Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó

Chùm tia điện tử nhỏ, gọn được súng điện tử tạo ra trước khi bắn tới màn hình quang thì có qua một hệ thống các cặp điện cực làm lệch đặt lần lượt trước và sau vuông góc với nhau bao qua

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Lời nói đầu

Trong quá trình phát triển của khoa học kĩ thuật mà thế giới đang chứng kiến, điện tử là một trong những nghành khoa học phát triển mũi nhọn và quan trọng Ứng dụng của điện tử đang lớn dần từng ngày, ảnh hưởng sâu sắc đến cuộc sống và cách thức làm việc của toàn xã hội Để phát triển được các lĩnh vực trong một tổng thể chung là điện tử thì vấn

đề đo lường điện tử là một vấn đề cực kì quan trọng, cần được quan tâm và phát triển đúng mức

Trong kĩ thuật đo lường điện tử ngày nay, kĩ thuật đo lường bằng Dao động kí điện tử ( D.Đ.K.Đ.T ) đã chiếm một vị trí rất quan trọng

Kĩ thuật đo lường bằng D.Đ.K.Đ.T là kĩ thuật đo lường các thông số đặc tính ( ví dụ : Thông số về cường độ, thông số về thời gian ) của các linh kiện điện tử trên D.Đ.K.Đ.T Phương pháp đo lường này rất đơn giản, dễ thực hiện và kết quả thu được thì khá chính xác nên nó rất thông dụng

Dao động kí điện tử hay còn gọi là " Máy hiện sóng " hay theo phiên âm nước ngoài thì còn gọi là " Ôxilô " Nó là một thiết bị đo lường hiện đại, cho phép chúng ta quan sát và nghiên cứu một cách trực quan các loại tín hiệu dao động Việc khai thác và sử dụng D.Đ.K.Đ.T có thể giúp chúng ta xác định được ( đo lường được ) hàng loạt các đại lượng như : L, C, R, và U, T,  các dạng tín hiệu, các quá trình biến đổi tín hiệu theo thời gian, sự tổng hợp các dao động cùng phương hoặc theo hai phương vuông góc với nhau, cùng tần số hoặc khác tần số

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Bộ phận chính của D.Đ.K.Đ.T là ống phóng tia điện tử, có hệ thống làm lệch chùm tia điện tử bằng điện trường Nguyên lí làm việc và cấu tạo của ống phóng tia điện trong D.Đ.K.Đ.T gần giống với ống phóng tia điện tử trong các thiết bị dân dụng khác như : Đèn hình của Ti Vi, đèn hình của Máy vi Tính Chỉ khác ở chỗ : Nguyên lí lái chùm tia điện tử của các thiết bị dân dụng này là bằng từ trường, chứ không phải là bằng điện trường như trong D.Đ.K.Đ.T Do đó, việc nghiên cứu kĩ ống phóng tia điện tử trong D.Đ.K.Đ.T giúp chúng ta hiểu rõ hơn về

nguyên lí và cấu tạo của đèn hình trong các thiết bị dân dụng như : Ti

có điện trở thuần, Cuộn cảm hoặc Tụ điện " trong phần Vật Lí lớp 12 Thì ta có thể kết hợp giảng xong phần lí thuyết và biễu diễn ngay cho học sinh xem sự lệch pha của các hiệu điện thế UC và UL , hay sự lệch pha của UC và iC trên màn hình của D.Đ.K.Đ.T Chúng ta còn có thể biểu diễn các thí nghiệm khác nữa vào các buổi học ( các tiết học ) cũng như vào các buổi thí nghiệm của môn học Vật lí

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

D.Đ.K.Đ.T ngày càng trở thành thiết bị nghiên cứu, đo lường có tầm quan trọng rất lớn và không thể thiếu được trong các phòng thí nghiệm Vật Lí ở các viện Vật Lí, các trường Đại Học, các trường Cao Đẳng, các trường T H chuyên nghiệp và ngay cả ở các trường P.T.T.H

Với tầm quan trọng lớn như vậy, tôi đã chọn đề tài :" DAO ĐộNG

Kí ĐIệN Tử Và ứNG DụNG CủA Nó " Đây là một đề tài rất lí thú và

bổ ích Đề tài này còn mang một ý nghĩa thực tiễn rất cao bởi vì nó phục vụ trực tiếp cho công tác nghiên cứu, học tập cho học sinh, sinh viên cũng như công tác giảng dạy của các giáo viên, giảng viên

Nội dung chính của đề tài này bao gồm :

Phần I : Sơ đồ khối của D.Đ.K.Đ.T một chùm tia

( Sơ đồ khối và nhiệm vụ của các khối )

Phần II : Cấu tạo của D.Đ.K.Đ.T một chùm tia

( Sơ đồ khối và nguyên lí làm việc của các khối )

Phần III : D.Đ.K.Đ.T hai chùm tia

( Khái quát về cấu tạo và nguyên lí làm việc )

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

X1

B2 Mạch Máy phát

Đồng bộ răng cưa B3 K.Đ.X

X

Hình1: Sơ đồ khối của D.Đ.K.Đ.T một chùm tia

Trong sơ đồ này, các thiết bị bổ trở như : Bộ nguồn, các mạch điều khiển các điện áp Anốt và lưới không vẽ

Các khối có nhiệm vụ như sau :

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Tín hiệu cần nghiên cứu được đưa vào qua bộ phân áp để chọn điện

áp vào thích hợp Sau đó đến bộ khuếch đại Y ( K.Đ.Y ) và được đưa thẳng vào hai cặp điện cực làm lệch đứng Y1 và Y2 Trong trường hợp nếu tín hiệu đủ lớn thì không cần qua bộ khuếch đại Y nữa

Một phần tín hiệu cần nghiên cứu từ bộ K.Đ.Y được đưa qua mạch đồng bộ ( ĐB ) để kích thích máy phát xung răng cưa ( máy phát quét) Sau đó qua bộ khuếch đại X ( K.Đ.X ) đưa vào cặp điện cực làm lệch ngang X1 và X2

Trong trường hợp muốn sử dụng tín hiệu đồng bộ ngoài, thì qua công tắc B2 tín hiệu được đưa thẳng vào mạch động bộ để kích thích cho máy phát quét làm việc

Mặt khác ta có thể đưa trực tiếp tín hiệu X qua bộ K.Đ.X đến cặp điện cực làm lệch ngang X1 và X2 qua công tắc B3

Trước khi đo các đại lượng như : Điện áp, tần số, hay chu kì thì chúng ta phải chuẩn lại thang đo theo thời gian cũng như theo biên độ nhờ có các khối chuẩn biên độ , chuẩn thời gian

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Phần II : cấu tạo của d.Đ.K.Đ.T một chùm tia

Cấu tạo của D.Đ.K.Đ.T một chùm tia gồm ba bộ phận chính :

* Ống phóng tia điện tử

* Bộ tạo điện áp quét

* Bộ khuếch đại của dao động kí

I ống phóng tia điện tử :

Ống phóng tia điện tử hay ống tia điện tử là một ống chân không, có

vỏ làm bằng thuỷ tinh bên trong chứa các điện cực và các cặp điện cực làm

lệch Đầu ống có dạng hình trụ chứa súng điện tử ( chính là các điện cực )

Đầu cuối của ống loe to thành hình nón cụt Đáy hình nón là màn huỳnh

quang, ở bên trong có quét một lớp mỏng chất huỳnh quang Bên trong vách thành, cuối ống có quét một lớp than chì dẫn điện suốt từ hai cặp điện cực

làm lệch tới màn huỳnh quang ( E )

Ống tia điện tử được cấu tạo gồm ba bộ phận chính :

* Súng điện tử

* Hệ thống cặp cực làm lệch chùm tia điện tử

* Màn huỳng quang

1 Súng điện tử :

Súng điện tử là bộ phận quan trọng nhất của ống tia điện tử Nó gồm có:Sợi đốt

F, Catốt K, Lưới điều chế M , Các Anốt A1, A2 - Như hình vẽ 2 :

Nhiệm vụ của súng điện tử là tạo ra một chùm tia điện tử nhỏ, gọn

và bắn tới màn hình huỳnh quang để gây tác dụng phát sáng Vì lí do

này nên nó có tên là súng điện tử

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Khi sợi đốt F được nung nóng thì xuất hiện các điện tử được phát ra

từ Catốt K Chùm tia điện tử này đi qua các lỗ nhỏ của các điện cực M,

A1, A2 tạo thành một chùm tia có hình dạng nhỏ bắn tới màn huỳnh

quang Sở dĩ tạo ra được chùm tia điện tử nhỏ là do các điện cực M,

A1, A2 có các điện thế khác nhau tạo thành một điện trường không

đều tác dụng lên chùm tia điện tử và làm hội tụ chùm tia đó trên màn

huỳnh quang

Sau đây, chúng ta sẽ xét quỹ đạo

của chùm tia điện tử khi đi qua Chùm C

điện trường của hai Anốt A1 và tia e

A2 Điện thế tại A2 lớn hơn A1

nên chiều của đường sức của A1 Đường sức A2

điện trường đươc tạo bởi các của điện trường

Luận văn tốt nghiệp Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

chùm tia

Như vậy, tại vị trí C khuynh hướng của chùm tia điện tử là chuyển động dọc theo trục ống đồng thời co ép lại ( hội tụ lại ) theo phương bán kính của chùm tia điện tử

Sang tới vị trí D thì thành phần lực điện theo phương vuông góc đổi chiều làm cho chùm tia điện tử có khuynh hướng tản ra ( phân kì ) khỏi trục ống

Do cấu tạo của các điện cực nên sự phân bố của các đường sức ở điểm D ít bị cong hơn so với vị trí C Do đó phân lượng vận tốc theo phương bán kính ở vị trí D có trị số nhỏ hơn so với vị trí C Hay nói cách khác, khuynh hướng hội tụ của chùm tia điện tử là nhiều hơn khuynh hướng phân kì Tác dụng của các Anốt A1, A2 như một thấu kính để hội tụ chùm tia điện tử Nếu biến đổi điện áp cung cấp cho các điện cực này, tức thay đổi hiệu điện thế giữa chúng ( thông thường bằng cách thay đổi điện áp trên A1 ) thì ta có thể điều chỉnh được độ hội tụ của chùm tia điện tử trên màn huỳnh quang Vì vậy, Anốt A1 còn được gọi là Anốt tiêu tụ

Tác dụng của điện trường giữa Anốt A1 và lưới M cũng hình thành một thấu kính điện tử tương tự Nó cũng hội tụ sơ bộ chùm tia điện tử

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Điện áp A2 được chọn sao cho chùm tia điện tử có vận tốc thích hợp, để khi bắn tới màn huỳnh quang chùm tia điện tử này có thể gây phát sáng với một độ sáng thích hợp Khi điện áp trên điện cực A2 tăng

thì vận tốc của các hạt điện tử cũng tăng, do đó độ sáng trên màn hình càng sáng hơn Vì vậy Anốt A2 còn được gọi là Anốt tăng tốc

Hình dạng của các điện cực được biễu diễn như hình 4 :

M A1 A2

Hình 4: Hình dạng các điện cực

Điện cực ở bên trái có vành hẹp hơn các điện cực ở bên phải và các Anốt đều có 1, 2 hoặc 3 vách ngăn Tác dụng của các vách ngăn là ngăn chùm tia điện tử không đi quá xa trục ống, từ đó dễ dàng hội tụ chùm tia điện tử hơn và tạo nên một điện trường đặc biệt theo ý muốn

Do đó tạo ra khả năng hội tụ lớn hơn khả năng phân kì Như vậy do cấu tạo, hình dạng của các điện cực và điện áp đặt lên các điện cực mà chúng ta có được súng điện tử, có khả năng phát ra chùm tia điện tử

và tiêu tụ được chùm tia này trên màn huỳnh quang

2 Hệ thống cặp điện cực làm lệch :

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Chùm tia điện tử nhỏ, gọn được súng điện tử tạo ra trước khi bắn tới màn hình quang thì có qua một hệ thống các cặp điện cực làm lệch đặt lần lượt trước và sau vuông góc với nhau bao quanh trục ống- hình 5: Một cặp theo phương ngang gọi là cặp điện cực làm lệch X Còn một cặp theo hướng thẳng đứng gọi là cặp điện cực làm lệch Y Nếu trên một cặp điện cực làm lệch có đặt một hiệu điện thế U thì khoảng không gian giữa chúng xuất hiện một điện trường Khi chùm tia điện

tử

đi qua giữa hai điện cực, do tác động của điện trường này mà các điện

tử bị thay đổi quỹ đạo chuyển động

Y1 h1 h

X1

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

e.U.L122.m.v02.d

Hình6: Quỹ đạo của chùm tia điện tử tử sau khi đi qua điện

trường của cặp điện cực làm lệch

Sự phụ thuộc này được biểu diễn qua biểu thức:

h = h1 + h2 (1)

Trong đó : h1 = : Khoảng cách lệch của chùm tia tử vừa ra khỏi khoảng không gian diện trường

h2 = : Khoảng cách lệch của chùm tia tính từ vị trí bắt đầu ra khỏi khoảng không gian điện trường

h : Độ lệch của tia sáng trên màn hình

L1 : Chiều dài của điện cực

L2 : Khoảng cách giữa cặp điện cực làm lệch tới màn hình

d : Khoảng cách giữa hai điện cực của một cặp làm lệch

v0 : Vận tốc của điện tử trước khi bay vào điện trường của cặp điện cực làm lệch

U : Hiệu điện thế giữa các cặp điện cực

e.U.L1.L2m.v02.d

e.U m.v 02.d

L 12

2

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

e, m: lần lượt là điện tích và khối lượng của điện tử

Nếu gọi x, y lần lượt là khoảng cách lệch của chùm tia theo phương

x và y và Ux, Uy là hiệu điện thế trên cặp điện cực làm lệch X và Y thì khi đó :

ỏX=

(3) : Độ nhạy của ống phóng tia điện

Y = tử theo phương ngang và chiều dọc

Nó là độ lệch của chùm tia sáng trên màn hình khi đặt trên cặp điện cực làm lệch một hiệu điện thế là 1 vôn ( Các D Đ K Đ.T hiện nay

có độ nhạy của các ống tia vào khoảng 0,2 ữ 1 mm/v)

Trong một số trường hợp, muốn tăng

độ nhạy của ống mà không thể tăng

chiều dài L của cặp điện cực vì không

thể tăng quá mức chiều dài của ống

Do đó người ta thường chế tạo ra cặp

e.Ux m.v0x2.d e.Uy m.v0y2.d

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Y2

điện cực làm lệch có loe ở đầu cuối

chứ không phải là một bản phẳng

hoàn toàn ( hình 7 )

Vì các hạt điện tử chuyển động Hình7: Dạng cặp điện cực làm

với tốc độ rất lớn, (khoảng 107 m/s) lệch thường gặp

nên có thể xem như các hạt điện tử ngay lập tức va vào màn hình và coi D.Đ.K.Đ.T như một công cụ không quán tính Do vậy D.Đ.K.Đ.T cho

phép ta khảo sát trong dải tần số rộng của tín hiệu ( 0 ữ 100 MHz) mà dạng tín hiệu thu được vẫn trung thực

Nếu trên các cặp điện cực X1, X2, Y1, Y2 có các hiệu điện thế Ux,

Uy đặt vào thì vị trí của vệt sáng trên màn hình là kết quả của sự tổng hợp hai chuyển động thành phần của điện tử theo phương X và Y (vuông góc nhau)

3 Màn hình quang :

Màn hình quang được chế tạo bằng cách: Phủ một lớp mỏng chất huỳnh quang ( ví dụ như chất phốt pho, ZnS, ZnO + SiO2 + Mn .) lên trên bề mặt trong của tấm thuỷ tinh trong suốt

Khi có điện tử bắn vào thì tại những vị trí bị bắn phá, chất huỳnh quang sẽ được phát sáng Sau tác dụng bắn phá của các điện tử thì tại nơi bị bắn phá đó ánh sáng vẫn còn được giữ lại một thời gian ngắn Thời gian này gọi là độ dư huy của màn hình Với sự cấu tạo của các chất huỳnh quang khác nhau thì màn hình có độ dư huy khác nhau Và

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Nhôm

Lớp huỳnh quang

Thuỷ tinh

tuỳ theo công dụng quan sát tín hiệu biến đổi nhanh hay chậm mà D.Đ.K.Đ.T dùng các ống phóng tia điện tử có độ dư huy lớn hay bé

Về màu sắc, thì tuỳ theo chất huỳnh quang mà D.Đ.K.Đ.T có các vệt sáng ( các dạng dao động ) trên màn hình có các màu sắc khác nhau Để dễ quan sát thì ánh sáng thường dùng là màu xanh lá cây, vì màu xanh lá cây thường thích nghi với sinh lý của mắt Với các D.Đ.K.Đ.T cần dùng để chụp lại ảnh thì màu của vệt sáng hay dùng là màu tím vì màu này bắt nhạy với phim ảnh Với các D.Đ.K.Đ.T dùng

để quan sát các quá trình biến đổi chậm thì dùng các ống tia có độ dư huy cao

Bằng phương pháp bốc bay trong chân không, người ta phủ thêm một lớp nhôm rất mỏng, đều và dày khoảng 50 nm (hình7)

II Bộ tạo điện áp quét :

1 Nguyên lý quét đường thẳng trong D Đ K Đ T :

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

t

t 4 t 5

t 1 t 2 t 3

Tth t 2 t 3 t Tq Uq t t 1 t 1 t 2 t 3

t 4 t 5 Y2 Để có được hình dạng của tín hiệu dao động biến thiên theo thời gian trên màn hình của D.Đ.K.Đ.T, thì người ta phải đưa điện áp của tín hiệu cần nghiên cứu lên cặp điện cực làm lệch Y, còn trên cặp điện cực làm lệch X là điện áp quét răng cưa Điện áp răng cưa là điện áp có hình dạng biến thiên bậc nhất theo thời gian như hình răng cưa ( hình 9 )

Hình 9: Dạng lý tưởng của điện áp răng cưa Với điện áp này chùm tia điện tử được quét với vận tốc đều theo phương ngang Như vậy, dưới tác dụng đồng thời của cả hai điện trường giữa hai cặp điện cực làm lệch, mà chùm tia điện tử dịch chuyển theo cả hai phương ox và oy Khi này, chùm tia điện tử dịch chuyển trên màn hình sẽ vạch ra hình dạng của điện áp ( dạng của tín hiệu ) cần nghiên cứu biến thiên theo thời gian Ta có giản đồ vẽ từng điểm tương ứng theo thời gian như sau : Y1 Uth

X1 X2

Uq

Um

0

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

có điện áp quét đặt vào cặp điện cực làm lệch ngang X thì ta có một đường sáng theo phương nằm ngang Khi có cả điện áp nghiên cứu đặt vào cặp điện cực làm lệch đứng Y, và nếu chu kỳ điện áp quét răng cưa bằng một số nguyên lần chu kỳ của điện áp nghiên cứu thì ở trên màn hình xuất hiện dao động đồ của một hay vài chu kỳ của điện áp nghiên cứu

Nếu không thoả mãn các điều kiện ở trên thì trên màn hình ta có một hình luôn di động rối loạn làm ta không quan sát được Hiện tượng này gọi là không đồng bộ tức là không đồng pha giữa điện áp giữa điện áp quét và điện áp nghiên cứu

2 Nguyên lý tạo ra điện áp răng cưa :

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Để có điện áp răng cưa như mong muốn thì chúng ta lấy điện áp

trên một tụ điện khi nó đang phóng điện Do đó dạng điện áp răng cưa

người ta chỉ lấy 1 phần nhỏ ở đầu

của đường cong điện áp Uc Hình11: Dạng điện áp trên các bản của

tụ

khi tụ tích điện và phóng điện

Điện áp ( xung ) răng cưa trên thực tế có dạng như hình 12

Phần điện áp răng cưa có tốc độ biên thiên chậm hơn là phần thời

gian quét thuận ( Tth ) phần này dùng để vẽ dao động đồ

Vì sự phóng điện của tụ điện là không Uq thể tức thời, mà phải có một khoảng thời

gian nhất định nào đó Thời gian này là

khoảng quét ngược ( Tng ) , nó cần thiết

U C =

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

để cho chùm tia điện tử trên màn hình

dịch chuyển trở lại vị trí ban đầu rồi tiếp

tục quét trên quỹ đạo cũ

Để làm mất tia quay lại ( do chùm tia

điện tử dịch chuyển lại ) trong khoảng thời gian quét ngược thì ở thời điểm bắt đầu phóng, chúng ta đặt trên lưới điều chế một điện áp âm lớn cản trở không cho chùm tia điện tử đi đến màn huỳnh quang

3 Mạch tạo điện áp quét :

Trong dao động ký điện tử, người ta thường sử dụng hai chế độ quét để tạo ra điện áp quét răng cưa, đó là chế độ tạo quét liên tục và chế độ

tạo quét đợi

Chế độ quét liên tục dùng để quan sát các điện áp tín hiệu có chu kỳ,

có hệ số /T lớn (là độ rộng của thời gian duy trì tín hiệu; T chu kỳ của tín hiệu )

Sở dĩ phải thực hiện quét ở chế độ đợi, bởi vì khi cần quan sát tín hiệu có hệ số /T bé, thì không thể dùng cách quét liên tục được

Hình 13 minh hoạ các trường hợp đồ thị dao động có được khi thực hiện quét đợi và quét liên tục

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Hình13: Dạng đồ thị dao động khi thực hiện quét đợi và quét liên tục

Hình 13 - a : Là trường hợp khi lấy chu kỳ quét bằng chu kỳ lặp lại của tín hiệu (T0 = T ) Khi đó trên dao động đồ có hình dạng xung rất

bé, không thể tiến hành quan sát và đo lường được

Hình 13 - b : Là trường hợp khi lấy chu kỳ quét bằng ước số nguyên các chu kỳ tín hiệu ( nT0= T ) Khi đó, trên dao động đồ, hình dạng xung sẽ được khuếch đại ra, đã tận dụng được kích thước của màn hình nhưng đường sáng vẽ dạng của tín hiệu lại rất mờ so với độ sáng của đường quét ngang Sỡ dĩ như vậy vì trong n lần xuất hiện điện áp quét thì chỉ có một lần xuất hiện xung tín hiệu trên màn của D.Đ.K.Đ.T Hơn nữa dao động đồ cũng không ổn định bởi vì rất khó thực hện đồng bộ xung ( xung đồng bộ chỉ đồng bộ có một lần trong những chu kỳ điện áp quét )

Do vậy, phải thực hiện quét đợi như hình 13 – c Quá trình quét đợi có nghĩa là cứ đợi đến khi có tín hiệu nghiên cứu thì mạch quét mới tạo

ra điện áp răng cưa Có như vậy dao động đồ mới được như ý muốn của ta

Các mạch tạo điện áp quét làm việc ở chế độ liên tục có thể chuyển thành mạch quét làm việc ở chế độ đợi, nghĩa là mạch chỉ tạo ra điện

áp răng cưa khi có xung kích thích đồng bộ

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Xét mạch tạo điện áp quét gồm :

* Một bộ tạo xung răng cưa ( tạo điện áp quét liên tục )

* Một mạch Trigơ schmit không đảo ( đầu vào đảo của bộ khuếch đại thuật toán được nối đất qua điện trở R7 ) - Hình 14:

Đầu vào đảo của mạch schmit là tín hiệu đồng bộ, còn đầu vào không đảo của mạch là điện áp U1 của bộ tạo xung răng cưa được đưa vào qua điện trở R6

Vì bộ khuếch đại thuật toán này có hệ số khuếch đại rất lớn, thường vào cỡ 200.000 lần ( điện trở vào rất lớn, còn điện trở ra rất thấp ), nên mỗi khi có sự chênh lệch rất nhỏ giữa các đầu vào đảo và không đảo cũng khiến cho đầu ra của mạch schmit phải bảo hoà Điều này có nghĩa là điện áp ra U2 rất gần với điện áp nguồn dương hoặc âm Thông thường điện áp ra bão hoà cỡ:

U2 Vcc - 1 (v) hoặc U2 - ( VEE - 1) (v) (6) Giả sử đầu ra của mạch schmit là âm và đầu vào răng cưa tới mạch schmit ở mức tối thiểu của nó Các điện áp ở cả hai đầu của bộ chia áp

R5 và R6 là âm, do đó ở chỗ nối của R5 và R6 cũng phải âm Như vậy, điện áp ở đầu không đảo của bộ khuếch đại thuật toán ( KĐTT ) là dưới mức của đầu đảo ( tiếp đất ) và đâù ra của mạch Trigơ schmit vẫn giữ bão hoà theo chiều âm

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

R

Lối vào đồng bộ

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

R6 trở nên dương hơn Điện áp dương đó ở đầu không đảo có xu hướng giữ cho đầu ra của mạch schmit bão hoà theo chiều dương Mức điện áp vào ( tới R6 ) khiến cho đầu ra chuyển sang dương được biết như là điểm khởi động trên Để cho đầu ra chuyển sang âm một lần nữa thì điện áp vào tới R6 phải giảm tới một mức âm nào đó, khi này đầu không đảo ở dưới mức 0(v) Mức điện áp vào âm cần để khởi động cho đầu ra của mạch schmit bão hoà âm được gọi là điện khởi động dưới và về trị số nó bằng điểm khởi động trên

Ta thấy rằng đầu ra của mạch Trigơ ( khởi động ) vẫn giữ âm cho tới khi điện áp R6 tăng lên tới điểm khởi động trên đối với mạch Lúc

đó đầu ra chuyển sang mức bão hoà dương Nó cũng duy trì ở mức dương cho tới khi đầu vào giảm xuống mức khởi động dưới, Khi đó mạch điện một lần nữa lại chuyển sang trạng thái bão hoà âm

Tại thời điểm bắt đầu sự khởi động, chỗ nối của R5 và R6 ở tại mức đất và dòng điện qua R5 sẽ là :

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Ở bộ tạo xung răng cưa, Tranzitor T1 và các thành phần liên kết với

nó tạo thành một nguồn dòng không đổi Các điển trở R1 và R2 phân chia điện áp nguồn dương ( Vcc) để cung cấp một điện áp theo định thiên không đổi VB1 cho Bazơ của Tranzitor npn T1 Điều này khiến cho độ sụt áp trên điện trở Emitơ R3 trở thành một đại lượng không đổi

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Trong đó : V1 là độ biến thiên điện áp của tụ trong thời gian t và

C1 là điện dung của tụ

Điện áp của tụ tiếp tục tăng tuyến tính cho tới khi nó đạt tới mức khởi động trên đối với mạch Schmit Lúc đó đầu ra của mạch Schmit trở nên dương một lần nữa, làm T2 đóng và phóng điện nhanh qua C1 Khi điện áp trên tụ C1 giảm xuống tới mức khởi động dưới của mạch Schmit, đầu ra của mạch lại chuyển sang âm, T2 lại quay sang ngắt và điện áp trên tụ C1 bắt đầu tăng tuyến tính một lần nữa

Quá trình mô tả trên được lặp đi lặp lại liên tục tạo ra một xung răng cưa có biên độ là U1 Dạng sóng xung U2 cũng được tạo ra tại đầu ra của mạch khởi động Schmit Mạch đầy đủ được gọi là bộ tạo sóng răng cưa chạy tự do

(v) (10)

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Biên độ của dạng sóng răng cưa của nó rõ ràng có được là nhờ các điểm khởi động trên và dưới của mạch Trigơ Schmit Chu kỳ T của xung răng cưa phụ thuộc vào dòng điện nạp I1 và vào điện dung C1 Dòng I1cóthể thay đổi được nhờ điều chỉnh biến trở R3

Để đảm bảo điều chỉnh tần số trong dải rộng thì tụ C1 được bố trí ở nhiều nấc tụ khác nhau nối song song

III Bộ khuếch đại của dao động kí điện tử :

Hầu hết trong các D.Đ.K.Đ.T đều có bộ khuếch đại điện áp của cặp điện cực làm lệch đứng Y Bộ khuếch đại này là bộ khuếch đại dải rộng Độ rộng của dải thông tần tuỳ thuộc vào yêu cầu quan sát của phổ tín hiệu nghiên cứu Ví dụ như : Với D.Đ.K.Đ.T đơn giản thì bộ khuếch đại có dải thông tần khoảng chừng 150  200 KHz Đặc biệt đối với các D.Đ.K.Đ.T dùng để ghi lại các tín hiệu có tốc độ biến thiên nhanh thì dải thông tần của bộ khuếch đại đạt tới 90 MHz…

Ngoài bộ khuếch đại lệch đứng Y hầu hết trong các D.Đ.K.Đ.T đều

có bộ khuếch đại X Nhiệm vụ của bộ khuếch đại X là chỉ khuếch đại điện áp răng cưa, nên dải thông tần cũng như hệ số khuếch đại của nó

bé và hẹp hơn so với bộ khuếch đại Y Bộ khuếch đại X còn được dùng để khuếch đại tín hiệu ngoài khi không dùng bộ tạo điện áp quét răng cưa Khi không có bộ khuếch đại ngang X, mà chỉ cần khuếch đại tín hiệu theo cặp điện cực làm lệch ngang X thì người ta dùng bộ khuếch đaị đồng bộ

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Trong các D.Đ.K.Đ.T có quét đợi thì bộ khuếch đại đồng bộ (dùng

để khuếch đại tín hiệu đồng bộ ), cũng như bộ khuếch đại X chỉ cần dải thông tần hẹp, hệ số khuếch đại nhỏ và không thực hiện đảo pha ở đâu ra

Xét chi tiết một bộ khuếch đại làm lệch của D.Đ.K.Đ.T có sơ đồ mạch điện được biểu diễn qua hình 15:

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Hình15: Mạch cơ bản của bộ khuếch đại làm lệch của D.Đ.K.Đ.T

Bất kỳ điện áp nào có nhiệm vụ tạo ra sự lệch của chùm tia điện tử cũng đều phải được biến đổi thành hai điện áp bằng nhau và ngược nhau : + E/2 (v) và - E/2 (v) Bởi vì khi thế ở điện cực trên là + E/2(v)

và điện cực dưới là - E/2(v) thì hiệu điện thế giữa các điện cực là E(v) Các điện tử ( mang điện tích âm ) bị hút về phía điện cực dương và bị đẩy khỏi điện cực âm Chùm tia điện tử có thể được lái ( làm lệch ) bằng cách tiếp đất một điện cực và tác dụng vào điện cực kia một thế dương hoặc âm có trị số là E(v) Trong trường hợp này thế ở điểm giữa khoảng trống giữa hai điện cực có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 0(v) Điều này có thể gây ra sự gia tốc ngang hoặc làm giảm tốc của các hạt điện tử, do vậy làm thay đổi tốc độ của chùm tia Khi đó các điện áp làm lệch dương và lệch âm bằng nhau có thể không gây ra những sự lệch như nhau Với điện áp +E/2(v) ở một điện cực và - E/2(v) ở trên điện cực kia thì thế ở điểm giữa các điện cực bằng 0(v), và khi này tốc

độ của chùm tia điện tử không bị ảnh hưởng

Điều trên đòi hỏi phải có một bộ khuếch đại vốn nhận tín hiệu vào là một chiều hoặc xoay chiều và cung cấp tín hiệu ra là tín hiệu vi sai

Từ sơ đồ mạch điện ta thấy : Các Tranzitor T2 và T3 tạo thành một

bộ khuếch đại Emitơ chung Còn các Tranzitor T1 và T4 là các mạch gánh Emitơ để tạo ra điện trở vào cao Khi điện áp vào tới bộ chọn điện

áp vào bằng 0(v) thì điện thế của cực Bazơ của tranzitor T1 ở mức đất Nếu điện thế của cực Bazơ của tranzitor T4 cũng được điều chỉnh ở mức đất thì điện thế của các cực Bazơ của các tranzitor T2 và T3 đều ở

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

mức thế âm so với đất ( - VB2 = - VB3 ) Do đó dòng IC2 = IC3 và các

độ sụt áp trên R3 và R6 điều chỉnh điện thế của cực Colectơ của các tranzitor T2 và T3 ở mức đất, các Colectơ đó là đầu ra của bộ khuếch đại và chúng được mắc trực tiếp với các tấm lái tia ( điện cực làm lệch )

Tiếp điện động của chiết áp R4 thường phải nằm cách đều mỗi đầu Khi tiếp động dịch về phía bên trái thì điện trở trong mạch Emitơ của tranzitor T2 nhỏ hơn điện trở trong mạch Emitơ của tranzitor T3 Tranzitor T2 bây giờ cho qua dòng Colectơ lớn hơn tranzitor T3 và điện

áp một chiều ở cực Colectơ của tranzitor T2 giảm xuống trong khi điện

áp một chiều ở cực Colectơ của tranzitor T3 lại tăng lên Khi tiếp điện động của R4 dịch ra điểm giữa về phía Emitơ của tranzitor T3 thì xẩy ra tác dụng ngược lại Như vậy, R4 đóng vai trò là điện trở điều khiển cân bằng để làm cân bằng ( hoặc san bằng ) các đầu ra vi sai của bộ khuếch đại

Một điện áp vào vốn phải tạo ra độ lệch đứng của chùm tia điện tử, được đưa vào qua bộ chia điện áp vào của bộ khuếch đại và nuôi các điện cực làm lệch thẳng đứng Điện áp vào sau khi được chia áp xuất hiện ở cực Bazơ của tranzitor T1 nơi đó nó được làm giảm tiếp ( thông qua R1 và R2 ) và sau đó được đưa vào cực Bazơ của tranzitor T2 Một tín hiệu vào theo chiều dương sẽ tạo ra điện áp theo chiều dương ở cực Bazơ của tranzitor T2 , khiến cho dòng IC2 tăng và dòng IC3 giảm Khi

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

dòng IC2 tăng lên khiến cho điện thế VC2 ( đầu ra ) giảm xuống dưới mức đất thông thường, và dòng IC3giảm khiến cho điện thế VC3tăng lên trên mức đất Nếu độ biến thiên của điện thế VC2 là : ∆ VC2 = - 1(v) thì :

∆ VC3 = + 1(v) Khi tín hiệu vào bộ chia điện áp vào là đại lượng tiến theo chiều âm thì dòng IC2giảm và dòng IC3 tăng thêm Bây giờ ∆VC2

là dương và ∆ VC3 là âm

Chiết áp R10 trên hình 15 là phần tử điều khiển dịch chuyển D.C, vốn làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp ở cực Bazơ của tranzitor T4 khi tiếp điểm động ở giữa, thì cực Bazơ của tranzitor T4 ở mức đất Bằng cách điều chỉnh tiếp điểm động của R10 hoặc một điện áp một chiều dương hoặc âm được đưa vào cực Bazơ của tranzitor T4 Khi điện thế

VB4 là dương thì điện áp trên cực Bazơ của tranzitor T3 tăng theo chiều dương, do đó dòng IC3 tăng và dòng IC2 giảm Điều này khiến cho điện thế VC3 giảm và VC2tăng Điện áp một chiều vi sai như vậy được đưa vào các cặp điện cực làm lệch để làm lệch (hoặc di chuyển ) chùm tia điện tử trên màn hình

Khi điện trở R10 được điều chỉnh để tạo ra điện áp âm tại cực Bazơ của tranzitor T4 thì chùm tia điện tử được điều chỉnh xuống dưới tâm màn hình Sự di chuyển một chiều ( D.C ) đó không ảnh hưởng tới dạng sóng cần hiện hình Tuy nhiên, việc điều chỉnh điện trở R10 làm dịch

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

chuyển dạng sóng hiện hình lên trên hoặc xuống dưới ở trên màn hình, theo mong muốn của người điều khiển

* Mỗi một quá trình cần nghiên cứu được dùng một D.Đ.K.Đ.T riêng biệt

* Chỉ dùng một D.Đ.K.Đ.T để ghi lại cả hai ( hay nhiều hơn ) quá trình

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trường Đại Học Vinh

Ở biện pháp thứ nhất, ta phải dùng nhiều D.Đ.K.Đ.T khác nhau, mỗi D.Đ.K.Đ.T nghiên cứu một quá trình riêng biệt.Với cách thức thực hiện như vậy thì rất tốn kém bởi vì phải dùng nhiều D.Đ.K.Đ.T Hơn nữa, vì

độ nhạy của các ống phóng tia điện tử khác nhau là khác nhau, tỉ lệ xích về thời gian là không giống nhau, nên biện pháp này ít dùng

Ở biện pháp thứ hai, dùng một D.Đ.K.Đ.T để ghi lại các quá trình cần nghiên cứu Việc chế tạo ống phóng tia điện tử loại này gặp nhiều khó khăn, đó là làm sao khử được tác dụng ảnh hưởng lẫn nhau của các chùm tia điện tử Khó khăn này càng tăng khi chùm tia điện tử càng nhiều Vì vậy, thông thường thì chỉ có D.Đ.K.Đ.T một tia hoặc hai tia

mà thôi

Về mặt cấu tạo và nguyên lí hoạt động, D.Đ.K.Đ.T hai chùm tia điện

tử ( hai tia) không khác mấy so với D.Đ.K.Đ.T một chùm tia điện tử ( một tia )

Để tạo ra hai chùm tia điện tử trong D.Đ.K.Đ.T hai tia thì chúng ta

có hai phương pháp, đó là:

Phương pháp thứ nhất: Chúng ta sử dụng ống phóng tia điện tử gồm

có hai súng phóng tia điện tử riêng biệt, tức là ngăn đôi hệ thống súng điện tử, bao gồm: hai nguồn phát tia điện tử riêng biệt, các Anốt, lưới

và cặp điện cực làm lệch đứng Y là riêng biệt Việc điều khiển hai chùm tia điện tử này là hoàn toàn độc lập Chỉ có một bộ phận chung cho cả hai chùm tia điện tử, đó là cặp điện cực làm lệch ngang X – Hình 16