Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó

Một phần tín hiệu cần nghiên cứu từ bộ K.Đ.Y đợc đa qua mạch đồng bộ ĐB để kích thích máy phát xung răng ca máy phát quét .Sau đó qua bộ khuếch đại X K.Đ.X đa vào cặp điện cực làm l

Lời nói đầu.

Trong quá trình phát triển của khoa học kĩ thuật mà thế giới đangchứng kiến, điện tử là một trong những nghành khoa học phát triển mũinhọn và quan trọng ứng dụng của điện tử đang lớn dần từng ngày, ảnhhởng sâu sắc đến cuộc sống và cách thức làm việc của toàn xã hội Đểphát triển đợc các lĩnh vực trong một tổng thể chung là điện tử thì vấn

đề đo lờng điện tử là một vấn đề cực kì quan trọng, cần đợc quan tâm vàphát triển đúng mức

Trong kĩ thuật đo lờng điện tử ngày nay, kĩ thuật đo lờng bằng Dao

động kí điện tử ( D.Đ.K.Đ.T ) đã chiếm một vị trí rất quan trọng Kĩthuật đo lờng bằng D.Đ.K.Đ.T là kĩ thuật đo lờng các thông số đặc tính( ví dụ : Thông số về cờng độ, thông số về thời gian ) của các linhkiện điện tử trên D.Đ.K.Đ.T Phơng pháp đo lờng này rất đơn giản, dễthực hiện và kết quả thu đợc 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 nớc ngoài thì còn gọi là " Ôxilô " Nó là một thiết bị đo lờng hiện

đại, cho phép chúng ta quan sát và nghiên cứu một cách trực quan cácloại tín hiệu dao động Việc khai thác và sử dụng D.Đ.K.Đ.T có thểgiúp chúng ta xác định đợc ( đo lờng đợc ) hàng loạt các đại lợng nh :

L, C, R, và U, T,  các dạng tín hiệu, các quá trình biến đổi tínhiệu theo thời gian, sự tổng hợp các dao động cùng phơng hoặc theohai phơng vuông góc với nhau, cùng tần số hoặc khác tần số

Bộ phận chính của D.Đ.K.Đ.T là ống phóng tia điện tử, có hệ thốnglàm lệch chùm tia điện tử bằng điện trờng Nguyên lí làm việc và cấutạo 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 nh : 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 trờng, chứ không phải

là bằng điện trờng nh trong D.Đ.K.Đ.T Do đó, việc nghiên cứu kĩ ốngphóng 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 nh : Ti Vi, Máy vi Tính

Trong những năm gần đây, D.Đ.K.Đ.T đợc sử dụng rất phổ biếnkhông những trong các nhà máy, các viện nghiên cứu khoa học mà còncả trong việc giảng dạy, học tập và nghiên cứu ở trong các trờng ĐạiHọc, các trờng Cao Đẳng cũng nh ở các trờng T.H.P.T

D.Đ.K.Đ.T , có thể xem là một phơng tiện dạy học hiện đại, nó giúpcho giáo viên dễ dàng truyền thụ kiến thức mới, cũng nh dễ dàng củng

cố lại các kiến thức cũ một cách có hiệu quả Ví dụ nh khi giảng đếnbài 13,14 : " Dòng điện xoay chiều trong các đoạn mạch chỉ có điệntrở 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 họcsinh xem sự lệch pha của các hiệu điện thế UC và UL , hay sự lệch phacủa UC và iC trên màn hình của D.Đ.K.Đ.T Chúng ta còn có thể biểudiễn các thí nghiệm khác nữa vào các buổi học ( các tiết học ) cũng nhvào các buổi thí nghiệm của môn học Vật lí

D.Đ.K.Đ.T ngày càng trở thành thiết bị nghiên cứu, đo lờng có tầmquan trọng rất lớn và không thể thiếu đợc trong các phòng thí nghiệmVật Lí ở các viện Vật Lí, các trờng Đại Học, các trờng Cao Đẳng, cáctrờng T H chuyên nghiệp và ngay cả ở các trờng P.T.T.H

Với tầm quan trọng lớn nh 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 bởivì nó phục vụ trực tiếp cho công tác nghiên cứu, học tập cho học sinh,sinh viên cũng nh 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 )

X1

B2 Mạch Máy phát

Đồng bộ răng ca 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 nh : Bộ nguồn, các mạch điềukhiển các điện áp Anốt và lới không vẽ

Các khối có nhiệm vụ nh sau :

Tín hiệu cần nghiên cứu đợc đa vào qua bộ phân áp để chọn điện ápvào thích hợp Sau đó đến bộ khuếch đại Y ( K.Đ.Y ) và đợc đa thẳngvào hai cặp điện cực làm lệch đứng Y1 và Y2 Trong trờng hợp nếu tínhiệu đủ lớn thì không cần qua bộ khuếch đại Y nữa

Một phần tín hiệu cần nghiên cứu từ bộ K.Đ.Y đợc đa qua mạch

đồng bộ ( ĐB ) để kích thích máy phát xung răng ca ( máy phát quét) Sau đó qua bộ khuếch đại X ( K.Đ.X ) đa vào cặp điện cực làm lệchngang X1 và X2

Trong trờng hợp muốn sử dụng tín hiệu đồng bộ ngoài, thì qua côngtắc B2 tín hiệu đợc đa thẳng vào mạch động bộ để kích thích cho máyphát quét làm việc

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

Trớc khi đo các đại lợng nh : Điện áp, tần số, hay chu kì thìchúng ta phải chuẩn lại thang đo theo thời gian cũng nh theo biên độnhờ có các khối chuẩn biên độ , chuẩn thời gian

* Bộ tạo điện áp quét

* Bộ khuếch đại của dao động kí

Than chì.(E)

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 đợc 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, Lới điều chế M , Các Anốt A1, A2 - Nh 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

Khi sợi đốt F đợc nung nóng thì xuất hiện các điện tử đợc 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 đợc chùm tia điện tử nhỏ là do các điện cực M, A1,A2 có các điện thế khác nhau tạo thành một điện trờng không đều tácdụng lên chùm tia điện tử và làm hội tụ chùm tia đó trên màn huỳnhquang

Sau đây, chúng ta sẽ xét quỹ đạo

của chùm tia điện tử khi đi qua Chùm C

điện trờng của hai Anốt A1 và tia e

A2 Điện thế tại A2 lớn hơn A1

nên chiều của đờng sức của A1 Đờng sức A2 điện trờng đơc tạo bởi các của điện trờng

điện cực này là từ A2 tới A1 Hình3: Điện trờng giữa A1 và A2 (

hình vẽ: 3 )

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

Nh vậy, tại vị trí C khuynh hớng của chùm tia điện tử là chuyển

động dọc theo trục ống đồng thời co ép lại ( hội tụ lại ) theo phơng bánkính của chùm tia điện tử

Sang tới vị trí D thì thành phần lực điện theo phơng vuông góc đổichiều làm cho chùm tia điện tử có khuynh hớng tản ra ( phân kì ) khỏitrục ống

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

D ít bị cong hơn so với vị trí C Do đó phân lợng vận tốc theo phơngbán kính ở vị trí D có trị số nhỏ hơn so với vị trí C Hay nói cách khác,khuynh hớng hội tụ của chùm tia điện tử là nhiều hơn khuynh hớngphân kì Tác dụng của các Anốt A1, A2 nh một thấu kính để hội tụchùm tia điện tử Nếu biến đổi điện áp cung 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 Vì vậy, Anốt A1 còn đợc gọi là Anốttiêu tụ

Tác dụng của điện trờng giữa Anốt A1 và lới M cũng hình thànhmột thấu kính điện tử tơng tự Nó cũng hội tụ sơ bộ chùm tia điện tử Điện áp A2 đợc 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 phátsáng với một độ sáng thích hợp Khi điện áp trên điện cực A2 tăngthì 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

Hình dạng của các điện cực đợc biễu diễn nh 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 cácAnốt đều có 1, 2 hoặc 3 vách ngăn Tác dụng của các vách ngăn làngăn chùm tia điện tử không đi quá xa trục ống, từ đó dễ dàng hội tụchùm 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 kì Nh vậy do cấutạo, hình dạng của các điện cực và điện áp đặt lên các điện cực màchúng ta có đợc súng điện tử, có khả năng phát ra chùm tia điện tử vàtiêu tụ đợc chùm tia này trên màn huỳnh quang

2 Hệ thống cặp điện cực làm lệch :

Chùm tia điện tử nhỏ, gọn đợc súng điện tử tạo ra trớc khi bắn tớimàn hình quang thì có qua một hệ thống các cặp điện cực làm lệch đặtlần lợt trớc và sau vuông góc với nhau bao quanh trục ống- hình 5: Một cặp theo phơng ngang gọi là cặp điện cực làm lệch X Còn mộtcặp theo hớng thẳng đứng gọi là cặp điện cực làm lệch Y Nếu trên mộtcặp điện cực làm lệch có đặt một hiệu điện thế U thì khoảng khônggian giữa chúng xuất hiện một điện trờng Khi chùm tia điện tử

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

tử bị thay đổi quỹ đạo chuyển động

e.U.L122.m.v02.d

v0Y2

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

trờng của cặp điện cực làm lệch

Sự phụ thuộc này đợc 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 trờng

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

e.U.L1.L2m.v02.d

X1

xUx yUy

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 trớc khi bay vào điện trờng của cặp điện cực làm lệch

U : Hiệu điện thế giữa các cặp điện cực

e, m: lần lợt là điện tích và khối lợng của điện tử

Nếu gọi x, y lần lợt là khoảng cách lệch của chùm tia theo phơng x

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

αX=

(3) : Độ nhạy của ống phóng tia điện

Y = tử theo phơng ngang và chiều dọc

Nó là độ lệch của chùm tia sáng trên màn hình khi đặt trên cặp điệncực 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)

Từ (3) ta suy ra:

=> αX=

(4)

αY=

Vì điện áp trên Anôt A2 còn có nhiệm vụ là tăng tốc cho chùm tia

điện tử, hay nói cách khác bình phơng vận tốc của chùm tia điện tử tỷ

lệ với điện áp UA2 Kết hợp với (4) ta thấy khi tăng điện áp UA2 thì độsáng của chùm tia trên màn hình tăng, nhng làm giảm độ lệch củachùm điện tử hay làm giảm độ nhạy của ống

Trong một số trờng hợp, muốn tăng

độ nhạy của ống mà không thể tăng

e.Uxm.v

0x

2.d

e.Uym.v

0y

2.d

chiều dài L của cặp điện cực vì không

thể tăng quá mức chiều dài của ống

Do đó ngời ta thờng chế tạo ra cặp

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 thờng gặp.

nên có thể xem nh các hạt điện tử ngay lập tức va vào màn hình và coiD.Đ.K.Đ.T nh 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) màdạng tín hiệu thu đợc 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 tổnghợp hai chuyển động thành phần của điện tử theo phơng X và Y (vuônggóc nhau)

3 Màn hình quang :

Màn hình quang đợc chế tạo bằng cách: Phủ một lớp mỏng chấthuỳnh quang ( ví dụ nh chất phốt pho, ZnS, ZnO + SiO2 + Mn ) lêntrên bề mặt trong của tấm thuỷ tinh trong suốt

Khi có điện tử bắn vào thì tại những vị trí bị bắn phá, chất huỳnhquang sẽ đợc phát sáng Sau tác dụng bắn phá của các điện tử thì tạinơi bị bắn phá đó ánh sáng vẫn còn đợc giữ lại một thời gian ngắn.Thời gian này gọi là độ d huy của màn hình Với sự cấu tạo của cácchất huỳnh quang khác nhau thì màn hình có độ d huy khác nhau Vàtuỳ theo công dụng quan sát tín hiệu biến đổi nhanh hay chậm màD.Đ.K.Đ.T dùng các ống phóng tia điện tử có độ d huy lớn hay bé

Về màu sắc, thì tuỳ theo chất huỳnh quang mà D.Đ.K.Đ.T có các vệtsáng ( các dạng dao động ) trên màn hình có các màu sắc khác nhau

Để dễ quan sát thì ánh sáng thờng dùng là màu xanh lá cây, vì màuxanh lá cây thờng thích nghi với sinh lý của mắt Với các D.Đ.K.Đ.T

Lớp huỳnh quang

Thuỷ tinh

tTq

Uq

cần dùng để chụp lại ảnh thì màu của vệt sáng hay dùng là màu tím vìmàu này bắt nhạy với phim ảnh Với các D.Đ.K.Đ.T dùng để quan sátcác quá trình biến đổi chậm thì dùng các ống tia có độ d huy cao

Bằng phơng pháp bốc bay trong chân không, ngời ta phủ thêm mộtlớp nhôm rất mỏng, đều và dày khoảng 50 nm (hình7)

II Bộ tạo điện áp quét :

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

Để có đợc hình dạng của tín hiệu dao động biến thiên theo thờigian trên màn hình của D.Đ.K.Đ.T, thì ngời ta phải đa điện áp của tínhiệu cần nghiên cứu lên cặp điện cực làm lệch Y, còn trên cặp điện cựclàm lệch X là điện áp quét răng ca

Điện áp răng ca là điện áp có hình dạng biến thiên bậc nhất theothời gian nh hình răng ca ( hình 9 )

Hình 9: Dạng lý tởng của điện áp răng ca.

Với điện áp này chùm tia điện tử đợc quét với vận tốc đều theo

phơng ngang

Um0

t4 t5 t1 t2 t3

Tth t2

t3

t4

t5

t

t

t1

t1 t2 t3 t4 t5

Y2 Tq

Nh vậy, dới tác dụng đồng thời của cả hai điện trờng giữa hai cặp

điện cực làm lệch, mà chùm tia điện tử dịch chuyển theo cả hai phơng

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 tơng ứng theo thời gian nh sau :

Y1 Uth

X1 X2

Uq

Hình10: Giản đồ các điểm tơng ứng

giữa tín hiệu nghiên cứu và điện áp quét khi Tq = Tth.

Khi U0 = Um thì điểm sáng ( ứng với vị trí chùm tia điện tử trên màn huỳnh quang) sẽ ở đầu giới hạn cuối của đờng quét màn so với điểm giới hạn đầu là khi điện áp bằng không (điểm 1 và điểm 5 trên hình 10) Sau khi hết một chu kỳ thì chùm tia điện tử trở về vị trí cũ Sau đó, với các chu kỳ tiếp theo, nó lại cũng đợc quét đi quét lại trên cùng một quỹ đạo đó của màn huỳnh quang Nếu tần số quét đủ cao, màn huỳnh quang có độ d huy đủ lớn ở mức cần thiết thì khi chỉ mới có điện áp quét đặt vào cặp điện cực làm lệch ngang X thì ta có một đờng sáng theo phơng 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 ca 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 đợc Hiện tợng 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 ca :

Để có điện áp răng ca nh mong muốn thì chúng ta lấy điện áp trên một tụ điện khi nó đang phóng điện Do đó dạng điện áp răng ca thu

đợc trên thực tế là bị cong vì chúng biến thiên theo quy luật làm số

mũ :

( Công thức này dễ dàng chứng

minh đợc nhờ áp dụng ĐL Kiess

xốp áp dụng cho mạch chỉ chứa tụ

và nguồn )

Muốn cho dạng tín hiệu điện áp

quét gần giống dạng lý tởng thì

ngời ta chỉ lấy 1 phần nhỏ ở đầu

của đờng cong điện áp Uc Hình11: Dạng điện áp trên các bản của tụ

khi tụ tích điện và phóng điện.

Điện áp ( xung ) răng ca trên thực tế có dạng nh hình 12

Phần điện áp răng ca có tốc độ biên thiên chậm hơn là phần thờigian 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 ngợc ( Tng ) , nó cần thiết

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 ngợc thì ở thời

điểm bắt đầu phóng, chúng ta đặt trên lới điều chế một điện áp âm lớncản trở không cho chùm tia điện tử đi đến màn huỳnh quang

UC =

Hình12: Dạng xung răng

ca thu đợc

3 Mạch tạo điện áp quét :

Trong dao động ký điện tử, ngời ta thờng sử dụng hai chế độ quét

để tạo ra điện áp quét răng ca, 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 kỳcủa tín hiệu )

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

Hình 13 minh hoạ các trờng hợp đồ thị dao động có đợc khi thực

hiện quét đợi và quét liên tục

bé, không thể tiến hành quan sát và đo lờng đợc

Hình 13 - b : Là trờng hợp khi lấy chu kỳ quét bằng ớc số nguyêncác chu kỳ tín hiệu ( nT0= T ) Khi đó, trên dao động đồ, hình dạngxung sẽ đợc khuếch đại ra, đã tận dụng đợc kích thớc của màn hình nh-

ng đờng sáng vẽ dạng của tín hiệu lại rất mờ so với độ sáng của đờngquét ngang Sỡ dĩ nh vậy vì trong n lần xuất hiện điện áp quét thì chỉ cómột 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 ápquét ).

Do vậy, phải thực hiện quét đợi nh 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 ca Có nh vậy dao động đồ mới đợc nh ý muốn

của ta

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

áp răng ca khi có xung kích thích đồng bộ

Xét mạch tạo điện áp quét gồm :

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

* Một mạch Trigơ schmit không đảo ( đầu vào đảo của bộ khuếch

đại thuật toán đợc nối đất qua điện trở R7 ) - Hình 14:

Đầu vào đảo của mạch schmit là tín hiệu đồng bộ, còn đầu vàokhông đảo của mạch là điện áp U1 của bộ tạo xung răng ca đợc đa vàoqua điện trở R6

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

U2  Vcc - 1 (v) hoặc U2  - ( V EE - 1) (v) (6) Giả sử đầu ra của mạch schmit là âm và đầu vào răng ca tới mạchschmit ở mức tối thiểu của nó Các điện áp ở cả hai đầu của bộ chia ápR5 và R6 là âm, do đó ở chỗ nối của R5 và R6 cũng phải âm Nh vậy,

điện áp ở đầu không đảo của bộ khuếch đại thuật toán ( KĐTT ) là dớimức của đầu đảo ( tiếp đất ) và đâù ra của mạch Trigơ schmit vẫn

giữ bão hoà theo chiều âm

Hình14: Mạch tạo điện áp quét đợi.

Khi điện áp răng ca tăng lên, điện áp ở chỗ nối R5 và R6 tăng về 0(v)

Khi điện áp răng ca đạt tới một mức dơng đủ cao thì đầu không đảo

cũng đã tăng hơn mức 0(v) một chút Điều đó khiến cho đầu ra của

mạch schmit chuyển từ mức bão hoà âm sang bão hoà theo chiều dơng

Bây giờ điện áp ra dơng, khiến cho chỗ nối của R5và R6 trở nên dơng

hơn Điện áp dơng đó ở đầu không đảo có xu hớng giữ cho đầu ra của

mạch schmit bão hoà theo chiều dơng Mức điện áp vào ( tới R6 ) khiến

Mạch trigơ Schmit

Mạch tạo xung

răng ca.

+VCC

U 2 – 0 R5

VCC – 1 R5 (A) (6)

cho đầu ra chuyển sang dơng đợc biết nh là điểm khởi động trên Đểcho đầu ra chuyển sang âm một lần nữa thì điện áp vào tới R6 phảigiảm tới một mức âm nào đó, khi này đầu không đảo ở dới mức 0(v).Mức điện áp vào âm cần để khởi động cho đầu ra của mạch schmit bãohoà âm đợc gọi là điện khởi động dới và về trị số nó bằng điểm khởi

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 :

ở bộ tạo xung răng ca, 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 dơng ( Vcc) để cung cấp một điện áp theo địnhthiên không đổi VB 1 cho Bazơ của Tranzitor npn T1 Điều này khiếncho độ sụt áp trên điện trở Emitơ R3 trở thành một đại lợng không đổi

Khi đầu ra của mạch khởi động trên trở nên dơng thì lớp tiếp xúcBazơ - Emitơ của T2 định thiên ngợc, IB2 ngừng chạy và Tranzitor T2chuyển sang trạng thái ngắt Dòng không đổi I1 bây giờ chạy tới tụ

điện C1 nạp cho nó một cách tuyến tính và tạo ra điện áp răng ca

Ph-ơng trình cho điện áp răng ca là :

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 mứckhởi động trên đối với mạch Schmit Lúc đó đầu ra của mạch Schmit trở nên dơng một lần nữa, làm T2 đóng và phóng điện nhanh qua c1.

Khi điện áp trên tụ C1 giảm xuống tới mức khởi động dới của mạchSchmit, 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 đợc lặp đi lặp lại liên tục tạo ra một xung răng

ca có biên độ là U1 Dạng sóng xung U2 cũng đợc tạo ra tại đầu ra củamạch khởi động Schmit Mạch đầy đủ đợc gọi là bộ tạo sóng răng cachạy tự do

(A) (9)

(v) (10)

Biên độ của dạng sóng răng ca của nó rõ ràng có đợc là nhờ các

điểm khởi động trên và dới của mạch Trigơ Schmit Chu kỳ T của xungrăng ca phụ thuộc vào dòng điện nạp I1 và vào điện dung C1 Dòng I1

có thể thay đổi đợc nhờ điều chỉnh biến trở R3

Để đảm bảo điều chỉnh tần số trong dải rộng thì tụ C1 đợc bố trí ởnhiều 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 củacặp điện cực làm lệch đứng Y Bộ khuếch đại này là bộ khuếch đại dảirộng Độ rộng của dải thông tần tuỳ thuộc vào yêu cầu quan sát củaphổ tín hiệu nghiên cứu Ví dụ nh : Với D.Đ.K.Đ.T đơn giản thì bộkhuếch 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 thiênnhanh 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 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 đểkhuếch đại tín hiệu ngoài khi không dùng bộ tạo điện áp quét răng ca.Khi không có bộ khuếch đại ngang X, mà chỉ cần khuếch đại tín hiệutheo cặp điện cực làm lệch ngang X thì ngời ta dùng bộ khuếch đaị

đồng bộ

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 nh bộ khuếch đại X chỉ cần dảithông tần hẹp, hệ số khuếch đại nhỏ và không thực hiện đảo pha ở đâura

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

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 tửcũng đều phải đợc biến đổi thành hai điện áp bằng nhau và ngợc nhau :+ E/2 (v) và - E/2 (v) Bởi vì khi thế ở điện cực trên là + E/2(v)

và điện cực dới 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 dơng và bị đẩykhỏi điện cực âm Chùm tia điện tử có thể đợc lái ( làm lệch ) bằng cáchtiếp đất một điện cực và tác dụng vào điện cực kia một thế dơng hoặc

âm có trị số là E(v) Trong trờng hợp này thế ở điểm giữa khoảngtrống giữa hai điện cực có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 0(v) Điều này cóthể gây ra sự gia tốc ngang hoặc làm giảm tốc của các hạt điện tử, dovậy làm thay đổi tốc độ của chùm tia Khi đó các điện áp làm lệch dơng

và lệch âm bằng nhau có thể không gây ra những sự lệch nh 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 hởng

Điều trên đòi hỏi phải có một bộ khuếch đại vốn nhận tín hiệu vào làmột 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 bộkhuếch đại Emitơ chung Còn các Tranzitor T1 và T4 là các mạch gánhEmitơ để tạo ra điện trở vào cao Khi điện áp vào tới bộ chọn điện ápvào 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 đợc điều chỉnh ở mức đấtthì điện thế của các cực Bazơ của các tranzitor T2 và T3 đều ở mức thế

âm so với đất ( - VB2 = - VB3 ) Do đó dòng IC2 = IC3 và các độ sụt áptrên 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

đ-ợc mắc trực tiếp với các tấm lái tia ( điện cực làm lệch )

Tiếp điện động của chiết áp R4 thờng phải nằm cách đều mỗi đầu.Khi tiếp động dịch về phía bên trái thì điện trở trong mạch Emitơ củatranzitor 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 ngợc lại Nh vậy, R4 đóng vai trò là điện trở điều khiển cânbằng 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,

đ-ợc đa vào qua bộ chia điện áp vào của bộ khuếch đại và nuôi các điệncực làm lệch thẳng đứng Điện áp vào sau khi đợc chia áp xuất hiện ởcực Bazơ của tranzitor T1 nơi đó nó đợc làm giảm tiếp ( thông qua R1 và

R2 ) và sau đó đợc đa vào cực Bazơ của tranzitor T2 Một tín hiệu vàotheo chiều dơng sẽ tạo ra điện áp theo chiều dơng ở cực Bazơ của

tranzitor T2 , khiến cho dòng IC2 tăng và dòng IC3 giảm Khi dòng IC2

tăng lên khiến cho điện thế VC2 ( đầu ra ) giảm xuống dới mức đất thôngthờng, và dòng IC3 giảm 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 lợng tiếntheo chiều âm thì dòng IC2 giảm và dòng I C3 tăng thêm Bây giờ ∆VC2 làdơng 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 khitiếp điểm động ở giữa, thì cực Bazơ của tranzitor T4 ở mức đất Bằngcách điều chỉnh tiếp điểm động của R10 hoặc một điện áp một chiều d-

ơng hoặc âm đợc đa vào cực Bazơ của tranzitor T4 Khi điện thế VB4 làdơng thì điện áp trên cực Bazơ của tranzitor T3 tăng theo chiều dơng, 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 nh vậy đợc đa vào các cặp

điện cực làm lệch để làm lệch (hoặc di chuyển ) chùm tia điện tử trênmàn hình

Khi điện trở R10 đợc điều chỉnh để tạo ra điện áp âm tại cực Bazơcủa tranzitor T4 thì chùm tia điện tử đợc điều chỉnh xuống dới tâm mànhình Sự di chuyển một chiều ( D.C ) đó không ảnh hởng tới dạng sóngcần hiện hình Tuy nhiên, việc điều chỉnh điện trở R10 làm dịch

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

Phần iii : Dao động kí điện tử hai chùm tia. Trong những trờng hợp cần so sánh nhiều tín hiệu cần đo, ta phảikhảo sát hai hay nhiều quá trình trong cùng một thời gian ( cùng mộtlúc ) Vấn đề này đợc giải quyết bằng các biện pháp:

* Mỗi một quá trình cần nghiên cứu đợc dùng một D.Đ.K.Đ.Triêng biệt

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

ở biện pháp thứ nhất, ta phải dùng nhiều D.Đ.K.Đ.T khác nhau, mỗiD.Đ.K.Đ.T nghiên cứu một quá trình riêng biệt.Với cách thức thực hiện

nh 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 lệxích 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 trìnhcần nghiên cứu Việc chế tạo ống phóng tia điện tử loại này gặp nhiềukhó khăn, đó là làm sao khử đợc tác dụng ảnh hởng lẫn nhau của cácchùm tia điện tử Khó khăn này càng tăng khi chùm tia điện tử càngnhiều Vì vậy, thông thờng 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 )