Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó

Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

1

Lời nói đầu.
Trong q 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
hƣởng sâu sắc đến cuộc sống và cách thức làm việc của toàn xã hội. Để
phát triển đƣợc các lĩnh vực trong một tổng thể chung là điện tử thì vấn
đề đo lƣờng điện tử là một vấn đề cực kì quan trọng, cần đƣợc quan
tâm và phát triển đúng mức.
Trong kĩ thuật đo lƣờng điện tử ngày nay, kĩ thuật đo lƣờng bằng
Dao động kí điện tử ( D.Đ.K.Đ.T ) đã chiếm một vị trí rất quan trọng.
Kĩ thuật đo lƣờng bằng D.Đ.K.Đ.T là kĩ thuật đo lƣờng các thơng số
đặc tính ( ví dụ : Thông số về cƣờng độ, thông số về thời gian ... ) của
các linh kiện điện tử trên D.Đ.K.Đ.T. Phƣơng pháp đo lƣờng này rất
đơn giản, dễ thực hiện và kết quả thu đƣợc thì khá chính xác nên nó rất
thơng dụng.
Dao động kí điện tử hay cịn gọi là " Máy hiện sóng " hay theo
phiên âm nƣớc ngồi thì cịn gọi là " Ơxilơ ". Nó là một thiết bị đo
lƣờng 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 đƣợc ( đo lƣờng đƣợc ) hàng
loạt các đại lƣợng nhƣ : L, C, R, và U, T,  ... các dạng tín hiệu, các
q trình biến đổi tín hiệu theo thời gian, sự tổng hợp các dao động
cùng phƣơng hoặc theo hai phƣơng vng góc với nhau, cùng tần số

hoặc khác tần số.

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

2

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 trƣờng. 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 nhƣ : 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 trƣờng, chứ không
phải là bằng điện trƣờng nhƣ 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
ngun lí và cấu tạo của đèn hình trong các thiết bị dân dụng nhƣ : Ti
Vi , Máy vi Tính ...
Trong những năm gần đây, D.Đ.K.Đ.T đƣợc sử dụng rất phổ biến
không những trong các nhà máy, các viện nghiên cứu khoa học mà còn
cả trong việc giảng dạy, học tập và nghiên cứu ở trong các trƣờng Đại
Học, các trƣờng Cao Đẳng cũng nhƣ ở các trƣờng T.H.P.T . . .
D.Đ.K.Đ.T , có thể xem là một phƣơng tiện dạy học hiện đại, nó
giúp cho giáo viên dễ dàng truyền thụ kiến thức mới, cũng nhƣ dễ

dàng củng cố lại các kiến thức cũ một cách có hiệu quả. Ví dụ nhƣ khi
giảng đến bài 13,14 : " Dòng điện xoay chiều trong các đoạn mạch chỉ
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 cịn có thể
biểu diễn các thí nghiệm khác nữa vào các buổi học ( các tiết học )
cũng nhƣ vào các buổi thí nghiệm của mơn học Vật lí ...

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

3

D.Đ.K.Đ.T ngày càng trở thành thiết bị nghiên cứu, đo lƣờng có
tầm quan trọng rất lớn và khơng thể thiếu đƣợc trong các phịng thí
nghiệm Vật Lí ở các viện Vật Lí, các trƣờng Đại Học, các trƣờng Cao
Đẳng, các trƣờng T .H chuyên nghiệp ... và ngay cả ở các trƣờng
P.T.T.H.
Với tầm quan trọng lớn nhƣ vậy, tơi 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 cơng tác nghiên cứu, học tập cho học sinh, sinh
viên cũng nhƣ 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. )
Phần IV : Cơng dụng của D.Đ.K.Đ.T .
Phần V : Ứng dụng của D.Đ.K.Đ.T .
( Tiến hành các thí nghiệm cụ thể và kết quả thu
đƣợc .)
Sau một thời gian nghiên cứu tài liệu và cố gắng tiến hành thí
nghiệm, đề tài đã thu đƣợc một số thành công nhất định. Tuy nhiên lần
đầu tiên mạnh dạn nghiên cứu tài liệu và làm thực nghiệm, chắc chắn

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

4

cịn nhiều hạn chế và thiếu sót, tơi mong nhận đƣợc sự góp ý và nhận
xét của quý độc giả.
Vinh, ngày 2 – 5 – 2003.

Phần I :

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

Một D.Đ.K.Đ.T một chùm tia cơ bản bao gồm các bộ phận chính
đƣợc mơ tả rõ ở hình 1:

Y
B1

Phân áp
vào

K.Đ.Y

Chuẩn
biên độ

Chuẩn
thời gian

X2
Đ.K

tia

Y1

Y2
X1

B2

Mạch
Đồng bộ

Máy phát
răng cƣa 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 nhƣ : Bộ nguồn, các mạch điều
khiển các điện áp Anốt và lƣới ... khơng vẽ.
Các khối có nhiệm vụ như sau :

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

5

Tín hiệu cần nghiên cứu đƣợc đƣa vào qua bộ phân áp để chọn điện
áp vào thích hợp. Sau đó đến bộ khuếch đại Y ( K.Đ.Y ) và đƣợc đƣa
thẳng vào hai cặp điện cực làm lệch đứng Y1 và Y2. Trong trƣờng hợp
nếu tín hiệu đủ lớn thì khơng cần qua bộ khuếch đại Y nữa.
Một phần tín hiệu cần nghiên cứu từ bộ K.Đ.Y đƣợc đƣa qua mạch
đồng bộ ( ĐB ) để kích thích máy phát xung răng cƣa ( máy phát quét) .
Sau đó qua bộ khuếch đại X ( K.Đ.X ) đƣa vào cặp điện cực làm lệch
ngang X1 và X2.
Trong trƣờng hợp muốn sử dụng tín hiệu đồng bộ ngồi, thì qua
cơng tắc B2 tín hiệu đƣợc đƣa thẳng vào mạch động bộ để kích thích
cho máy phát quét làm việc.
Mặt khác ta có thể đƣa trực tiếp tín hiệu X qua bộ K.Đ.X đến cặp
điện cực làm lệch ngang X1 và X2 qua công tắc B3
Trƣớc khi đo các đại lƣợng nhƣ : Điện áp, tần số, hay chu kì ... thì
chúng ta phải chuẩn lại thang đo theo thời gian cũng nhƣ theo biên độ
nhờ có các khối chuẩn biên độ , chuẩn thời gian .

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

Phần II :

6

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 khơng, 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, Lƣới điều chế M , Các Anốt A1, A2 - Nhƣ 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 Trƣờng Đại Học Vinh.


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

7

Y1
F
K

X2
Y2
M

A1

X1

A2

Hình2: Ống phóng tia điện tử.
Than chì.(E)

Khi sợi đốt F đƣợc nung nóng thì xuất hiện các điện tử đƣợc 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 đƣợc chùm tia điện tử nhỏ là do các điện cực M,
A1, A2 có các điện thế khác nhau tạo thành một điện trƣờng 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

điện trƣờng của hai Anốt A1 và

tia e.

C

A2. Điện thế tại A2 lớn hơn A1
nên chiều của đƣờng sức của
điện trƣờng đƣơc tạo bởi các

A1 Đƣờng sức A2
của điện trƣờng.

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


D

Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:
điện cực này là từ A2 tới A1.

8
Hình3: Điện trường giữa A1 và

A2. ( hình vẽ: 3 ).
Khi các điện tử bay tới vị trí C thì nó đồng thời chịu tác dụng của
hai thành phần lực điện, một thành. phần vng góc với chùm tia và
hƣớng vào giữa chùm tia. Cịn thành phần kia có phƣơng song song
với
chùm tia.
Nhƣ vậy, tại vị trí C khuynh hƣớng của chùm tia điện tử là chuyển
động dọc theo trục ống đồng thời co ép lại ( hội tụ lại ) theo phƣơng
bán kính của chùm tia điện tử.
Sang tới vị trí D thì thành phần lực điện theo phƣơng vng góc đổi
chiều làm cho chùm tia điện tử có khuynh hƣớng tản ra ( phân kì )
khỏi trục ống.
Do cấu tạo của các điện cực nên sự phân bố của các đƣờng sức ở
điểm D ít bị cong hơn so với vị trí C. Do đó phân lƣợng vận tốc theo
phƣơng bán kính ở vị trí D có trị số nhỏ hơn so với vị trí C. Hay nói
cách khác, khuynh hƣớng hội tụ của chùm tia điện tử là nhiều hơn
khuynh hƣớng phân kì. Tác dụng của các Anốt A1, A2 nhƣ 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 thƣờng
bằng cách thay đổi điện áp trên A1 ) thì ta có thể điều chỉnh đƣợc độ
hội tụ của chùm tia điện tử trên màn huỳnh quang. Vì vậy, Anốt A1
cịn đƣợc gọi là Anốt tiêu tụ.

Tác dụng của điện trƣờng giữa Anốt A1 và lƣới M cũng hình thành
một thấu kính điện tử tƣơng tự. Nó cũng hội tụ sơ bộ chùm tia điện tử.

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

9

Điện áp A2 đƣợc 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 cịn đƣợc gọi là Anốt tăng tốc.
Hình dạng của các điện cực đƣợc biễu diễn nhƣ 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 trƣờng đặc biệt theo ý muốn.
Do đó tạo ra khả năng hội tụ lớn hơn khả năng phân kì. Nhƣ vậy do
cấu tạo, hình dạng của các điện cực và điện áp đặt lên các điện cực mà
chúng ta có đƣợc súng điện tử, có khả năng phát ra chùm tia điện tử
và tiêu tụ đƣợc chùm tia này trên màn huỳnh quang.
2. Hệ thống cặp điện cực làm lệch :

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

10

Chùm tia điện tử nhỏ, gọn đƣợc súng điện tử tạo ra trƣớc khi bắn tới
màn hình quang thì có qua một hệ thống các cặp điện cực làm lệch đặt
lần lƣợt trƣớc và sau vng góc với nhau bao quanh trục ống- hình 5:
Một cặp theo phƣơng ngang gọi là cặp điện cực làm lệch X. Còn
một cặp theo hƣớng 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
khơng gian giữa chúng xuất hiện một điện trƣờng. Khi chùm tia điện
tử
đi qua giữa hai điện cực, do tác động của điện trƣờng này mà các điện
tử bị thay đổi quỹ đạo chuyển động.

Y1

X2

Chùm tia e
Hệ thống làm
lệch đứng.

Y2

X1

Hệ thống làm
lệch ngang
Hình5: Hệ thống cặp điện cực làm lệch.
Khoảng cách lệch của điểm sáng do chùm tia điện tử tạo lên trên
màn so với vị trí ban đầu phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai cặp điện
cực lệch, và thời gian bay của điện tử qua khoảng không gian giữa hai
điện cực ( hình 6 ).

Y1

h1 h

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

11
Chùm tia e

d

v0

h2
Y2

L1
L2
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 đƣợc biểu diễn qua biểu thức:
h = h1 + h2
Trong đó : h1 =

e.U.L1

(1)

2

2
2.m.v0 .d

: Khoảng cách lệch của chùm tia tử
vừa ra khỏi khoảng không gian diện
trƣờng.

h2 =

e.U.L1.L2

2
m.v0 .d

: Khoảng cách lệch của chùm tia
tính từ vị trí bắt đầu ra khỏi khoảng
không gian điện trƣờng.

=> h =

e.U

L12

m.v02.d

2

+ L1.L2

(2)

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 trƣớc khi bay vào điện trƣờng của cặp
điện cực làm lệch.
U : Hiệu điện thế giữa các cặp điện cực.

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

12

e, m: lần lƣợt là điện tích và khối lƣợng của điện tử.
Nếu gọi x, y lần lƣợt là khoảng cách lệch của chùm tia theo phƣơng
x và y và Ux, Uy là hiệu điện thế trên cặp điện cực làm lệch X và Y thì
khi đó :
x

ỏX =
Ux
(3) : Độ nhạy
của ống phóng tia điện
Y =

y

tử theo phƣơng ngang và chiều dọc.

Uy

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)
Từ (3) ta suy ra:
=>

ỏX =

ỏY=

e.Ux

2
m.v0x .d

(4)

e.Uy

2
m.v0y .d

Vì điện áp trên Anơt A2 cịn có nhiệm vụ là tăng tốc cho chùm tia

điện tử, hay nói cách khác bình phƣơng 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 độ
sáng của chùm tia trên màn hình tăng, nhƣng làm giảm độ lệch của
chùm điện tử hay làm giảm độ nhạy của ống.
Trong một số trƣờng hợp, muốn tăng
độ nhạy của ống mà không thể tăng

Y1

chiều dài L của cặp điện cực vì khơng
thể tăng q mức chiều dài của ống.
Do đó ngƣời ta thƣờng chế tạo ra cặp

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

13

điện cực làm lệch có loe ở đầu cuối
Y2

chứ khơng phải là một bản phẳng
hồn tồn ( hình 7 ).
Vì các hạt điện tử chuyển động

7

với tốc độ rất lớn, (khoảng 10 m/s)

Hình7: Dạng cặp điện cực làm
lệch thường gặp.

nên có thể xem nhƣ các hạt điện tử ngay lập tức va vào màn hình và
coi D.Đ.K.Đ.T nhƣ một cơng cụ khơng qn 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 đƣợc 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 phƣơng X và Y
(vng góc nhau).

3.

Màn hình quang :

Màn hình quang đƣợc chế tạo bằng cách: Phủ một lớp mỏng chất
huỳnh quang ( ví dụ nhƣ 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 đƣợc phát sáng. Sau tác dụng bắn phá của các điện tử thì tại
nơi bị bắn phá đó ánh sáng vẫn cịn đƣợc giữ lại một thời gian ngắn.
Thời gian này. gọi là độ dƣ huy của màn hình. Với sự cấu tạo của các
chất huỳnh quang khác nhau thì màn hình có độ dƣ huy khác nhau. Và

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

14

tuỳ theo cơng 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 dƣ 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 thƣờng dùng là màu xanh lá cây, vì
màu xanh lá cây thƣờng 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 dƣ
huy cao.
Bằng phƣơng pháp bốc bay trong chân không, ngƣời ta phủ thêm
một lớp nhôm rất mỏng, đều và dày khoảng 50 nm (hình7).
Lớp nhơm mỏng này có tác dụng :
* Cho phép các hạt điện tử dễ dàng
vƣợt qua lớp nhôm để đập vào lớp
chất huỳnh quang.
* Các Ion có kích thƣớc, khối lƣợng

Nhôm

Thuỷ
tinh

Lớp huỳnh
quang

lớn, vận tốc chậm bị lớp nhôm này
ngăn lại, khơng gây lên lớp Ion trên
màn hình

Hình8: Cấu tạo của màn hình
huỳnh quang.

* Làm tăng cƣờng độ sáng biểu kiến và độ tƣơng phản do có sự
phản xả ánh sáng từ lớp nhơm phía trƣớc.( khơng cho ánh sáng lọt về
phía sau lớp nhơm)
II. Bộ tạo điện áp qt :
1. Nguyên lý quét đường thẳng trong D..Đ..K..Đ..T :

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

15

Để có đƣợc hình dạng của tín hiệu dao động biến thiên theo thời
gian trên màn hình của D.Đ.K.Đ.T, thì ngƣời ta phải đƣa 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 cƣa.
Điện áp răng cƣa là điện áp có hình dạng biến thiên bậc nhất theo
thời gian nhƣ hình răng cƣa ( hình 9 )
Uq
Um
t

0

Tq

Hình 9: Dạng lý tưởng của điện áp răng cưa.
Với điện áp này chùm tia điện tử đƣợc quét với vận tốc đều theo
phƣơng ngang.
Nhƣ vậy, dƣới tác dụng đồng thời của cả hai điện trƣờng giữa hai
cặp điện cực làm lệch, mà chùm tia điện tử dịch chuyển theo cả hai
phƣơng 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 tƣơng ứng theo thời gian nhƣ sau :
Y1

Uth

t4 t5

X1

X2

t1 t2 t3

t1

t4 t5

Y2

t1

t2 t3
Tth

Uq

Sinh viênt: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trƣờng Đại Học Vinh.
2

t3
t4

t


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

16

Tq

Hình10: Giản đồ các điểm tương
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 đƣờng 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 đƣợc 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 dƣ huy đủ lớn ở mức cần thiết thì khi chỉ mới
có điện áp qt đặt vào cặp điện cực làm lệch ngang X thì ta có một
đƣờng sáng theo phƣơng 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
cƣa 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 ln di động rối loạn làm ta không quan sát đƣợc. Hiện
tƣợng 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 Trƣờng Đại Học Vinh.


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

17

Để có điện áp răng cƣa nhƣ mong muốn thì chúng ta lấy điện áp
trên một tụ điện khi nó đang phóng điện. Do đó dạng điện áp răng cƣa
thu
đƣợc trên thực tế là bị cong vì chúng biến thiên theo quy luật làm số

UC =

mũ :
( Công thức này dễ dàng chứng
UC

minh đƣợc nhờ áp dụng ĐL Kiess
xốp áp dụng cho mạch chỉ chứa tụ

UCmax

và nguồn ).
Muốn cho dạng tín hiệu điện áp

quét gần giống dạng lý tƣởng thì
ngƣời ta chỉ lấy 1 phần nhỏ ở đầu

0

t

của đƣờng cong điện áp Uc. Hình11: Dạng điện áp trên các bản của
tụ
khi tụ tích điện và phóng điện.
Điện áp ( xung ) răng cƣa trên thực tế có dạng nhƣ hình 12.
Phần điện áp răng cƣa 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 khơng

Uq

thể tức thời, mà phải có một khoảng thời

Tth

gian nhất định nào đó. Thời gian này là

Tng

khoảng quét ngƣợc ( Tng ) , nó cần thiết
0

t

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

18

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

Hình12: Dạng xung răng
cưa thu được .

điện tử dịch chuyển lại ) trong khoảng thời gian quét ngƣợc thì ở thời
điểm bắt đầu phóng, chúng ta đặt trên lƣới 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, ngƣời ta thƣờng sử dụng hai chế độ
quét để tạo ra điện áp quét răng cƣa, 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 khơng thể dùng cách quét liên tục đƣợc.
Hình 13 minh hoạ các trƣờng hợp đồ thị dao động có đƣợc khi thực
hiện quét đợi và quét liên tục.


U
Tín hiệu N.Cứu.

Xung quét a

T

a).

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K. . 40B.Lý
Trƣờng Đại Học Vinh.
.
Xung quét b
b).


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

19

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

Hình 13 - a : Là trƣờng 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 lƣờng đƣợc.
Hình 13 - b : Là trƣờng hợp khi lấy chu kỳ quét bằng ƣớc số nguyên
các chu kỳ tín hiệu ( nT0 = T ). Khi đó, trên dao động đồ, hình dạng
xung sẽ đƣợc khuếch đại ra, đã tận dụng đƣợc kích thƣớc của màn
hình nhƣng đƣờng sáng vẽ dạng của tín hiệu lại rất mờ so với độ sáng
của đƣờng quét ngang. Sỡ dĩ nhƣ vậy vì trong n lần xuất hiện điện áp
qt 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 nhƣ hình 13 – c. Q trình qt
đợi có nghĩa là cứ đợi đến khi có tín hiệu nghiên cứu thì mạch qt
mới tạo
ra điện áp răng cƣa. Có nhƣ vậy dao động đồ mới đƣợc nhƣ 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 cƣa khi có xung kích thích đồng bộ.
Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trƣờng Đại Học Vinh.


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

20

Xét mạch tạo điện áp quét gồm :
* Một bộ tạo xung răng cƣa ( tạo điện áp quét liên tục )
* Một mạch Trigơ schmit không đảo ( đầu vào đảo của bộ khuếch
đại thuật toán đƣợc nối đất qua điện trở R7 ) - Hình 14:
Đầu vào đảo của mạch schmit là tín hiệu đồng bộ, cịn đầu vào
khơng đảo của mạch là điện áp U1 của bộ tạo xung răng cƣa đƣợc đƣa
vào qua điện trở R6.
Vì bộ khuếch đại thuật tốn này có hệ số khuếch đại rất lớn, thƣờng
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 dƣơng hoặc âm.
Thông thƣờng 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 cƣa 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. Nhƣ vậy,
điện áp ở đầu không đảo của bộ khuếch đại thuật toán ( KĐTT ) là
dƣới mức của đầu đảo ( tiếp đất ) và đâù ra của mạch Trigơ schmit vẫn
giữ bão hoà theo chiều âm.

IE1
Mạch tạo xung

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trƣờng Đại Học Vinh.
răng cưa.

+VCC


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

21
R1

VB1

R3

T1

VBE+
R2

IC 1

S

.

IC2

U1

T2
C1

-V

IB2

R4

R5

U2

+VCC

R6

- VEE

C2
R7

Mạch trigơ Schmit

Hình14: Mạch tạo điện áp quét đợi.

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

Lối vào
đồng bộ


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

22

Khi điện áp răng cƣa tăng lên, điện áp ở chỗ nối R 5 và R6 tăng về
0(v). Khi điện áp răng cƣa đạt tới một mức dƣơng đủ cao thì đầu
khơng 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 dƣơng. Bây giờ điện áp ra dƣơng, khiến cho chỗ nối của R5 và
R6 trở nên dƣơng hơn. Điện áp dƣơng đó ở đầu khơng đảo có xu
hƣớng giữ cho đầu ra của mạch schmit bão hoà theo chiều dƣơng.
Mức điện áp vào ( tới R6 ) khiến cho đầu ra chuyển sang dƣơng đƣợc
biết nhƣ 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 khơng đảo ở dƣới mức 0(v). Mức điện áp vào âm cần để khởi
động cho đầu ra của mạch schmit bão hoà âm đƣợc gọi là điện khởi

động dƣới 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 hồ dƣơng. Nó cũng duy trì ở mức
dƣơng cho tới khi đầu vào giảm xuống mức khởi động dƣới, 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 R 5 và R6 ở tại mức
đất và dòng điện qua R5 sẽ là :
I=

U2

–0

=

VCC

–1

(A)

(6)

R5 qua R6 khiến
Dịng điện đó cũng chạy
R5 cho điện áp vào (điện áp khởi
động) có giá trị:
I.R6

=

( VCC

–1)

. R6

(v)

Sinh viên: Trịnh Trung Thành – K 40B.Lý Trƣờng Đại Học Vinh.
R5


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

23

Hay điện áp khởi động là:
UKĐ = ( VCC

–1).

R6

(v) (7)

Ở bộ tạo xung răng cƣa, Tranzitor T1 và các thànhR5phần liên kết với
nó tạo thành một nguồn dịng không đổi. Các điển trở R1 và R2 phân
chia điện áp nguồn dƣơng ( 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 lƣợng không
đổi.
VR3 = VB1 – VBE
Do đó dịng Emitơ E1là khơng đổi :
VB1 – V BE

IE1 =

(A)

(8)

R3

Vì dịng Colectơ của Tranzitor là xấp xỉ bằng dịng Emitơ của nó
nên I1 là dịng khơng đổi và bằng :
I1 ≈

VB1 – VBE

(A)

(9)

Có thể thay đổi I1 bằng điều chỉnh điệnR3trở R3. Khi đầu ra của mạch

khởi động là dƣơng thì dịng Bazơ IB2 chạy tới Tranzitor npn T2 qua
R4. Dòng này chuyển sang trạng thái bão hồ và tạo ra dịng Clectơ

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

24

IC2. Khi Tranzitor T2 đóng thì tụ C1 thực sự ngắn mạch và I1 chạy qua
T2 tới nguồn – V(v).
Khi đầu ra của mạch khởi động trên trở nên dƣơng thì lớp tiếp xúc
Bazơ - Emitơ của T2 định thiên ngƣợc, IB2 ngừng chạy và Tranzitor T2
chuyển sang trạng thái ngắt. Dịng khơng đổi I1 bây giờ chạy tới tụ
điện C1 nạp cho nó một cách tuyến tính và tạo ra điện áp răng cƣa.
Phƣơng trình cho điện áp răng cƣa là :
V1

=

I.t

(v)

(10)

C1

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 dƣơng một lần nữa, làm T2 đóng và phóng điện nhanh qua C1.
Khi điện áp trên tụ C1 giảm xuống tới mức khởi động dƣới 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.
Q trình mơ tả trên đƣợc lặp đi lặp lại liên tục tạo ra một xung răng
cƣa có biên độ là U1 . Dạng sóng xung U2 cũng đƣợc tạo ra tại đầu ra
của mạch khởi động Schmit. Mạch đầy đủ đƣợc gọi là bộ tạo sóng
răng cƣa chạy tự do.

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


Luận văn tốt nghiệp.

Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó.

Trang:

25

Biên độ của dạng sóng răng cƣa của nó rõ ràng có đƣợc là nhờ các
điểm khởi động trên và dƣới của mạch Trigơ Schmit. Chu kỳ T của
xung răng cƣa phụ thuộc vào dòng điện nạp I1 và vào điện dung C1 .

Dịng I1 có thể thay đổi đƣợc nhờ điều chỉnh biến trở R3 .
Để đảm bảo điều chỉnh tần số trong dải rộng thì tụ C 1 đƣợc 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 nhƣ : 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 thơng 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 cƣa, nên dải thơng tần cũng nhƣ hệ số khuếch đại của nó
bé và hẹp hơn so với bộ khuếch đại Y. Bộ khuếch đại X cịn đƣợc
dùng để khuếch đại tín hiệu ngồi khi khơng dùng bộ tạo điện áp qt
răng cƣa. Khi khơng có bộ khuếch đại ngang X, mà chỉ cần khuếch đại
tín hiệu theo cặp điện cực làm lệch ngang X thì ngƣời ta dùng bộ
khuếch đaị đồng bộ.

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