Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó trong đo lường

Nếu biến đổi điện ápcung cấp cho các điện cực này, tức thay đổi hiệu điện thế giữa chúng thông thờng bằng cách thay đổi điện áp trên A1 thì ta có thể điều chỉnh đợc độ hội tụ của chùm t

Lời mở đầu

Chơng I: DĐKĐT một chùm tia

A Cấu tạo của DĐKĐTmột chùm tia

I ống phóng tia điện tử

II Bộ tạo điện áp quét

B Sơ đồ khối DĐKĐT một chùm tia và các chế độ làm việc

I Sơ đồ khối DĐKĐT một chùm tia

II Các chế độ làm việc của DĐKĐT một chùm tia

C Bộ khuếch đại của D ĐKĐT

Chơng II: DĐKĐT hai chùm tia

I Cấu tạo và phơng pháp sử dụng DĐKĐT hai chùm tia

II Nguyên lý làm việc chuyển mạch điện tử

III Các loại DĐKĐT

Chơng III: Những ứng dụng của DĐKĐT trong đo lờng

I Các nguyên tắc cơ bản của phép đo dùng DĐKĐT

II Đo lờng bằng DĐKĐT

III Cách xác định biên độ, chu kỳ ( tần số ), độ lệch pha của tín hiệu

Chơng IV: Thực hành phơng pháp đo bằng DĐKĐT

1 Quan sát và vẽ lại dạng tín hiệu, xác định chu kỳ ( tần số ) của xung

2 Đo độ lệch pha của hai tín hiệu bằng DĐKĐT

Trớc tình hình đó, sự nghiệp giáo dục nói chung, các ngành nghiên cứukhoa học nói riêng của nớc ta cũng cần có những bớc thay đổi căn bản nhằmthích ứng, hoà nhịp với tốc độ phát triển của thế giới

Cùng với sự phát triển đó, điện tử là một trong những ngành khoa học

đ-ợc ứng dụng mạnh mẽ trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta Để đẩy mạnhcác lĩnh vực trong một tổng thể chung là điện tử thì ngành kỷ thuật đo lờng

điện tử là một vấn đề cực kỳ quan trọng, cần đợc quan tâm và phát triển hơnnữa

Trong suốt quá trình học tập và tìm hiểu tôi thấy kỷ thuật đo lờng các đại

chiếm một vị trí rất quan trọng trong các nhiệm vụ điều khiển tự động, tự

động hoá các quá trình sản xuất, trong nghiên cứu khoa học, trong công tácgiảng dạy, học tập và nghiên cứu trong các Trờng Đại học, Cao đẳng, Trunghọc chuyên nghiệp cũng nh các trờng THPT Thông thờng không phải chỉ

đo các đại lợng vật lý, các thông số, đặc tính mà còn tự động ghi lại các giá trịcủa nó thay đổi theo thời gian

Dao động ký điện tử ( DĐKĐT ) hay còn gọi là " Máy hiện sóng" haytheo phiên âm còn gọi là " ô - xi - lô " Nó là một thiết bị đo lờng hiện đại,giúp chúng ta quan sát và nghiên cứu một cách trực quan các loại tín hiệu rất

đơn giản, dễ thực hiện và kết quả thu đợc khá chính xác Việc khai thácDĐKĐT có thể giúp chúng ta xác định đợc hàng loạt các đại lợng nh: L, R, C,

U, I, T,  … sự tổng hợp của dao động cùng ph sự tổng hợp của dao động cùng phơng hoặc hai phơng vuônggóc với nhau, cùng tần số hoặc khác tần số… sự tổng hợp của dao động cùng ph Vì vậy tôi muốn đi sâu tìm hiểucấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của DĐKĐT nhằm nâng cao trình độhiểu biết của bản thân đồng thời góp phần vào việc mở rộng ứng dụng củaDĐKĐT vào công tác nghiên cứu, đo lờng các đại lợng vật lý của các ngành

có liên quan Với tầm quan trọng đó, cùng với sự hớng dẫn của thầy DơngKháng đã giúp tôi lựa chọn đề tài: " Dao động ký điện tử và ứng dụng của nó trong đo lờng".

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã hết sức cố gắng tìm hiểu và tiếnhành thí nghiệm nhng với khả năng của bản thân, thời gian cũng nh nguồn tàiliệu hạn hẹp nên không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong ý kiến đóng gópcủa các thầy cô giáo, các bạn sinh viên và tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp

đỡ của các thầy giáo, cô giáo và các bạn sinh viên khoa Vật lý, Trờng Đại họcVinh, đăc biệt là thầy giáo Dơng Kháng đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ tôihoàn thành đề tài này

Chơng I

Dao động ký điện tử Một chùm tia

Dao động ký điện tử ( DĐKĐT ) hay "máy hiện sóng" có khi còn gọitheo phiên âm là "Ô-xi-lô" là một thiết bị đo lờng đa chức năng hiển thị kếtquả đo dới dạng đồ thị trên màn sáng ( màn hình ) có thể quan sát đợc.DĐKĐT dùng phổ biến thông dụng nhất hiện nay có 2 loại:

Dao động ký điện tử một chùm tia và dao động ký điện tử hai chùmtia

A cấu tạo của dao động ký điện tử một chùm tia

Cấu tạo của dao động ký điện tử một chùm tia gồm:

* ống phóng tia điện tử

* Bộ tạo điện áp quét

* Bộ khuếch đại của dao động ký

I ống phóng tia điện tử

ống phóng tia điện tử hay đèn hiện sóng là một ống chân không, có vỏlàm bằng thuỷ tinh bên trong chứa các điện cực làm lệch Đầu ống có dạnghình trụ chứa sóng điện tử ( chính là các điện cực ) Đầu cuối của ống loe

to thành một hình nón cụt, đáy hình nón là màn huỳnh quang, bên trong cóquét một lớp mỏng huỳnh quang Bên trong vách thành, cuối ống có quétmột lớp than chì dẫn điện suốt từ hai cặp điện cực làm lệch tới màn huỳnhquang (E)

ống tia điện tử đợc cấu tạo:

* Súng điện tử

* Hệ thống cặp cực làm lệch tia điện tử

* Màn huỳnh quang

PN X2

X1 Y1

Y2 PĐ

A2 A1 M

F

Ux

Uy C

C R8

R5

R9 R7 R6

R1

R4 R3

R2

+ _

R12 R13

R10

R14

R11

C C

Màn huỳnh quang Than chì

Hình 1: ống phóng tia điện tử

1 Súng điện tử

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

đốt F, katốt K, lới điều chế M, các anốt A1, A2 nh hình 1

Nhiệm vụ của súng điện tử là tạo ra một chùm tia điện tử nhỏ, gọn và bắntới màn huỳnh quang để gây ra tác dụng phát sáng Vì lý do đó mà nó có tên

là súng điện tử

Khi sợi đốt F có dòng điện chạy qua làm cho katốt K nóng lên, katốt K

sẽ bức xạ ra các điện tử tự do ( katốt đợc cấu tạo từ những oxit kim loại giàu

điện tử tự do ) Tạo ra trên bề mặt katốt K một đám mây điện tử Dới tác dụngcủa trờng tĩnh điện UAK các điện tử sẽ bay từ K  A tạo thành một chùm tia

điện tử có hình dạng nhỏ bắn tới màn huỳnh quang Sở dĩ tạo ra đợc chùm tia

điện tử nhỏ là do các điện cực M, A1, A2 có các điện thế khác nhau tạo thànhmột điện trờng không đều tác dụng lên chùm tia điện tử và làm hội tụ chùmtia đó lên màn huỳnh quang

Sau đây, chúng ta sẽ xét quỹ đạo của chùm tia điện tử khi đi qua điện trờng của hai anốt A1 và A2 Điện thế tại A2 lớn hơn A1 nên chiều của đờng sứccủa điện trờng đợc tạo bởi các điện cực này là từ A2 tới A1

Khi các điện tử bay tới vị trí C thì nó đồng thời chịu tác dụng của haithành phần lực điện, một thành phần vuông góc với chùm tia và hớng vào giữachùm tia Còn thành phần kia có phơng song song với chùm tia.

Nh vậy, tại vị trí C khuynh hớng của chùm tia điện tử là chuyển độngdọc theo trục ống đồng thời co ép lại ( hội tụ lại ) theo phơng bán kính củachùm tia điện tử

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

Chùm

tia e

Hình 2: Điện trờng giữa Anốt A 1 và A 2

Do cấu tạo của các điện cực nên sự phân bố của các đờng sức ở điểm D ít

bị cong hơn so với điểm C Vì vậy phân lợng vận tốc theo phơng bán kính ở vịtrí D có trị số nhỏ hơn so với vị trí C Hay nói cách khác, khuynh hớng hội tụcủa chùm tia điện tử là nhiều hơn khuynh hớng phân kỳ Tác dụng của anốt

A1, A2 nh một thấu kính để hội tụ chùm tia điện tử Nếu biến đổi điện ápcung cấp cho các điện cực này, tức thay đổi hiệu điện thế giữa chúng( thông thờng bằng cách thay đổi điện áp trên A1 ) thì ta có thể điều chỉnh

đợc độ hội tụ của chùm tia điện tử trên màn huỳnh quang Do đó anốt A1

còn gọi là anốt tiêu tụ

Tác dụng của điện trờng giữa anốt A1 và lới M cũng hình thành mộtthấu kính tơng tự Nó cũng hội tụ sơ bộ chùm tia điện tử Điện áp tại A2 đợcchọn sao cho chùm tia điện tử có vận tốc thích hợp, để khi bắn tới mànhuỳnh quang chùm tia điện tử này có thể gây phát sáng với một độ sángthích 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

đợc gọi là anốt tăng tốc

Điện cực bên trái có vành hẹp hơn các điện cực ở bên phải và các anốt

đều có 1, 2 hoặc 3 vách ngăn Các vách ngăn có tác dụng 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 trờng đặc biệt theo ý muốn Do đó tạo ra khả năng hội

tụ lớn hơn khả năng phân kỳ

Để điều chỉnh độ hội tụ đó ta điều chỉnh UA1 bằng cách điều chỉnh

điện trở R3, không điều chỉnh UA2 vì anốt A2 nằm gần các phiến làm lệchkhi chùm tia điện tử đi qua khoảng không gian của phiến làm lệch thì d ớitác dụng của trờng làm lệch ( đợc tạo ra bởi Ux và Uy ) làm cho tia điện tửlệch khỏi trục của ống theo quy luật của Ux và Uy Do có lu ảnh nên quỹ

đạo thu đợc là một đờng nét liền

Để điều chỉnh độ sáng của hình ảnh trên màn huỳnh quang có thể tiếnhành một trong hai phơng pháp:

+ Thay đổi mật độ chùm tia điện tử

+ Thay đổi vận tốc của chùm tia điện tử

Để thay đổi vận tốc thì ta có thể đặt thêm một anốt A3 ngay trên mànhình ( phơng pháp này khó điều chỉnh đợc độ sáng tối nên ít khi dùng )

Để thay đổi mật độ của chùm tia điện tử thì ta thấy rằng cực lới M có

điện thế âm so với katốt K đến Anốt Vì vậy chúng ta chỉ cần thay đổi mộtlợng nhỏ điện áp trên cực lới M ( gọi là điều chỉnh độ sáng tối ) Trên hình

1 ta có thể điều chỉnh điện trở R2 Nh vậy do cấu tạo, hình dạng của các

điện cực và điện áp đặt lên các điện cực mà chúng ta có đ ợc súng điện tử,

có khả năng phát ra chùm tia điện tử và tiêu tụ đợc chùm tia này trên mànhuỳnh quang

2 Hệ thống cặp điện cực làm lệch

Trong ống phóng tia điện tử còn bố trí các cặp bản cực để làm lệchcác tia điện tử về phía ngang ( theo trục X ) và phía thẳng đứng ( theo trục

Y ) Các cặp bản cực đó đợc gọi là tấm lệch đứng và tấm lệch ngang

Mạch gồm các điện trở R5  R9 cấp nguồn cho phiến lệch đứng, nếu

điều chỉnh điện trở R7 thì có thể thay đổi đợc theo chiều đứng của tia điện

tử trên màn huỳnh quang

Mạch gồm các điện trở từ R10  R14 cấp nguồn cho phiến lệch ngang,nếu điều chỉnh R12 thì thay đổi đợc vị trí chiều ngang của tia điện tử trên

màn huỳnh quang Sở dĩ ta điều chỉnh vị trí các vạch theo chiều đứng vàchiều ngang vì mục đích để quan sát rõ hơn.

Hiệu điện thế của tín hiệu cần nghiên cứu đ ợc đa vào hai phiến láidọc Y làm cho hiệu điện thế giữa hai phiến Y thay đổi theo tín hiệu đ a vào

và tia electron ( điện tử ) bị đa lên, đa xuống Hiệu điện thế quét theo thờigian ( dạng răng ca ) ở trong máy đợc đa vào hai phiến ngang X làm chohiệu điện thế giữa hai phiến X thay đổi và tia điện tử bị đ a từ trái màn hìnhsang phải màn hình Tới bên phải thì tia trớc tắt, tia sau lại xuất hiện bắt

đầu từ bên trái và lại đợc quét sang bên phải ( Sự hoạt động của cặp phiếnlàm lệch nh hình 3 )

Nh vậy khi chịu tác dụng đồng thời điện áp của tín hiệu cần nghiên cứu (

đặt vào hai phiến Y ) và điện áp quét ( đặt vào hai phiến X ) tia điện tử sẽ vẽtrên màn hình một đờng cong ( đồ thị ) có dạng sóng mà trục tung là biên độcủa điện áp cần nghiên cứu, còn trục hoành là trục thời gian Khi điều chỉnhtần số của điện áp quét bằng ( hoặc nhỏ hơn n lần ) tần số của tín hiệu thì trênmàn hình cho ta một hoặc n chu kỳ của tín hiệu

~ ~

t

0 U

Thời gian này gọi là độ d huy của màn hình Với sự cấu tạo của các chấthuỳnh quang khác nhau thì màn hình có độ d huy khác nhau và tuỳ theo công

dụng quan sát tín hiệu biến đổi nhanh hay chậm mà DĐKĐT dùng các ốngphóng tia điện tử có độ d huy lớn hay bé

Về màu sắc thì tuỳ theo chất huỳnh quang mà DĐKĐT có các vệt sáng ( các dạng dao động ) trên màn hình có màu sắc khác nhau Để dễ quan sátthì ánh sáng thờng dùng là màu xanh lá cây, vì màu xanh lá cây thờng thíchnghi với sinh lý của mắt Với các DĐKĐT cần dùng để chụp lại ảnh thìmàu của vệt sáng hay dùng là màu tím vì màu này bắt nhạy với phim ảnh.Với các DĐKĐT dùng để quan sát các quá trình biến đổi chậm thì dùng cácống tia có độ d huy cao

Bằng phơng pháp bốc hơi trong chân không, ngời ta phủ thêm mộtlớp nhôm rất mỏng, đều và dày khoảng 50 nm Lớp nhôm mỏng này có tácdụng:

Cho phép các hạt điện tử dễ dàng vợt qua lớp nhôm để đập vào lớpchất huỳnh quang

Các ion có kích thớc, khối lợng lớn, vận tốc chậm bị ngăn lại khônggây lên lớp ion trên màn hình

Làm tăng cờng độ sáng biểu kiến và độ tơng phản do có sự phản xạ

ánh sáng từ lớp nhôm phía trớc ( Không cho ánh sáng loạt về phía sau lớpnhôm )

Lớp nhôm mỏng

Chân không

Lớp huỳnh quang

Hình 4: Cấu tạo của màn huỳnh quang

II bộ tạo điện áp quét

1 Nguyên lý vẽ hình của tia điện tử

Cần nghiên cứu tín hiệu: y = f(t) = A sint.

Đa vào phiến lệch đứng có dạng: Uy = A sint

Đa vào phiến lệch ngang có dạng: Ux = kt

Khi đó trên màn hình nhận đợc quan hệ: y=f(x) cụ thể nh sau:

Chu kỳ T của tín hiệu Uy chia làm 8 phần đều nhau Trục tín hiệu Ux

cũng chia làm 8 phần đều nhau, khi đó:

Uy Ux

y x

U Uy

U Ux

y x

U Uy

U Ux

Tia điện tử ở vị trí ( Uxmax ,

y x

U Uy

U Ux

y x

U Uy

U Ux

y x

U Uy U Ux

Tia điện tử ở vị trí (Ux6 , -Uymax )

y x

U Uy

U Ux

Uy

U

Tia điện tử ở vị trí ( Ux8 , 0).Biểu diễn bằng hình vẽ nh sau:

x t

T

- Uy1

Uy1 Uy2

Hình 5: Giản đồ các điểm tơng ứng giữa tín hiệu nghiên cứu và

điện áp quét khi T q =T th

2 Điện áp quét

Tia điện tử chuyển động về phía phải của màn hình nh ng kích

th-ớc của màn hình có hạn nên không thể nhìn thấy đ ợc tia điện tử khi nó

ra khỏi màn hình

Muốn tiếp tục vẽ hình ta phải kéo nó về vị trí ban đầu Nh vậy Ux

sẽ có dạng răng ca, một chu kỳ của điện áp Ux thì tia điện tử phải quét

từ vị trí ban đầu đến mép phải và quay về vị trí ban đầu Ux đợc gọi là

điện tử không vẽ hình mà vẽ lên màn một đờng thẳng gọi là tia quét ngợc,

để xoá tia quét ngợc ngời ta phải tạo ra một xung xoá đó là xung âm, tồn tạitrong khoảng thời gian quét ngợc, xung xoá đợc đa vào cực lới của ống tia

điện tử

t t

Căn cứ vào chế độ làm việc của bộ tạo ra điện áp quét ng ời ta chia

ra hai chế độ quét nh sau:

Quét liên tục: Bộ tạo điện áp quét làm việc ở chế độ tự di động khi

mở máy là đã có điện áp quét Ux

Quét đợi: Bộ tạo điện áp quét làm việc ở chế độ đồng bộ nguồn khi

có tín hiệu vào thì bộ quét mới làm việc

Chế độ liên tục là chế độ quét bình thờng nh đã trình bày trên

Chế độ quét đợi là chế độ dùng để quan sát các xung rời rạc cáchnhau khá xa Máy phát quét đợc khởi động bởi các tín hiệu cần quan sát.Việc đồng bộ tín hiệu đo và tín hiệu quét đợc thực hiện tự động

Hình 8: Dạng đồ thị dao động khi thực hiện quét đợi và quét liên tục

Thí dụ khi nghiên cứu xung x mà ta có

Căn cứ vào dạng của điện áp quét thì ta có:

Chế độ quét thẳng: Điện áp quét có dạng hình răng ca.

Chế độ quét sin: Điện áp quét có dạng hình sin, và tín hiệu cũng có dạng

hình sin thì trên màn hình cho ta một hình rất phức tạp gọi là hình Lisajou

Các trờng hợp đặc biệt của quét sin:

Khi ta có: Uy =A1 Sin (it 1)

Ux =A2 Sin (xt 2)Với A1 = A2 ;  x  i;   2  1 900

Khi  =0 tia điện tử quét một đờng thẳng nằm trong góc 1/4 thứ 1 vàthứ 3 ( hình 9 a )

Khi  =1350 tia điện tử quét một đờng thẳng nằm trong góc 1/4 thứ 1

Hình 9: Dạng đặc biệt của quét sin.

Nếu biết điều chỉnh các tín hiệu, sao cho trên màn hình xuất hiện mộttrong các tín hiệu ở trên ta sẽ biết đợc góc lệch pha giữa các tín hiệu đó

4 Điều kiện đồng bộ

Đối với trờng hợp Tq = Tth ( thời gian quét bằng thời gian quét tín hiệu ).Trong khoảng thời gian quét thuận tia điện tử vẽ hình cụ thể, đến cuối thờigian quét thuận tia điện tử có vị trí là ( Uxmax và Uy ) Đến cuối thời gian quétngợc tia điện tử trở về vị trí ( 0 , 0 )

Sau một thời gian của chu kỳ quét thì tia điện tử quay về vị trí ban

đầu, trên màn hình ta thu đợc một hình đầy đủ và tối thiểu

Đối với trờng hợp Tq < Tth ( chu kỳ tín hiệu ): Sau một chu kỳ quét, hình

vẽ xong thì tia điện tử đã quay trở về vị trí ban đầu nên hình của chu kỳ quétthứ 2 không trùng với chu kỳ quét thứ nhất Do đó trên màn hình các hình vẽkhông trùng nhau và ta không thu đợc hình ổn định Vì vậy điều kiện đồng bộ

là sau một chu kỳ quét tia điện tử phải quay trở về đúng vị trí nó xuất phát ban

đầu, muốn thoả mãn điều đó thì Tq = nTth, tối thiểu n = 1

B sơ đồ khối dao động ký điện tử một chùm tia và các chế

độ làm việc

I Sơ đồ khối dao động ký điện tử một chùm tia

2 1 3

Y

Quét đợi

quét liên tục

mạch vào X

KĐ

đồng bộ

chuẩn thời gian

khuếch đại Y

chuẩn biên độ

phân áp vào

Hình 10: Sơ đồ khối DĐKĐT một chùm tia

Cấu tạo của DĐKĐT một chùm tia đợc chia làm 4 phần:

1 ống tia điện tử: Đây là phần chính của DĐKĐT, tất cả các phần còn lại

làm nhiệm vụ phục vụ ống tia điện tử

2 Mạch khuếch đại đứng: Mạch vào Y qua bộ khuếch đại chuyển chậm t

nhằm mục đích đa tín hiệu cần nghiên cứu vào cặp phiến đứng PĐ Nhiệm vụcủa bộ chuyển chậm là nhằm tạo sự đồng bộ giữa X và Y

3 Mạch khuếch đại ngang: Từ mạch vào X tới khuyếch đại đồng bộ, tới

quét liên tục, quét đợi và khuếch đại X, mục đích tạo ra điện áp quét, điện ápvào phiến lệch ngang PN , nếu điện áp đợc tạo ra từ DĐKĐT thì gọi là chế độ

đồng bộ trong Nếu điện áp quét đa từ ngoài vào thì gọi là chế độ đồng bộngoài

4 Nguồn cung cấp: Bao gồm cung cấp điện áp cho các mạch, sợi đốt và các

khoá đảo mạch: khoá K1 dùng để hiệu chuẩn ( 1 làm việc, 2 hiệu chuẩn) K2

định chế độ đồng bộ, có 2 tầng 3 vị trí ( 1 đồng bộ trong, 2 đồng bộ ngoài, 3

đồng bộ 50Hz) K3 định chế độ quét có 3 tầng 3 vị trí ( 1 quét liên tục, 2 quét

đợi, 3 khuếch đại X )

II Các chế độ làm việc của DĐKĐT một chùm tia

1 Chế độ đồng bộ trong, quét liên tục

Đây là chế độ cơ bản của DĐKĐT dùng để nghiên cứu và đo các tham

số của tín hiệu nh điện áp, dòng điện, chu kỳ…các khoá K1, K2, K3 đều ở vịtrí 1

Tín hiệu nghiên cứu đa vào qua khối giữ chậm vào khuếch đại Y, có tínhiệu đủ lớn đa vào cặp phiến đứng PĐ Một phần tín hiệu qua điện áp ra củamạch vào, qua K2 đi vào khuếch đại đồng bộ dùng để khuếch đại một phần tínhiệu Qua khoá K3 tín hiệu đồng bộ tới điện áp quét liên tục sẽ cho hai đầu

ra, đầu ra 1 sẽ tạo ra xung xoá để xoá tia quét ngợc Đầu ra 2 tạo ra xung răng

ca đa vào khuếch đại X

Đặc điểm của chế độ quét liên tục là máy làm việc ở chế độ tự dao

động ( mở máy là có ngay điện áp quét, cụ thể là một vết sáng ngang trênmàn hình ) Ngoài ra ở chế độ này ta có thể dễ dàng điều chỉnh tần số quét

để đạt chế độ đồng bộ

2 Chế độ đồng bộ trong, quét đợi

ở chế độ này để nghiên cứu các xung có độ rộng, hẹp so với chu kỳ củaxung:  x << T Khoá K1 ở vị trí 1, K2 ở vị trí 1, K3 ở vị trí 2 khi đó chế độquét liên tục sẽ bị thay thế bằng bộ quét đợi ở chế độ này khi mở máy trênmàn hình DĐKĐT chỉ có một điểm sáng, chỉ khi có tín hiệu thì mới có điện

Cũng là tín hiệu đồng bộ ngoài nhng là nguồn điện 50Hz, khoá K1 ở vị trí

1, khoá K2 ở vị trí 3 và khóa K3 ở vị trí 3, chế độ này dùng để kiểm tra mạchquét khi có sự cố, và sử dụng tạm thời khi cha khắc phục đợc sự cố của mạchquét

Ví dụ: Khi đang sử dụng chế độ một ( 1 ) mà mất quét thì có khả nănghoặc quét liên tục hoặc khuếch đại X bị hỏng

Khắc phục: Đa máy DĐKĐT về chế độ 50Hz và có quét thì kết luận bộquét liên tục hỏng, còn nếu không có quét thì kết luận bộ khuếch đại X hỏng

C bộ khuếch đại của dao động ký điện tử

Hầu hết trong các DĐKĐT đều có bộ khuếch đại điện áp của cặp điệncực làm lệch đứng Y Bộ khuếch đại này là bộ khuếch đại dải rộng Độ rộngcủa dải thông tần tuỳ vào yêu cầu quan sát của phổ tín hiệu nghiên cứu

Ví dụ nh DĐKĐT đơn giản thì bộ khuếch đại có dải thông tần khoảngchừng 150 200 KHz Đặc biệt đối với các DĐKĐT dùng để ghi lại các tínhiệu 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 DĐKĐT đều có bộkhuếch đại X Nhiệm vụ của bộ khuếch đại X là chỉ khuếch đại điện áp răng

ca, nên dải thông tần cũng nh hệ số khuếch đại của nó bé và hẹp hơn so với

bộ khuếch đại Y Bộ khuếch đại X còn đợc dùng để khuếch đại tín hiệu ngoàikhi không dùng bộ tạo điện áp quét răng ca Khi không có bộ khuếch đạingang X, mà chỉ cần khuếch đại tín hiệu theo cặp điện cực làm lệch ngang Xthì ngời ta dùng bộ khuếch đại đồng bộ

Trong các DĐKĐT có quét đợi thì bộ khuếch đại đồng bộ ( dùng đểkhuếch đại tín hiệu đồng bộ ), cũng nh bộ khuếch đại X chỉ cần dải thông tầnhẹp, hệ số khuếch đại nhỏ và không thực hiện đảo pha ở đầu ra

Xét chi tiết một bộ khuếch đại làm lệch của DĐKĐT có sơ đồ mạch

điện đợc biểu diễn qua hình 11

Một điện áp bất kỳ nào đó dùng để làm lệch tia điện tử cũng đềuphải đợc biến đổi thành hai điện áp bằng nhau và ngợc chiều nhau +E/2

và -E/2, muốn vậy phải có bộ khuếch đại để khi có tín hiệu đa vào ( mộtchiều hoặc xoay chiều ) tín hiệu ra sẽ là dạng vi sai Mạch khuếch đại nh vậy

sẽ đợc cấu tạo nh sau:

VB3 VR3

IE

IE3 IE2

T1

R10R9+ Vcc

Hình 11: Bộ khuếch đại làm lệch của DĐKĐT.

Trong đó T2 và T3 tạo thành bộ khuếch đại ghép emitơ chung T1 và

T4 là các mạch ghép emitơ tạo điện trở lớn Khi điện áp vào bằng 0, thếbazơ của T1 ở mức đất và nếu bazơ của T4 cũng điều chỉnh ở mức đất thìcác bazơ của T2 và T3 đều ở cùng mức thế âm so với đất ( - UB2 = - UB3 )

do đó IC2 = IC3 và điện áp rơi trên R3 và R6 điều chỉnh Colectơ của cácTranzitor T2 và T3 ở mức đất Các Colectơ đó là đầu ra của khuếch đại vàchúng đợc mắc trực tiếp với các tấm lái tia ( UC2 và UC3 ) con trợt củachiết áp R4 thờng nằm ở giữa và giữ vai trò điện trở điều chỉnh cân bằngcác đầu ra vi sai của bộ khuếch đại Khi điện áp vào khác không, qua bộphân áp đặt vào bazơ của Tranzitor T1 lúc đó IE1 khác 0, dòng IE1 qua R1

và R2 tạo thành điện áp vào Tranzitor T2 khiến cho dòng IC2 và IC3 giảm.Khi IC2 tăng, điện áp ra UC2 giảm xuống mặt khác IC3 giảm, điện áp UC3

tăng

Nếu độ biến thiên của UC2 là UC2 = -1 V thì UC3 = +1V Khi tín hiệuvào bộ phân áp tăng theo chiều âm, IC2 giảm, IC3 tăng và UC2 > 0, UC3 < 0

chia độ lệch trên màn hình còn điện áp vào lớn nhất là 10V t ơng ứng vớimột vạch chia độ lệch Chiết áp R10 ( hình vẽ 11 ) làm nhiệm vụ điềuchỉnh điện áp bazơ của T4 để dịch chuyển chùm tia điện tử lên hoặcxuống khỏi tâm màn hình.

Chơng II

Dao dộng ký điện tử hai chùm tia

I cấu tạo và phơng pháp sử dụng dđkđt hai chùm tia

Trong những trờng hợp cần so sánh nhiều tín hiệu cần đo, ta phải khảosát 2 hay nhiều quá trình trong cùng một thời gian ( cùng một lúc ) Vấn đềnày đợc giải quyết bằng các biện pháp nh sau:

Mỗi một quá trình cần nghiên cứu đợc dùng một DĐKĐT riêng biệt.Chỉ dùng một DĐKĐT để ghi lại cả hai ( hay nhiều hơn ) quá trình

ở biện pháp thứ nhất: Ta phải dùng nhiều DĐKĐT khác nhau, mỗi

DĐKĐT nghiên cứu một quá trình riêng biệt Với cách thức thực hiện nh vậyrất tốn kém bởi vì phải dùng nhiều DĐKĐT Hơn nữa vì độ nhạy của các ốngphóng tia điện tử khác nhau là khác nhau, Tỉ lệ xích về thời gian là khônggiống nhau nên biện pháp này ít dùng

ở biện pháp thứ hai: Dùng một DĐKĐT để ghi lại các quá trình cần

nghiên cứu Việc chế tạo ống phóng tia điện tử loại này gặp nhiều khókhăn, đó là làm sao khử đợc tác dụng ảnh hởng lẫn nhau của các chùm tia

điện tử Khó khăn này càng tăng khi chùm tia điện tử càng nhiều Vì vậy,thông thờng thì chỉ có DĐKĐT một tia hoặc hai tia mà thôi

Về mặt cấu tạo và nguyên lý hoạt động, DĐKĐT hai chùm tia điện tử( hai tia ) không khác mấy so với DĐKĐT một chùm tia điện tử ( một tia ) đểtạo ra hai chùm tia điện tử trong DĐKĐT hai tia thì chúng ta có thể dùng haiphơng pháp đó là:

Phơng 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 tửbao gồm: Hai nguồn phát tia điện tử riêng biệt, các Anốt, lới và cặp điện cựclàm lệch đứng Y là riêng biệt Việc điều khiển hai chùm tia điện tử này 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 12 ).

BA

Hình 12: DĐKĐT loại có hai súng điện tử

Hình 12 cho ta biết máy hiện sóng hai chùm tia có lối vào cặp điện cựclàm lệch đứng tách biệt hoàn toàn, kênh A và kênh B Mỗi kênh đều tự làmlệch đứng Bộ tạo gốc thời gian điều khiển một bộ duy nhất các tấm lái tiangang Khi này sơ đồ khối của nó có dạng:

Kênh B

Kênh A

Khuếch đại

Tạo điện áp quét răng cua

Khuếch đại

Khuếch đại

Hình 13: Sơ đồ khối của DĐKĐT hai tia loại có hai súng điện tử

Phơng pháp thứ hai: Trong một số quá trình có cùng tần số, chúng ta có

thể khảo sát đồng thời các quá trình đó trên cùng một màn hình của DĐKĐTloại ống phóng tia điện tử chỉ có một súng điện tử Các hạt điện tử đợc phát ra

từ một Katốt thành các chùm tia điện tử khác nhau và cùng tác dụng lên cùng

một màn hình huỳnh quang Khi này trong DĐKĐT lắp thêm một bộ phậnphụ nữa, đó là bộ phận chuyển mạch điện tử Sơ đồ khối của mạch lúc này códạng:

Chuyển mạch điện

tử

và khuếch đại lệch đứng

Khuếch đại.

Khuếch đại

Tạo điện áp quét răng cua

Khuếch đại

Kênh A

Kênh B

Hình 14: Dao động ký hai tia loại một súng điện tử

ống phóng tia điện tử chứa một chùm tia với một bộ tấm lái tia đứng.Ngoài hai bộ khuếch đại tín hiệu vào riêng kênh A và kênh B, ngời ta còn sửdụng thêm một bộ khuếch đại lệch đứng nữa để tới các tấm lái đứng Tín hiệuvào bộ khuếch đại này đợc chuyển mạch luân phiên giữa các kênh A và kênh

B với tần số chuyển mạch đợc điều khiển bởi mạch tạo gốc thời gian

Bộ chuyển mạch điện tử là thiết bị dùng đèn điện tử hoặc đèn bán dẫn.Tác dụng của bộ chuyển mạch điện tử là làm cho chùm tia điện tử chuyển đổithời gian quét để ghi lại từ quá trình cần nghiên cứu này sang quá trình cầnnghiên cứu khác

Trên máy có bố trí các bộ phận và núm điều chỉnh ở đây chú thích cácnúm điều chỉnh và các bộ phận chủ yếu nhất:

(1): Power: Công tắc nguồn

(2): INTEN: Điều chỉnh độ chói của hình hiện

(3): Focus: Điều chỉnh cho ảnh rõ nét ( hội tụ )

(4): Vertical Position: Điều chỉnh lên hoặc xuống

(5): VoLTS/div: Điều chỉnh khuếch đại dọc tín hiệu vào

(6): Cần gạt AC- DC- GND:

AC: Xoay chiều qua, chặn 1 chiều

DC: 1 chiều qua, chặn xoay chiều

GND: Ngắt tín hiệu vào, tiếp đất vào