, cập nhập kiến thức mối thể hiện dưới dạng ngôn

ngử kỹ thuật đdn giản, dễ ti6p cận và dề nhỏ không đòi hỏi người dọc phải

có kiến thức toán cao câp Nội dung có chứa nhiểu ví dụ và bài tập có tính thực tiễn để ngưòi đọc củng cố’ kiồn thửc và có hứng thú vận dụng trong thực tế kỷ thuật.

Đối tượng bạn đọc mà càc tác giả muôn hướng tỏi để cung cốp tài liệu học tập hoặc tham khảo bổ ích thiết thực là tương đôi rộng rãi: Sinh viên,

kỹ sư, kỷ thuật viôn hay công nhân kỹ thuật Các đôi tượng muôn tự học dế nâng cao k iế n thức cd sở của chuyên ngành cõng sẽ tim được ở bộ sách này những thông tin hữu ích.

IO.AUS niCƯTH

Chưdng 1

KỶ THUêT ĐO DÙNG M^Y HIỆN SONG (OXYLO)

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Máy hiộn sóng (oxylo) là một th iết bị thông đụng và đa năng đùng để quan sát và tiến hành đo lưòng dạng tín hiệu, có thể lưu kết quả nhò cơ cấu nhâ Tôn gọi “Oszillograph” bắt nguồn từ gỗc La tinh

“O scillare - dao động” và từ gô'c Hy Lạp “grafein - ghi” Như vậy

O xylograf có thể dịch nghla là bộ ghi lại dao động gồm 3 chức nàng chính: giữ lại dao động, hiển thị và ghi lại nó N goài ra tên gọi Oxyloscop có ý nghĩa chỉ gồm chức nảng quan sát dao động.

Nhờ Oxyloscop cỏ thể quan sảt m ột dao động ơiện àp biến thiên theo thời gian thõng qua đổ thị thời gian của nó trên màn ảnh: u - f(t).

V

ỉ r

X

Hỉnh 1.1 Đỗ thỉ thài gian

củ a m ột diện áp.

Hình 1.2 ĐỖ thị quan hệ phụ thuộc

của u , v à o Uj.

U

t

ỉ

Hình 1.3 Biến đổi dòng điện I thành một điện áp tưong đưỡng,

d ó thị thòi gian của d òn g điện.

Tiếp theo có th ể h iển thị mô1 quan hệ hàm số giữa h ai điện áp

u , = fCUj) (hình 1.2) Với các dòng điện I(t), không th ể biểu diễn trực tiếp mà cho I chảy qua một điộn trở R để nhận được điện áp Un tương đương (tỷ lệ) có cùng quy luật với I(t) và việc h iển thị I(t) được thực hiện gián tiếp qua U r ÍI) (hình 1.3).

Tương tự với việc biểu diồn các đại lượng khác như đưồng sức từ B(t), cường độ từ trường H(t) hay tần số f(t), trưốc tiên cần biến đổi

chúng vể một điện áp tương đương có cùng quy lu ật biến th iên , ổiiu dó

h iển thị điện áp tương dương này Mọi phép quan sá t hoặc đo lường dược thực hiộn một cách gián tiôp qua điện áp tưdng đưdng.

1.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY HIỆN SÓNG

Nhò một chùm tia điện tử được tạo ra từ một “súng điện tủ” của ông tia điện tỏ (xem chướng 14) các dạng điện áp u = f(t) hay U | = f(Ư2) được hiển thị trên màn ảnh của ông tia (hình 1,4) Các tia điện tử dược gia tốc chuyển động nhanh dọc theo trục ốhg tia và được lái lệch quỹ đạo tạo thành các đưòng quót phát sáng trèn màn hình từ trên xuống dưới

và từ phải qua trái nhò một hệ thỗhg lái tia đặt trong lòng ông tia (loại điều khiển lái tia bằng điện trường - hình 1.5 và hình 1.6).

Hình 1.4 Cấu tạo cỡ bản của

một ốn g tia điện tử.

Hình 1.5 N guyên lỷ làm lệch (lái) tia điện tù’ th eo ch iểu dọc.

Hình 1.6 Nguyên lỷ lái tia theo chiểu ngang.

M ột cặp phiến điện cực ởiều khiển tia lệch theo phưang thẳng đứng nhờ điện àp đặt vào chúng gọi là cập phiến Y.

Tương tự, m ột cặp phiến làm lệch tia theo phương nằm ngang g ọ i là cặp phiến X.

Nhò hệ thông lái tia này, một tia điện tử có th ể quét đến mỗi điểm trên màn hiện thị Trong oxylo loại 2 tia, ông tia điện tử có 2 súng điện tử tạo ra hai tia và do đó có hai hệ thống hội tụ và làm lệch tia độc lập nhau, thông thường do nhu cầu sử dụng loại 2 tia, cặp phiến lệch dứng độc lập còn cặp phiến lệch ngang được sủ d ụ n g chung

và do đó hai tín hiệu đưỢc hiển thị đồng thòi trên m àn và có thể được

so sán h vái nhau nhò việc quól ngang chung.

Dộ lệch tia trên màn (hiệu quả của việc lái tia bằng điện áp trên các phiến lệch) đượe đánh giá nhờ hệ số lái tia hay độ nhậy lái tia tính thoo v/cm Đơn vị v/cm dược định nghĩa là cần bao nhiêu volt để làm lêch lia di đươc 1 cm iheo chiều ngang hoặc theo chiều đứng.

Khi điện áp tác động vào phiến có giá trị nhỏ (hơn IV) cần dùng các m ạch khuêch dại điện áp trưốc khi đưa tối các cặp phiến làm lệch (hình 1.7 và 1.8) - được gọi tưong ứng là bộ khuếch đại X (cho điện áp làm lệch ngang) và bộ khuếch dại Y {cho diện áp làm lệch đứng).

Các bộ khuếch đại X và khuếch đại Y có thể thay đổi hệ số khuếch đại, theo từ n g thang (từng bậc) và thay đổi liên tục trong 1

thang đã chọn Khi điện áp vào khá lớn, thường có bộ su y giảm (làm yếu Un hiệu cần quan sát) được sử đụng tại lo*! vào như hình 1.9

H ình 1.10 thể hiện sơ đồ khôi tổng quát của một m áy hiện sóng, bao gồm các khối cơ bản nhS’t Các lôì vào X và lốì vào Y là không đốì xứng luôn có một cực tiếp đất (OV) và có điện trở vào khoảng vài Mfì.

Tín hiệu Y đặt tới lố i vào Y, qua bộ suy giảm y, qua bộ khuếch đại Y, đặt tới cập phiến lệch Y.

ĐÂU vào

Khuếch đậi

v /i/" Đẳu ra

r

Đ ẳu vào

X

Khuéch đại X

v /V '' Đáu ra

- r

Hỉnh 1.7 Bộ khuếch đại Y c 6 th ể điếu

chỉnh h ệ s ố khuếch đại lỉên tụ c hay

từng nấc.

Hỉnh 1,8 Độ khuếch đại X, có th ể diểu chỉnh hệ s ế khuếch đại liên tục hay

từng nấc.

Bộ khuếch dại Y thưòng là bộ khuếch đại một ch iểu (xem chương 4), nó khuếch dại cả thành phần một chiều của tín h iệu Y Khi không muôn biểu diỗn th àn h phần một chiểu này, có thể nôl một tụ điện phía trưóc nhò m ột chuyển mạch có ghi rô “chuyển m ạch AC/DC”.

AC: dòng điện hoặc điện áp xoay

chiềư (biến thiên theo thời gian).

DC: dòng điện hoặc điện áp

một chiều (không đổi theo thời

gian), khi ồ vị trí AC thì tụ c được

Đáu vào

nôi vào.

T

Đẩu ra

Tin hiệu X đặ t tởi lố i vào X, qua

bộ s u y giảm X, qua bộ khuếch

đ ỉư v à c X h o ặ c dầu vảo Y.

/

Tín hiệu trên màn ảnh có thể được dịch chuyển theo hai chiều: thẳng đứng và dịch ngang theo ý muôn của ngưòi sử dụng (đang quan

sá t tín hiệu), Khi đó cần bổ sung vào tín hiệu Y (cho dịch chiều dứng tại phiến làm lệch Y) hoặc vào tín hiệu X (cho dịch chiểu ngang, tại phiến làm lệch X) các giá trị diện áp một chiều thích hợp Các chức năng trên do tầng “dịch Y” hay tầng “dịch X” thực hiện Khi đó tia điện tử được dịch tịnh tiến theo chiều tưđng ứng tùy giá trị và cực tính của các điện áp một chiều này.

C huyển mach AC-DC

Hinh 1.10 Cấu trúc khối của một Oxylo.

> ♦ \

t

<•

' )

“ X

X

Hinh 1.11 Đố thj điện áp

khi dịch đứng {lèii).

Hình 1.12 Đ õ thị điện áp khi djch ngan g (phải).

Khi muốn thể hiện sự phụ thuộc hàm số’ của điện áp theo thời gian, cần đuy trì tôc độ quét của tia điện tủ (từ trái qua phải) không

dổi N íĩhĩa là Lhòi gian làm lệch tia cô” dịnh theo một dòng quét (ví dụ thời gian quól (chu kỳ quét) một dòng lừ trái qua phải là 1/50 giây) Điện áp thực hiện việc lái tia dược gọi là điện áp quét, có dạng răng cưa (hình 1.13) được tạo rn từ một bộ phát xung răng cưa:

Tổn s ố của điện áp răng cưa c6 thể

thay đổi theo nhiều thang và thay dổi

liên tục trong mỗi thang, Tần số nàv

càng lỏn thì tô"c độ quét cúa tia diện tử

càng nhanh.

Khi muốn hicn thị một chu kỳ điện

áp hình sin, tín hiệu này cần đưa t-ói lôì

vào Y; điện áp răng cưa được đưa tới lối

vào X- Chu kỳ của hai điện áp này phải

bằng nhau (hình 1.14, Tx = Ty).

, \ t

^Chu kỳ íặpT Hinh 1.13 Đ iện áp quét dạng

răng cưa.

Hlnh 1.14 Quan h ệ giữa chu kỳ của tín hiệu Y và chu kỳ của diện ảp răng cưa

Nếu T , * Ty hình trên màn SC không đứng vững (bị trôi đi)

N ếu T , = 2T^ trên m àn sẽ xuất hiện hai chu kỳ tín h iệu hình sin.

Ta c h ỉ nhận được hình vững trên màn khi T, bằng bội s ố nguyên của Ty.

Ta nói tín hiệu cần quan sá t U y và tín h iệu quét ngang u , được đồng bộ n h au vể tần sô" Có thể thực hiện việc đồng bộ bằng điều chình tav nhưng khá khó khàn, các oxylo ngày nay được đặt ở ch ế độ

tự động bám đồng bộ nhò khối đồng bộ trong cấu trúc hình 1.1 0.

Tầng đổng bộ có thể hoạt động ỏ các chế độ khác n b au như:

• Đồng bộ theo lưối điện 50Hz.

• Đồng bộ theo các điện áp ngoài đặt vào để điều khiển.

• Chế độ tự đồng bộ khi tín hiệu Y trực tiếp được sử đụng (bằng cách trích ra) để điều k h iển đồng bộ tín hiộu X.

Ồ ch ế độ tự đồng bộ, chuyển mạch chọn c h ế độ đổng bộ ỏ vị trí

là chọn phần dương của tín hiệu Y; còn ỏ vị trí ” là chọn phần âm của tín hiệu Y.

Khối nguồn nuôi cung cấp các mức điện áp khác nhau cho oxylo Khôi nguồn cao áp điéu khiển cưòng độ dòng tia điện tử và do vậy điều khiển độ sáng của hình ảnh trên màn Ngoài ra việc điều chỉnh các giá trị diện áp m ột chiểu vào các điện cực cùa ốh g tia điện tử có thể thay đôi độ hội tụ (độ nét) của tia điện tử Các ch iết âp điểu chỉnh

độ sá n g hav độ nét dều được đặt ỏ phía ngoài m ặt trước oxylo cho ngưòi sử dụng thao tác k h i cần hình ảnh rõ nét theo ý muôn.

1.3 SỬ DỤNG MÁY HIỆN SÓNGI 4

Có rất nhiều chuyển mạch và các núm điều chỉnh trên m ặt trưỏc oxylo Thưòng chúng dược ghi ký hiệu và thông tin cần th iết cho ngưòi sử dụng, do nguồn gốc sản xuầ”t rất đa dạng nên không có quy tắc chung cho việc ký hiộu này Do sử dụng ống tia điện tử, việc khởi động oxylo cần có thòi gian vài chục giây tới vài phút đổ tạo tia cho tỏi khi c6 Lia quét ngang trên m àn ảnh Điểu chỉnh độ sán g của tia thích hỢp; diều chỉnh các núm dịch X và dịch Y cho tia nằm chính giữa màn hình Chọn thồi gian làm lệch (thòi gian quét) thích hdp Chọn độ nét tia phù hỢp.

>

y

p A

♦

|Oms

ị

i

Hinh 1.15 Chuẩn thang

ch o lệch Y.

Hinh 1.16 Biểu diễn d ư ò n g hinh sin

c ó biẻn đ ộ 20mV và tẩn s ố 6,67kHz.

Tùy theo tín h iệu Y cần quan sát (về tần 8Ô" và về biên độ) cần chọn các c h ế độ của oxylo cho phù hỢp, được gọi là chuẩn thang chia chiều đứng (V/cm) và chicu ngang (ms/1 thang chia) Ví dụ trên hình 1.15

có chuẩn thang chiều đứng là 0,lV /cm (khi điện áp đ ặ t tói phiến lệch

Y thay dổi 0,1V thì tia dịch đi Icm theo chiều đứng).