Đề tài - Đèn điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
---  ---
MÔN: Phương Pháp Nghiên Cứu Khoa Học
Đề tài:
Giáo viên hướng dẫn:
Thầy Lê Văn Hoàng
Nhóm thực hiện:
Kim Thị Sô Phiếp
Diên Nữ Thanh Thụy
Tô Ngọc Hưng
Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 5-2009
1
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Mục lục
Mục lục...............................................................................................................2
Lý do chọn đề tài:..............................................................................................4
I. Mục tiêu:..........................................................................................................5
II. Giới thiệu chung:...........................................................................................5
III. Phân loại:......................................................................................................7
IV. Catốt trong đèn điện tử...............................................................................8
1. Catốt lạnh: .......................................................................................................8
2. Catốt quang điện: ............................................................................................8
3. Catốt nhiệt : ....................................................................................................8
a. Catốt nung trực tiếp: ...................................................................................8
b. Catốt nung gián tiếp: ...................................................................................9
V. Sự phát xạ điện tử :.....................................................................................11
1. Phát xạ điện tử:..............................................................................................11
2. Phát xạ quang điện tử....................................................................................12
3. Phát xạ điện tử thứ cấp ................................................................................12

VI. Nguyên lý hoạt động chung:......................................................................12
VII. Cấu tạo:.....................................................................................................13
1. Đèn điện tử hai cực:.......................................................................................13
2. Đèn điện tử 3 cực:..........................................................................................15
3. Đèn bốn cực:..................................................................................................18
4. Đèn năm cực:.................................................................................................19
VIII. Đặc tuyến của đèn điện tử:.....................................................................20
1. Đặc tuyến anốt của đèn hai cực ....................................................................20
2. Đặc tuyến anốt của đèn 3 cực. ......................................................................21
IX. Ứng dụng:...................................................................................................22
Trang 2
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
1. Đèn hai cực:...................................................................................................22
2. Đèn ba cực:....................................................................................................23
a. Khuếch đại :...............................................................................................23
b. Tạo sóng:...................................................................................................24
3. Đèn điện tử 4 cực:..........................................................................................24
X. Ưu, nhược điểm của đèn điện tử so vơi các linh kiện bán dẫn khác:......24
1. Ưu điểm:........................................................................................................24
2. Nhược điểm:..................................................................................................25
XI. Tuổi thọ của đèn và những yếu tố ảnh hưởng:........................................25
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................27
Trang 3
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Lý do chọn đề tài:
Ngày nay, khi đời sống vật chất của con người ngày càng được nâng cao thì nhu
cầu về đời sống tinh thần cũng không ngừng phát triển. Con người cần giải trí sau khi
làm việc mệt mỏi. Lĩnh vực giải trí hiện nay rất đa dạng và phong phú, đặc biệt âm nhạc
là lĩnh vực phát triển nhất. Một bài hát hay phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: chất giọng ca
sĩ, cách hòa âm phối khí, dàn nhạc…Âm thanh trong ca nhạc rất quan trọng và ampli

được coi là xương sống của chất lượng âm thanh. Cùng với sự phát triển của các linh
kiện bán dẫn gọn, nhẹ, giá rẽ thì các loại ampli dùng các linh kiện bán dẫn trên cũng trở
nên thông dụng, dễ mua, và hợp túi tiền của đa số mọi người. Tuy nhiên, chất lượng âm
thanh của các loại ampli này thì không thể thỏa mãn các giới sành nhạc, yêu nhạc và
ampli đèn điện tử vẫn là sự ưu tiên số một trong sự lựa chọn của họ. Hiện nay, xu hướng
quay về với các loại ampli đèn là một nhu cầu và là thú vui của rất nhiều người. Họ tự
thiết kế, lắp ráp cho sản phẩm của mình, tổ chức ra những cuộc thi thiết kế và lắp ráp
ampli đèn với qui mô rất lớn. Linh kiện được quan tâm đặc biệt trong các loại ampli này
là đèn điện tử, nó đóng vai trò quyết định không kém đối với chất lượng âm thanh của
sản phẩm. Nhưng hiện nay giá cả của các loại đèn này rất đắt và khó tìm vì các hãng sản
xuất loại đèn này không còn nhiều và qui mô sản xuất lẻ tẻ. Nhóm chúng tôi chọn đề tài
“Đèn điện tử” là vì sự đặc biệt về công dụng và lịch sử phát triển của loại linh kiện này.
Trang 4
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
I. Mục tiêu:
Trình bày sơ lược về lịch sử phát triển của đèn điện tử.
Hiểu được cấu tạo cơ bản của đèn điện tử.
Nắm được nguyên lý hoạt động của nó, tìm hiểu sâu về nguyên lý hoạt động của
đèn điện tử 3 cực.
Biết cách phân loại các loại đèn điện tử khác nhau dựa vào các đặc tính của nó.
Ứng dụng của một số loại đèn điện tử.
Tìm hiểu về tuổi thọ của các loại đèn.
Ưu nhược điểm của đèn điện tử so với các linh kiện bán dẫn.
II. Giới thiệu chung:
Trước đây,đèn điện tử chân không (vacuum tube, còn được gọi tắt là tube hay
valve) còn thường được gọi là đèn điện tử hoặc bóng điện tử là một linh kiện điện tử.
Ngày nay, nhờ ứng dụng tính chất của chất bán dẫn, phần lớn các đèn này được thay thế
bằng các linh kiện điện tử khác nhỏ và rẻ hơn nhiều. Đầu thế kỉ 21, có sự quan tâm trở
lại của đèn điện tử chân không, vào thời điểm này có sự hình thành của vi ống phát ra
trường.

Bản chất của đèn điện tử có kích thước lớn, khi hoạt động toả ra nhiều nhiệt. Hiện
nay hầu hết các thiết bị điện tử đã không còn dùng đèn này nữa mà dùng các linh kiện
bán dẫn để thay thế (transistor, IC...). Tuy nhiên trong lĩnh vực chế tạo ampli cho giới
sành nhạc, người ta vẫn rất chuộng ampli đèn, lý do là vì ampli đèn có khả năng tạo ra
âm thanh trung thực bởi tính chất của nó (trình bày ở phần sau).
 Sơ lược về lịch sử phát triển của đèn điện tử và vai trò của nó đối với việc
chế tạo Ampli:
Trang 5
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Năm 1904, bóng đèn 2 cực chân không (diode) đầu tiên ra đời, bắt đầu thời kỳ điện
tử học. Hai năm sau, bóng đèn 3 cực (triode) xuất hiện, khởi nguồn cho thời hoàng kim
của ampli đèn và các thiết bị sử dụng đèn điện tử khác.
Bóng đèn 2 cực được nhà khoa học Anh John Ambrose Fleming phát minh đúng
103 năm trước. Năm 1906, Lee de Forest sáng chế ra đèn 3 cực, bóng chân không cho
phép nhận và khuyếch đại tín hiệu điện tử. Nhưng phải chờ đến những năm 20 của thế
kỷ trước, những chiếc ampli đèn đầu tiên mới được bán trên thị trường. Chúng có thiết
kế đơn giản song đảm nhiệm chức năng khuếch đại tín hiệu rất thành công. Tất cả các sơ
đồ thiết kế chỉ sử dụng một loại đèn duy nhất được sản xuất thời bấy giờ là đèn 3 cực
đốt trực tiếp (direct heating triode). Khi ấy, người chơi phải dùng ampli đèn một cách rất
cẩn thận vì đèn còn hiếm và giá rất cao.
Các ampli cổ đa phần sử dụng biến áp nối tầng (interstage transfomer) để hiệu suất
hoạt động của đèn đạt được mức cao nhất. Thời đó tầng công suất không phải lúc nào
cũng đòi hỏi phải có biến áp bởi vì một số loa cổ có trở kháng rất cao (hơn 2.000 ohm,
trong khi ngày nay, đa số đều từ 4-8 ohm) và các loa đời cổ có thể nối trực tiếp với
anode của đèn qua một tụ đầu to khổng lồ.
Những bóng đèn đời đầu có độ khuếch đại và công suất khá hạn chế. Tuy nhiên, sự
phát triển của công nghệ chế tạo đèn đã nhanh chóng biến ampli trio trở thành những
thiết bị thân thiện và ngày càng mạnh hơn, dễ sử dụng hơn. Tính chất phức tạp của các
mạch điện cũng bắt đầu tăng dần.
Đến cuối những năm 50, đầu 60, các ampli dùng transitor gọn nhẹ xuất hiện và

những chiếc đèn vừa to, vừa nóng, lại hoạt động kém hiệu quả đã dần bị lãng quên trên
thị trường đại chúng.
Nhưng vẫn có nhiều nhà sản xuất khẳng định khả năng của đèn khi nó còn có một
số thế mạnh và transistor chưa thể cạnh tranh được. Nhiều hãng sản xuất đồ hi-end lớn
nhỏ đã tiếp tục sản xuất ampli đèn nhiều năm sau khi transitor ra đời. Vào thập kỷ 70,
Jean Hiraga, người tiên phong trong phong trào hi-fi của nước Pháp, là người đầu tiên
Trang 6
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
tuyên bố hoàn toàn tin tưởng chất lượng âm thanh của ampli đèn cao hơn hẳn ampli bán
dẫn.
Trong số các hãng kỳ cựu còn tồn tại từ những năm 1970, 1980 cho đến nay có các
tên tuổi như Audio Research, EAR, Jadis, Conrad Johnson, Audio Note và VTL. Hiện
các hãng này đều đang hoạt động cùng với vô số các nhà sản xuất ampli đèn khác với
nhiều hướng thiết kế rất đa dạng.
III. Phân loại:
Đèn điện tử có rất nhiều loại, nhiều công dụng khác nhau nên có rất nhiều cách
phân loại.
Về mặt công dụng có thể chia làm đèn khuyếch đại, đèn nắn điện, đèn tách sóng,
đền đổi tần, đèn phát, đèn tạo sóng, đèn chỉ thị...
Về mặt chế độ công tác có thể chia làm đèn làm việc theo chế độ liên tục, đèn làm
việc theo chế độ xung.
Về mặt tần số có thể chia làm đèn âm tần, đèn cao tần, đèn siêu cao tần.
Về mặt kết cấu nội bộ đèn có thể chia làm đèn 2 cực, đèn 3 cực, 4 cực, năm cực, nhiều
cực, đèn ghép, đèn kép, đèn nung trực tiếp, đèn nung gián tiếp đèn ca tốt lạnh. Về mặt
kết cấu ngoại hình có thể làm làm đèn vỏ thủy tinh, đèn vỏ kim loại, gốm.
Về mặt làm nguội có thể chia làm đèn làm nguội tự nhiên, làm nguội bằng gió, làm
nguội bằng nước chảy đối lưu, làm nguội bằng cách bay hơi.
Về cách bố trí các chân đèn để sử dụng đế đèn có thể chia làm loại 8 chân (octal), 9
chân tăm (noval), Rimlock, chân chìa...
Người ta còn chia làm loại đèn chân không và đèn có khí, trong đó có đèn

gazotron, thyratron, đèn ổn áp (Stabilitron).
Về nguyên lý công tác, đèn điện tử còn có các loại manhêtron, klystron, đèn sóng
chạy dùng cho lĩnh vực siêu cao.
Trang 7
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Về hiệu ứng sử dụng còn có các loại đèn tia âm cực dùng cho máy hiện sóng, máy
thu hình áp dụng tính năng điện – quang để xem sóng, xem hình có các loại đèn quang
điện (tế bào quang điện) đèn nhãn quang điện để thể hiện sự biến đổi ánh sáng thành sự
biến đổi của dòng điện dùng cho âm thanh chiếu bóng hoặc trong thiết bị kiểm tra tự
động.
Tóm lại, có rất nhiều cách phân loại đèn điện tử và có rất nhiều loại đèn điện tử
thực hiện được nhiều yêu cầu kỹ thuật phức tạp và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực
khác nhau của kỹ thuật.
IV. Catốt trong đèn điện tử
Trong đèn điện tử catốt là điện cực phát xạ các điện tử thường có các loại sau :
1. Catốt lạnh:
Trong một số đèn, người ta dùng loại chất liệu đặc biệt có công thoát của loại điện
tử thấp nên dưới sức hút của anốt có điện áp dương cũng có được điện tử phát xạ.
Những catốt đó là catốt lạnh hay catốt nguội.
2. Catốt quang điện:
Trong các dụng cụ quang điện, catốt phát xạ điện tử không phải do nung nóng mà
do ánh sáng chiếu vào, đó là catốt quang điện .
3. Catốt nhiệt :
Catốt nhiệt là catốt phát xạ điện tử do nung nóng.
a. Catốt nung trực tiếp:
Catốt nung trực tiếp là sợi kim loại thuần như
vônfram hoặc vônfram phủ một lớp thori hoặc kim loại
phủ một lớp áo oxit bari, calci, stronti.
Trang 8
H

i
n
h

1
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Sợi kim loại làm catôt này được mắc vào giá đỡ và có dạng như hình 1 trong đó:
1. Lò xo
2. Tấm đỡ bằng mica
3. Sợi vônfram
4. Lớp áo oxyt
Nung nóng sợi kim loại lên bằng cách đấu hai đầu nung vào một nguồn điện. Tới
nhiệt độ công tác sợi tương ứng thì các catốt đó phát xạ nhiệt điện tử. Trong đó :
- Catốt vônfram 23000 - 27000 độ C
- Catốt thori 16000 - 18000 độ C
- Catốt oxyt 10000 - 11000 độ C
- Catốt bary 7000 - 9000 độ C
Trong loại catốt trên, loại có hiệu quả phát xạ thấp là vônfram, loại có hiệu quả
phát xạ cao là catôt oxýt.
Với 1W công suất nung nóng, catốt vônfram chỉ cho được dòng điện 6mA trong
khi catốt oxýt có thể cho được dòng điện tới 150mA. Catốt nung trực tiếp đồng thời làm
cả hai nhiệm vụ: nhiệm vụ gia nhiệt của sợi nung và nhiệm vụ phát xạ của catốt.
b. Catốt nung gián tiếp:
Catốt nung gián tiếp có kết cấu khác với catốt nung trực tiếp. Catốt nung trực tiếp
là loại catốt dùng ngay bản thân sợi kim loại nung nóng đó để phát xạ điện tử. Catốt
nung gián tiếp thì chia ra thành 2 nhiệm vụ riêng:
- Sợi nung chuyên làm nhiệm vụ gia nhiệt tức là được đấu vào nguồn nung sợi để
nung nóng lên. Bản thân sợi nung không phát xạ điện tử.
- Catốt lớp áo ngoài chuyên làm nhiệm vụ phát xạ điện tử. Catốt không đấu vào
nguồn điện nung sợi nhưng cũng được nung nóng lên do nhiệt lượng của sợi nung cung

cấp.
Trang 9
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Kết cấu của catốt nung gián tiếp như hình 2. Sợi nung 4 là dây kim loại vônfram
được bao bằng một lớp cách điện và chịu nhiệt 1 đặt trong một ống hình trụ bằng kền.
Mặt ngoài của ống trụ bằng kền này được phủ một lớp áo oxýt 3. Chính lớp áo oxýt này
được nung nóng lên sẽ phát xạ điện tử và được nối ra ngoài để làm catốt.
Kết cấu của catốt nung gián tiếp
1. Lớp bọc cách điện
2. Ống trụ kền
3. Lớp áo oxyt
4. Sợi nung
So sánh hai loại catốt nung trực tiếp và nung gián
tiếp ta thấy:
- Catốt nung trực tiếp kết cấu đơn giản hơn, hiệu suất
sử dụng năng lượng cao hơn, thời gian gia nhiệt để có thể
phát xạ điện tử ngắn hơn. Tuy nhiên catốt nung trực tiếp
nếu dùng điện xoay chiều để làm nguồn nung sợi thì dòng
phát xạ không đều, có thể biến động theo tần số của nguồn
nung sợi và có thể tạo ra thành tiếng ù, tạp âm ra gánh sử
dụng.
Catốt nung gián tiếp có kết cấu phức tạp hơn, hiệu
suất sử dụng năng lượng thấp hơn, thời gian gia nhiệt lâu
hơn (tới 40-50 giây), có quán tính về nhiệt lớn hơn. Tuy
nhiên catốt nung gián tiếp có dòng phát xạ đều hơn, nếu nung bằng điện xoay chiều thì
do có quán tính về nhiệt nên ít bị nhạy cảm với sự biến động của dòng nung sợi xoay
chiều.
Trang 10
Hinh 2