Tài liệu Chương 4: Máy hiện sóng doc

Ch ng 4. Máy hi n sóngươ ệ
Ch ng 4. Máy hi n sóngươ ệ
Mục đích:
Cung cấp cho người học khái niệm, công dụng, cấu
tạo, nguyên lý hoạt động, các chế độ quét, đồng bộ, tổ hợp
các chế độ làm việc của máy hiện sóng, Ứng dụng các chế
độ làm việc vào thực tế.
Yêu cầu:
Sau khi học người học nắm chắc được cấu tạo,
nguyên lý làm việc của MHS, biết vận dụng các chế độ làm
việc vào trong thực tế.

4.1 NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY
HIỆN SÓNG
4.2 NGUYÊN LÝ HIỆN HÌNH TRONG MÁY
HIỆN SÓNG
4.3 HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY HIỆN SÓNGTHEO
SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG
4.4 MỞ RỘNG DẢI TẦN CHO MHS- MÁY HIỆN
SÓNG 2 TIA
N i dung Ch ng 4 g mộ ươ ồ
N i dung Ch ng 4 g mộ ươ ồ

I. CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI.
1-Công dung:
Trong kỹ thuật quân sự cũng như các ngành khoa học
khác, việc nghiên cứu các đại lượng biến đổi theo thời gian
là một vấn đề quan trọng. Để quan sát dạng tín hiệu và đo
các tham số của tín hiệu đó người ta sử dụng thiết bị đo
lường vạn năng được gọi là máy hiện sóng hoặc theo phiên

âm tiếng nước ngoài là ôxilô.
Vậy máy hiện sóng là thiết bị đo dùng để quan sát dạng
tín hiệu thông qua đó đo lường các tham số của nó như biên
độ, tần số, góc lệch pha giữa hai tín hiệu...... Ngoài ra máy
hiện sóng còn dùng trong rất nhiều các phép đo khác như: vẽ
đặc tuyến tần số của bộ khuếch đại, vẽ đường cong từ trễ,
nếu lắp thêm các thiết bị bổ trợ máy hiện sóng có thể kiểm
tra điện trở, tụ điện, đi ốt....Tóm lại máy hiện sóng như một
thiết bị đo lường vạn năng được dùng rộng dãi trong kỹ thuật
vô tuyến và các ngành trong quân sự cũng như trong nghiên
cứu khoa học.
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG

I. CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI.
2- Phân loại.
Dựa vào nguyên lí hoạt động:
+ MHS cơ
+ MHS điện tử
- MHS điện tử có nhiều loại:
+Theo số tia:
- Máy hiện sóng 1 tia
- Máy hiện sóng 2 tia
- Máy hiện sóng nhiều tia
+Theo độ lưu ảnh:
- MHS lưu ảnh (t
lưu
> 0,1”)
- MHS không lưu ảnh (t
lưu
< 0,1”)

Hiện nay với sự phát triển của kỹ thuật số người ta còn tạo được các loại
máy hiện sóng sử dụng tín hiệu dạng số để lưu giữ vào bộ nhớ gọi là máy
hiện sóng số. Ở chương này ta chỉ nghiên cứu MHS một tia điều khiển bằng
điện trường.
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG

Một số loại máy hiện sóng
thông dụng
C1-65A
C1-68 C114/1
V252

4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG
II. NGUYÊN LÍ XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG.
1- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ống tia điện tử.
Bộ phận chủ yếu của máy hiện sóng là ống tia điện tử nó thực
hiện chức năng vẽ dạng tín hiệu trên máy hiện sóng.
ống tia điện tử là một ống thuỷ tinh chứa chân không bên trong có
các điện cực sắp xếp theo một quy luật nhất định.
Về cấu tạo có thể coi ống tia điện tử gồm 3 phần cơ bản: súng điện
tử, bộ phận làm lệch, màn huỳnh quang.
Y X
A3
A3
C
S
K
L
A
1

A
2
PĐ
PN
+
R
1
R
2
-
M

II. NGUYÊN LÍ XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG.
1- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ống tia điện tử.
Phần thứ nhất: Súng điện tử có tác dụng tạo ra chùm tia điện tử
nhỏ, bắn tới màn huỳnh quang và làm phát sáng ở màn huỳnh
quang. Súng điện tử gồm : Sợi đốt S, Katốt K, lưới điều chế L, các a
nốt 1 (A
1
) Anốt 2 (A
2
).
Khi katốt K bị nung nóng bởi sợi đốt S nó sẽ phát xạ điện tử
trên bề mặt của nó xuất hiện một lớp mây điện tử. Dưới tác dụng
của điện thế dương so với katốt trên các anốt 1 (A
1
) khoảng 300
đến 500V và anốt 2 (A
2
) khoảng từ 1,5 đến 2 KV các điện tử bị hút

về phía màn ảnh M.
Khi đi qua điện trường giữa lưới L và A nốt 1 (L - A
1
) và điện
trường giữa a nốt 1 và a nốt 2 (A
1
- A
2
) các điện tử này được hội tụ
thành một tia mảnh. Các điện trường nói trên đóng vai trò như một
thấu kính hội tụ tia điện tử trong đó vai trò của điện trường (A
1
- A
2
)
là quan trong hơn cả. vì vậy người ta dùng để thay đổi độ hội tụ.
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG

II. NGUYÊN LÍ XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG.
1- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ống tia điện tử.
Thay đổi điện thế trên Anốt 1 (A
1
) nhờ chiết áp R
2
còn Anốt 2 nối đất. Núm R
2

được đưa ra ngoài mặt máy kí hiệu là “ hội tụ”. Thay đổi điện thế trên A
2
thay

đổi được tốc độ chùm tia điện tử nên anốt này gọi là anốt tăng tốc. Tuy nhiên
thay đổi điện thế trên A
2
làm ảnh hưởng độ nhạy của ống tia điện tử.
Để thay đổi độ sáng có 2 cách thay đổi vận tốc chùm tia điện tử hoặc
thay đổi mật độ điện tử trong chùm tia. Muốn thay đổi vận tốc cần thay đổi
điện thế trên các a nốt 1 và 2 nhưng như vậy ngoài ảnh hưởng đến độ nhạy
của ống tia điện tử còn ảnh hưởng rất lớn đến độ hội tụ nữa. Do vậy thông
thường điều chỉnh độ sáng của hình ảnh bằng cách thay đổi mật độ của
chùm tia điện tử bằng cách thay đổi điện thế trên lưới điều chế.
Điện thế trên lưới L được thay đổi nhờ chiết áp R
1
và chiết áp này đưa ra
mặt máy kí hiệu là “ độ sáng”. Như vậy nhờ súng điện tử có thể tạo ra được
chùm tia điện tử và điều chỉnh được chùm tia điện tử hội tụ được tại một
điểm trên màn huỳnh quang, do thay đổi được mật độ chùm tia điện tử nên
có thể điều chỉnh được độ sáng của hình ảnh trên màn hiện sóng.
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG

II. NGUYÊN LÍ XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG.
1- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ống tia điện tử.
Phần thứ 2: Hệ thống làm lệch
Hệ thống làm lệch gồm 2 cặp phiến một cặp theo phương vuông góc
gọi là cặp phiến đứng Y, một cặp theo phương nằm ngang gọi là cặp
phiến X, 2 cặp phiến này tạo ra 2 trường tĩnh điện điều khiển tia điện tử
theo 2 trục đứng và ngang.
Nếu trên mỗi cặp phiến làm lệch có đặt một điện áp (gọi là điện áp
điều khiển) thì khoảng không gian giữa chúng tạo thành một điện trường.
Khi tia điện tử đi qua giữa 2 phiến do bị tác động của điện trường này nó
bị thay đổi quỹ đạo chuyển động. Khoảng cách lệch của điểm sáng trên

màn so với vị trí ban đầu phụ thuộc vào cường độ trường và thời gian bay
của điện tử qua khoảng không gian giữa 2 phiến. Cường độ điện trường
càng lớn, thời gian bay càng lâu thì độ lệch càng lớn.
Phần thứ ba: Màn ảnh M của đèn là một lớp huỳnh quang phủ lên lớp
đáy của đèn. Màu sắc và độ lưu ảnh phụ thuộc vào chất huỳnh quang.
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG

1- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ống tia điện tử.
*. Độ nhạy của ống tia điện tử và máy hiện sóng
Vì tác dụng của 2 phiến làm lệch là như nhau nên ta xét cặp phiến Y làm ví
dụ.
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG
M
A
2
L
y
K
U
A2 K
l
y
d
y
Y
U
y
=0
U
y

≠0

1- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ống tia điện tử.
Cường độ điện trường tỷ lệ với điện áp điều khiển U
Y
đặt lên cặp phiến làm lệch Y
và tỷ lệ nghịch với d
y
. Thời gian bay của điện tử qua khoảng giữa 2 phiến tỷ lệ
nghịch với độ dài của phiến l
y
và tỷ lệ nghịch với tốc độ của điện tử. Tốc độ chùm
tia điện tử lại tỷ lệ với điện áp trên Anốt, ngoài ra độ lệch của tia điện tử còn tỷ lệ
với L
y
. Do vậy độ lệch theo trục đứng Y của tia điện tử dưới tác dụng của điện áp
điều khiển U
y
trên phiến làm lệch đứng được xác định như sau:

Y là độ lệch của điểm sáng trên màn theo trục Y được tính ra mm
U
A2
là điện áp trên a nốt 2, L
y
là khoảng cách từ điểm giữa của phiến lệch đến màn,
d
y
là khoảng cách giữa 2 phiến làm lệch tính ra mm. Từ công thức 2.1 ta xác định
độ nhạy của ống tia điện tử:

Tương tự đối với trục X
ta cũng tính được độ nhạy tương tự:
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG
2
.
2
y y
oy
y A
l L
Y
S
U dyU
= =
2
.
2
x x
ox
y A
l L
Y
S
U dxU
= =
2
. .
2 .
y y y

A
U l L
Y
dy U
=

1- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ống tia điện tử.
Độ nhạy của ống tia điện tử chính là độ dịch chuyển của điểm sáng trên màn với
một đơn vị điện áp điều khiển đặt trên phiến làm lệch. Thông thường độ nhạy
của ống tia điện tử nhỏ hơn 0,1 mm/v. Để đảm bảo độ nhạy cần thiết thì điện áp
U
A2
không được chọn lớn, như vậy động năng của điện tử lại không đảm bảo
làm phát sáng trên màn. Để khắc phục tình trạng này, người ta đưa thêm một a
nốt A
3
nữa vào phía sau của 2 phiến làm lệch gần sát màn M. Điện áp này khá
cao thường từ 10- 20KV thực chất là lớp than chì dẫn điện quét lên bề mặt xung
quanh thành ống tia điện tử. Nhờ điện trường của a nốt A
3
điện tử được gia tốc
thêm sau khi qua trường làm lệch mà không ảnh hưởng đến độ nhạy của ống tia
điện tử. Ngoài ra nó còn có tác dụng thu nhận các điện tử phát xạ thứ cấp do va
đập vào màn huỳnh quang.
Trong máy hiện sóng, các điện áp từ đầu vào trước khi đưa tới các cặp phiến
làm lệch thường có giá trị nhỏ và đi qua các tuyến lệch đứng và lệch ngang. Để
tăng độ nhạy của máy hiện sóng ở các tuyến lệch đứng và lệch ngang thường
có các bộ khuếch đại để khuếch đại tín hiệu. Vì vậy độ nhạy chung của máy hiện
sóng ngoài sự phụ thuộc vào độ nhạy của ống tia điện tử, còn phụ thuộc vào hệ
số khuếch đại của các bộ khuếch đại.

4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG

1- Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ống tia điện tử.
Khái niệm độ nhạy của máy hiện sóng được định nghĩa là độ dịch chuyển
của điểm sáng trên màn dưới tác dụng của một đơn vị điện áp đưa đến đầu
vào của máy. Độ nhạy của máy hiện sóng được kí hiệu là Sy và Sx tương
ứng với 2 trục toạ độ xoy:
Sy= Ky.Soy
Sx=Kx.Sox
Ky và Kx là hệ số khuếch đại của 2 kênh tương ứng.
Nếu Uy và Ux là các điện áp đưa tới đầu vào máy hiện sóng thì dịch chuyển
theo 2 trục đứng và ngang sẽ là:
Y= Sy.Uy
X=Sx.Ux
X là dịch chuyển của điểm sáng theo trục X trên màn máy hiện sóng.
Y là dịch chuyển của điểm sáng trên màn theo trục Y.
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG

III. Hướng dẫn học tập
- Tài lịệu tham khảo
Giáo trình đo lường điện- vô tuyến điện HV PK-KQ 2001 trang
176- 183.
Đo lường điện – vô tuyến điện HV KTQS trang 61- 75
-Một số vấn đề cần ôn tập
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ống tia điện tử, các phương
pháp điều chỉnh độ hội tụ, độ sáng, Độ nhạy...
IV. Rút kinh nghiệm bổ xung
4.1. NGUYÊN LÝ CHUNG XÂY DỰNG MÁY HIỆN SÓNG

I- Nguyên lý hiện hình trong máy hiện sóng.

Việc tạo ảnh của MHS được thực hiện bằng cách đồng thời điều khiển tia
điện tử theo 2 trục xy (nghĩa là có 2 điện áp U
x
,U
y
đưa tới 2 đầu X,Y của MHS).
Điện trường 2 cặp phiến X (PN) phiến Y (PĐ) tác động lên tia điện tử làm tia điện
tử chuyển động vẽ lên hình ảnh trên màn.
Độ dịch chuyển theo 2 trục X, Y:
X = Sox . Ux
Y = Soy . Uy
Giả sử Ux(t) = k .t (2.6)
Ta xét trường hợp điện áp cần quan sát có dạng hình sin:
Uy(t) = Um sin ωt (2.7)
Từ (2.5),(2.6),(2.7) ta có:
X = Sox . k .t
Y = Soy . Um sin ωt
Hay: Y = Soy . Um . sin (ω/ Sox.k).X
Y = Ym . sin Ω.X (2.8)
Trong đó: Ym = S
oy
.Um ; Ω = (ω/ S
ox
.k)
Nhận thấy (2.8) có dạng tín hiệu nghiên cứu.
4.2 NGUYÊN LÝ HIỆN HÌNH TRONG MÁY HIỆN SÓNG.
KHÁI NIỆM QUÉT VÀ CÁC CHẾ ĐỘ QUÉT TRONG MÁY HIỆN SÓNG

Để giải thích một cách trực quan việc tạo ảnh chúng ta xem
hình vẽ sau:

4.2 NGUYÊN LÝ HIỆN HÌNH TRONG MÁY HIỆN SÓNG.
KHÁI NIỆM QUÉT VÀ CÁC CHẾ ĐỘ QUÉT TRONG MÁY HIỆN SÓNG
t[s]
2
1
U
Y
=U
m
.sinωt
1
Y[cm]
[V]
X[cm]
0
0
U
X
=kt
[V]
t[s]
2
3
4
5
3
4
5
1
2

3

2- Khái niệm quét và các chế độ quét trong máy hiện sóng.
Từ nguyên lý tạo ảnh trên ta nhận thấy rằng khi t→∞ thì U
x
→∞.
Mặt khác màn ảnh luôn hữu hạn nên điểm sáng dịch chuyển theo trục
X sẽ lệch ra ngoài màn hình do vậy để nhận được ảnh khi t lớn bao
nhiêu cũng được thì điện áp U
x
phải có dạng răng cưa như hình 2.4a
nhờ đó tia điện tử có thể trở về vị trí ban đầu sau khi đã dịch chuyển
ra tới rìa của màn ảnh để tiếp tục dịch chuyển một chu kỳ dịch chuyển
mới.
Một quá trình dịch chuyển như vậy được gọi là quét.
Điện áp U
x
gọi là điện áp quét. Điện áp quét có dạng như hình 2.4a
gọi là điện áp quét lý tưởng. Trong thực tế điện áp quét có dạng như
hình 2.4 b. Nghĩa là để trở về 0 điện áp quét cần có một thời gian nhất
định nào đóT
ng
gọi là thời gian quét ngược như vậy: T
q
=T
th
+T
ng
, người
ta mong muốn tỷ số T

th
/T
ng
càng lớn càng tốt thường từ 10-15 lần.
4.2 NGUYÊN LÝ HIỆN HÌNH TRONG MÁY HIỆN SÓNG.
KHÁI NIỆM QUÉT VÀ CÁC CHẾ ĐỘ QUÉT TRONG MÁY HIỆN SÓNG

4.2 NGUYÊN LÝ HIỆN HÌNH TRONG MÁY HIỆN SÓNG.
KHÁI NIỆM QUÉT VÀ CÁC CHẾ ĐỘ QUÉT TRONG MÁY HIỆN SÓNG
t
t
T
n
U
x
(t)
a/
t
T
q
T
th
U
x
(t)
b/
U
L
c/