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

mục lục
Lời mở đầu
Ch-ơng I: DĐKĐT một chùm tia

A. Cấu tạo của DĐKĐT một 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
Ch-ơng II: DĐKĐT hai chùm tia
I. Cấu tạo và ph-ơng pháp sử dụng DĐKĐT hai chùm tia
II. Nguyên lý làm việc chuyển mạch điện tử
III. Các loại DĐKĐT
Ch-ơng III: Những ứng dụng của DĐKĐT trong đo l-ờng
I. Các nguyên tắc cơ bản của phép đo dùng DĐKĐT
II. Đo l-ờng bằng DĐKĐT
III. Cách xác định biên độ, chu kỳ ( tần số ), độ lệch pha của tín hiệu
Ch-ơng IV: Thực hành ph-ơng 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
Kết luận chung
Tài liệu tham khảo

-1-


Lời mở đầu
Đất n-ớc ta đang v-ơn lên trong những năm đầu thế kỷ XXI, thế kỷ mà
cả thế giới đang có nhiều chuyển biến. Đặc biệt là cuộc cách mạng khoa học

công nghệ hiện đại phát triển, sự bùng nổ thông tin, trí thức nhân loại tăng vọt
cả về chÊt l-ỵng lÉn sè l-ỵng. ThÕ kû cđa nỊn kinh tế trí thức.
Tr-ớc tình hình đó, sự nghiệp giáo dục nói chung, các ngành nghiên cứu
khoa học nói riêng của n-ớc ta cũng cần có những b-ớc thay đổi căn bản
nhằm thích 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
mạnh các lĩnh vực trong một tổng thể chung là điện tử thì ngành kỷ thuật đo
l-ờng điện tử là một vấn đề cực kỳ quan trọng, cần đ-ợc quan tâm và phát
triển hơn nữa .
Trong suốt quá trình học tập và tìm hiểu tôi thấy kỷ thuật đo l-ờng các
đại l-ợng điện và không điện đặc biệt là kỷ tht ®o l-êng b»ng dao ®éng ký
®iƯn tư chiÕm mét 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 tác
giảng dạy, học tập và nghiên cứu trong các Tr-ờng Đại học, Cao đẳng, Trung
học chuyên nghiệp cũng nh- các tr-ờng THPT ... Thông th-ờng không phải
chỉ đo các đại l-ợng vật lý, các thông số, đặc tính mà còn tự động ghi lại các
giá trị của nó thay đổi theo thời gian.
Dao động ký điện tử ( DĐKĐT ) hay còn gọi là " Máy hiện sóng" hay
theo phiên âm còn gọi là " ô - xi - lô " . Nó là một thiết bị đo l-ờng 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 đ-ợc khá chính xác. Việc khai thác
DĐKĐT có thể giúp chúng ta xác định đ-ợc hàng loạt các đại l-ợng nh-: L,
R, C, U, I, T, sự tổng hợp của dao động cùng ph-ơng hoặc hai ph-ơng
vuông góc với nhau, cùng tần số hoặc khác tần số. Vì vậy tôi muốn đi sâu
-2-


tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của DĐKĐT nhằm nâng cao
trình độ hiểu biết của bản thân đồng thời góp phần vào việc mở rộng ứng dụng

của DĐKĐT vào công tác nghiên cứu, đo l-ờng các đại l-ợng vật lý của các
ngành có liên quan. Với tầm quan trọng đó, cùng với sự h-ớng dẫn của thầy
D-ơng Kháng đà giúp tôi lựa chọn đề tài: " Dao động ký điện tử và ứng

dụng của nó trong đo l-ờng".
Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đà hết sức cố gắng tìm hiểu và tiến
hành thí nghiệm nh-ng với khả năng của bản thân, thời gian cũng nh- nguồn
tài liệu hạn hẹp nên không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong ý kiến đóng góp
của 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, Tr-ờng Đại
học Vinh, đăc biệt là thầy giáo D-ơng Kháng đà tận tình h-ớng dẫn, giúp đỡ
tôi hoàn thành đề tài nµy.

-3-


Ch-ơng I
Dao động ký điện tử Một chùm tia
Dao động ký điện tử ( DĐKĐT ) hay "máy hiện sóng" có khi còn gọi
theo phiên âm là "Ô-xi-lô" là một thiết bị đo l-ờng đa chức năng hiển thị
kết quả đo d-ới dạng đồ thị trên màn sáng ( màn hình ) có thể quan sát
đ-ợc.
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 chùm
tia.
A. cấu tạo của dao động ký điện tử một chùm tia

Cấu tạo của dao động ký điện tử mét chïm tia gåm:
* èng phãng tia ®iƯn tư.
* Bé tạo điện áp quét.

* Bộ khuếch đại của dao động ký.
I. èng phãng tia ®iƯn tư
èng phãng tia ®iƯn tư hay đèn hiện sóng là một ống chân không, có vỏ
làm bằng thuỷ tinh bên trong chứa các điện cực làm lệch. Đầu ống có dạng
hình 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 có
quét một lớp mỏng huỳnh quang. Bên trong vách thành, cuối ống có quét
một lớp than chì dẫn điện suốt từ hai cặp ®iƯn cùc lµm lƯch tíi mµn hnh
quang (E).
èng tia ®iƯn tử đ-ợc cấu tạo:
* Súng điện tử.
* Hệ thống cặp cực làm lệch tia điện tử.
* Màn huỳnh quang.
-4-


R5
R8

A1

M

K

R6
R7 R9

C

Uy

C

A2
Y1
PN

X1

Màn
huỳnh quang

PĐ

F

Y2

X2

Than chì
R1
R3
_
+

R2

R4

R10

R13

R11

C

R14

C

Ux

R12

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, l-ới 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 bắn
tới 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 đ-ợc cấu tạo từ những oxit kim loại giàu
điện tử tự do ). Tạo ra trên bề mặt katốt K một đám mây ®iƯn tư. D-íi t¸c
dơng cđa tr-êng tÜnh ®iƯn UAK c¸c 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 đ-ợc
chùm tia điện tử nhỏ là do các điện cực M, A1, A2 có các điện thế khác nhau

tạo thành một điện tr-ờng không đều tác dụng lên chùm tia điện tử và làm hội
tụ chùm tia đó lên màn huỳnh quang.

-5-


Sau đây, chúng ta sẽ xét quỹ đạo của chùm tia ®iƯn tư khi ®i qua ®iƯn
tr-êng cđa hai anèt A1 và A2. Điện thế tại A2 lớn hơn A1 nên chiều của đ-ờng
sức của điện tr-ờng đ-ợc 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 hai
thành phần lực điện, một thành phần vuông góc với chùm tia và h-ớng vào
giữa chùm tia. Còn thành phần kia có ph-ơng song song với chùm tia.
Nh- vậy, tại vị trí C khuynh h-ớng của chùm tia điện tử là chuyển động
dọc theo trục ống đồng thời co ép lại ( hội tụ lại ) theo ph-ơng bán kính của
chùm tia điện tử.
Sang tới vị trí D thì thành phần lực điện theo ph-ơng vuông góc đổi
chiều, làm cho chùm tia điện tử có khuynh h-ớng tản ra ( phân kỳ ) khỏi trục
ống.

C

Chùm
tia e

D
A1
Đuờng sức của
điện trừơng

A2

Hình 2: Điện tr-ờng giữa Anốt A1 và A2
Do cấu tạo của các điện cực nên sự phân bố của các đ-ờng sức ở điểm D
ít bị cong hơn so với điểm C. Vì vậy phân l-ợng vận tốc theo ph-ơng bán kính
ở vị trí D có trị số nhỏ hơn so với vị trí C. Hay nói cách khác, khuynh h-ớng
hội tụ của chùm tia điện tử là nhiều hơn khuynh h-ớng phân kỳ. Tác dụng cđa
anèt A1, A2 nh- mét thÊu kÝnh ®Ĩ héi tơ 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 th-ờng bằng cách thay đổi điện áp trên A 1 ) thì ta có thể điều chØnh
-6-


đ-ợc độ hội tụ của chùm tia điện tử trên màn huỳnh quang. Do đó anốt A 1
còn gọi là anốt tiêu tụ.
Tác dụng của điện tr-ờng giữa anốt A 1 và l-ới M cũng hình thành một
thấu kính t-ơng tự. Nó cũng hội tụ sơ bộ chùm tia điện tử. Điện áp tại A2
đ-ợc 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 A 2 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 đ-ợc 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 tr-ờng đặc biệt theo ý muốn. Do đó tạo ra khả năng hội
tụ lớn hơn khả năng phân kỳ.
Để điều chØnh ®é héi tơ ®ã ta ®iỊu chØnh U A1 bằng cách điều chỉnh
điện trở R3, không điều chỉnh U A2 vì anốt A2 nằm gần các phiến làm lệch
khi chùm tia điện tử đi qua khoảng không gian của phiến làm lệch thì d-ới
tác dụng của tr-ờng làm lệch ( đ-ợc tạo ra bởi U x và Uy ) làm cho tia điện

tử lệch khỏi trục của ống theo quy lt cđa U x vµ Uy . Do cã l-u ảnh nên
quỹ đạo thu đ-ợc là một đ-ờng nét liền.
Để điều chỉnh độ sáng của hình ảnh trên màn huỳnh quang có thể tiến
hành một trong hai ph-ơng pháp:
+ Thay ®ỉi mËt ®é chïm tia ®iƯn tư.
+ Thay ®ỉi vận tốc của chùm tia điện tử.
Để thay đổi vận tốc thì ta có thể đặt thêm một anốt A3 ngay trên màn
hình ( ph-ơng pháp này khó điều chỉnh đ-ợc độ sáng tối nên ít khi dùng ).
Để thay ®ỉi mËt ®é cđa chïm tia ®iƯn tư th× ta thấy rằng cực l-ới M có
điện thế âm so với katốt K đến Anốt. Vì vậy chúng ta chỉ cần thay đổi một
l-ợng nhỏ điện áp trên cực l-ới M ( gọi là điều chỉnh độ sáng tối ). Trên
hình 1 ta cã thĨ ®iỊu chØnh ®iƯn trë R 2. Nh- vậy do cấu tạo, hình dạng của
-7-


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 đ-ợc chùm tia này trên
màn huỳnh quang.
2. Hệ thống cặp điện cực làm lệch
Trong ống phóng tia điện tử còn bố trí các cặp bản cực để làm lệch
các tia ®iƯn tư vỊ phÝa ngang ( theo trơc X ) và phía thẳng đứng ( theo trục
Y ). Các cặp bản cực đó đ-ợc gọi là tấm lệch đứng và tấm lệch ngang.
Mạch gồm các điện trở R 5 R9 cÊp ngn cho phiÕn lƯch ®øng, nÕu
®iỊu chØnh ®iƯn trở R 7 thì có thể thay đổi đ-ợc theo chiều đứng của tia điện
tử trên màn huỳnh quang.
Mạch gồm các điện trở từ R 10 R14 cấp nguồn cho phiến lệch ngang,
nếu điều chỉnh R12 thì thay đổi đ-ợc vị trí chiều ngang của tia điện tử trên
màn huỳnh quang. Sở dĩ ta điều chỉnh vị trí các vạch theo chiều đứng và
chiều ngang vì mục đích để quan sát rõ hơn.
Hiệu điện thế của tín hiệu cần nghiên cứu đ-ợc đ-a vào hai phiến lái

dọc Y làm cho hiệu điện thế giữa hai phiến Y thay đổi theo tín hiệu đ-a
vào và tia electron ( điện tử ) bị đ-a lên, đ-a xuống. Hiệu điện thế quét theo
thời gian ( dạng răng c-a ) ở trong máy đ-ợc đ-a vào hai phiến ngang X
làm cho hiệu điện thế giữa hai phiến X thay đổi và tia điện tử bị đ-a từ trái
màn hình sang phải màn hình. Tới bên phải thì tia tr-ớc tắt, tia sau lại xuất
hiện bắt đầu từ bên trái và lại đ-ợc quét sang bên phải. ( Sự hoạt động của
cặp phiến làm 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 vẽ
trên màn hình một đ-ờng cong ( đồ thị ) có dạng sóng mà trục tung là biên độ
của điện áp cần nghiên cứu, còn trục hoành là trục thời gian. Khi điều chỉnh
tần số của điện áp quét bằng ( hoặc nhỏ hơn n lần ) tần số của tín hiệu thì trên
màn hình cho ta một hoặc n chu kú cđa tÝn hiƯu.

-8-


U
0

~

t

~

U
0

t

Hình 3: Sự hoạt động của cặp phiến làm lệch
3. Màn huỳnh quang
ở đây màn sáng huỳnh quang đ-ợc làm bằng thuỷ tinh, mặt bên trong
đ-ợc phủ một vài lớp máng huúnh quang ( nh- chÊt phèt pho, ZnS, ZnO +
SiO2 + Mn) thì tại những vị trí bắn phá chất huỳnh quang sẽ phát sáng. Sau
tác dụng bắn phá của các điện tử thì tại nơi bị bắn phá đó ánh sáng vẫn còn
đ-ợc giữ lại một thời gian ngắn.
Thời gian này gọi là độ d- huy của màn hình. Với sự cấu tạo của các
chất huỳnh 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 ống phóng tia điện tư cã ®é d- huy lín hay bÐ.

-9-


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 sát
thì ánh sáng th-ờng dùng là màu xanh lá cây, vì màu xanh lá cây th-ờng
thích nghi với sinh lý của mắt. Với các DĐKĐT 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 DĐKĐT dùng để quan sát các quá trình biến đổi chậm thì
dùng các ống tia có độ d- huy cao.
Bằng ph-ơng pháp bốc hơi trong chân không, ng-ời ta phủ thêm một
lớp nhôm rất mỏng, đều và dày khoảng 50 nm. Lớp nhôm mỏng này có tác
dụng:
Cho phép các hạt điện tử dễ dàng v-ợt qua lớp nhôm để đập vào lớp
chất huỳnh quang.
Các ion có kích th-ớc, khối l-ợng lớn, vận tốc chậm bị ngăn lại
không gây lên lớp ion trên màn hình.

Làm tăng c-ờng độ sáng biểu kiến và độ t-ơng phản do có sự phản
xạ ánh sáng từ lớp nhôm phía tr-ớc ( Không cho ánh sáng loạt về phía sau
lớp nhôm ).

Lớp
nhôm mỏng

Chân không
Lớp
huỳnh quang

Hình 4: Cấu tạo của màn huỳnh quang

- 10 -


II. bộ tạo điện áp quét

1. Nguyên lý vẽ hình cđa tia ®iƯn tư
y = f(t) = A sin  t.

Cần nghiên cứu tín hiệu:
Đ-a vào phiến lệch đứng có dạng:

U y = A sin t.

Đ-a vào phiến lệch ngang có dạng:

Ux = kt.

Khi đó trên màn hình nhận ®-ỵc quan hƯ: y=f(x) cơ thĨ nh- sau:
Chu kú T của tín hiệu Uy chia làm 8 phần đều nhau. Trục tín hiệu U x
cũng chia làm 8 phần đều nhau, khi đó:
Ux 0
Uy 0

+ Tại t0=0 

Ux  U x1

Uy  U y1

Tia ®iƯn tư ë vị trí ( 0 , 0 ).

+ Tại t1=

T
8

+ Tại t2=

Ux  U x max
2T

8
Uy  U y max

Tia ®iƯn tử ở vị trí ( U xmax , Uymax).

+ Tại t3=

Ux  U x 3
3T

8
Uy  U y1

Tia ®iƯn tư ở vị trí

( U x3 , Uy1 ).

+ Tại t4=

Ux U x 4
4T

8
Uy 0

Tia điện tử ở vị trÝ

( U x4 , 0 ).

+ T¹i t5=

Ux  U x 5
5T

8
Uy U y1

Tia điện tử ở vị trí

( U x5 , -Uy1 ).

+ T¹i t6=

Ux  U x 6
6T

8
Uy U y max

Tia điện tử ở vị trí ( Ux6 , -Uymax ).

+ T¹i t7=

Ux  U x 7
7T

8
Uy U y1

Tia điện tử ở vị trí

( Ux7 , -Uy1 ).

Tia điện tử ở vị trí

( U x8 , 0 ).





Ux  U x8
+ T¹i t8= T 
Uy 0

Tia điện tử ở vị trí ( Ux1 , Uy1 ).

- 11 -


BiĨu diƠn b»ng h×nh vÏ nh- sau:

Uy2
Uy1
T

t

0

x

0

- Uy1

0
t1

Ux1

Ux3

Ux8

Ux = k t
Tth

t3
Tq

t7
T
t

Hình 5: Giản đồ các điểm t-ơng 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 U x
sẽ có dạng răng c-a, một chu kỳ của điện áp U x thì tia điện tử phải quét
từ vị trí ban đầu đến mép phải và quay về vị trí ban đầu U x đ-ợc gọi là
điện áp quét.
Điện áp quét U x không thể giảm tức thời mà phải có thời gian quét

độ nên trong thực tế: t q =t qt + t qn
Trong thêi gian quÐt thuận điện áp U x tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất,
trong thời gian này tia điện tử vẽ hình còn trong thời gian quét ng-ợc
tia điện tử không vẽ hình mà vẽ lên màn một đ-ờng thẳng gọi lµ tia quÐt

- 12 -


ng-ợc, để xoá tia quét ng-ợc ng-ời ta phải tạo ra một xung xoá đó là xung
âm, tồn tại trong khoảng thời gian quét ng-ợc, xung xoá đ-ợc đ-a vào cực
l-ới của ống tia điện tử.

Ux lý tuởng

t
t

Ux thực tế

t

Hình 6: Dạng điện áp trên các bản của tụ khi tụ tích điện và phóng
điện
3. Các chế độ quét
Căn cứ vào chế độ làm việc của bộ tạo ra điện ¸p quÐt ng-êi ta chia
ra hai chÕ ®é quÐt nh- sau:
Quét liên tục: Bộ tạo điện áp quét làm việc ở chế độ tự di động khi
mở máy là đà có điện áp quét U x .
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 th-ờng nh- đà trình bày trên.
Chế độ quét đợi là chế độ dùng để quan sát các xung rời rạc cách
nhau khá xa. Máy phát quét đ-ợc khởi động bởi các tín hiệu cần quan sát.
Việc đồng bộ tín hiệu đo và tín hiệu quét đ-ợc thực hiện tự động.

- 13 -


mức khởi động cao
U1

mức khởi động thấp
T

UCC -1V

U2

UEE -1V

Hình 7: Mạch tạo điện áp quét đợi

- 14 -


x
TÝn hiƯu
nghiªn cóu

U

T

t

a)

Tq = T
Xung qt a

t

Tq

b)

Xung qt b

c)
Xung qt c

Tq

=

x

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

T
lớn.
x

Nếu sử dụng chế độ quét liên tục ta thấy phần đầu của thời gian quét
thuận có xung, nên tia điện tử vẽ hình còn phần lớn thời gian còn lại tín hiệu
Uy = 0 nên tia điện tử vẽ 1 đ-ờng thẳng, vì vậy trên màn hình cho ta một xung
rất hẹp, rất khó quan sát ( hình 8a ).
Nếu sử dụng chu kỳ quét bằng -ớc số nguyên các chu kỳ tín hiệu
( nT0 =Tq ). Khi đó trên dao động đồ, hình dạng xung sẽ đ-ợc khuếch đại
ra, đà tận dụng đ-ợc kích th-ớc của màn hình nh-ng đ-ờng sáng vẽ dạng của
tín hiệu lại rất mờ so với độ sáng của đ-ờng quét ngang ( hình 8b ).
Nếu sử dụng chế độ quét đợi ( Tq = x ) thì khi có xung mới có điện áp
quét, tia điện tử sẽ vẽ hình cho ta một xung rõ ràng rất thuận tiện cho việc
quan sát ( hình 8c ).
Căn cứ vào dạng của điện áp quét thì ta có:
Chế độ quét thẳng: Điện áp quét có dạng hình răng c-a.
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 tr-ờng hợp đặc biệt của quét sin:

- 15 -


Uy =A1 Sin ( it  1 )

Khi ta cã:

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

Khi  =0 tia ®iƯn tư qt một đ-ờng thẳng nằm trong góc 1/4 thứ 1 và
thứ 3 ( hình 9 a ).
Khi =1350 tia điện tử quét một đ-ờng thẳng nằm trong góc 1/4 thứ 1
và thứ 3 ( hình 9 b ).
Khi =900 tia điện tử quét một vệt sáng có dạng hình elip với các bán
trụ là x0 và yo ( hình 9 c ).
Khi  =1800 tia ®iƯn tư qt mét đ-ờng thẳng nằm trong góc 1/4 thứ 2
và thứ 4 ( hình 9 d ).

(a)

(b)

(c)

(d)

Hình 9: Dạng đặc biệt của quét sin.
Nếu biết điều chỉnh các tín hiệu, sao cho trên màn hình xuất hiện một
trong các tín hiệu ở trên ta sẽ biết đ-ợc góc lệch pha giữa các tín hiệu đó.
4. Điều kiện đồng bộ
Đối với tr-ờng hợp Tq = Tth ( thêi gian quÐt b»ng thêi gian qt tÝn hiƯu ).
Trong kho¶ng thêi gian qt thn tia ®iƯn tư vÏ h×nh cơ thĨ, ®Õn ci thêi
gian qt thuận tia điện tử có vị trí là ( Uxmax và Uy ). Đến cuối thời gian quét
ng-ợc tia điện tư trë vỊ vÞ trÝ ( 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 đ-ợc một hình đầy đủ và tối thiểu.
- 16 -

§èi víi tr-êng hỵp Tq < Tth ( chu kú tÝn hiƯu ): Sau mét chu kú qt, h×nh
vÏ xong thì tia điện tử đà quay trở về vị trí ban đầu nên hình của chu kỳ quét
thứ 2 không trùng với chu kỳ quét thứ nhất. Do đó trên màn hình các hình vẽ
không trùng nhau và ta không thu đ-ợc 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

Y

phân áp
vào

Y

khuếch đại
Y

chuẩn
biên độ

PĐ

chuẩn
thời gian

PN

1
2
3

K2

KĐ
đồng bộ

quét
liên tục

1
2
3

K3

1
2
3

K1

1

X

1

2
3

50 Hz

K3'

Quét đợi

mạch vào
X

2
3

K3"

khuếch đại
X
NGUồN

Hình 10: Sơ đồ khối DĐKĐT một chùm tia
Cấu tạo của DĐKĐT một chùm tia đ-ợc 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 đ-a tín hiệu cần nghiên cứu vào cặp phiến đứng P Đ. Nhiệm vụ
của bộ chuyển chậm là nhằm tạo sự đồng bộ giữa X và Y.

- 17 -

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 áp
vào phiến lệch ngang PN , nếu điện áp đ-ợc tạo ra từ DĐKĐT thì gọi là chế độ
đồng bộ trong. Nếu điện áp quét đ-a từ ngoài vào thì gọi là chế độ đồng bộ
ngoài.
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 kỳcác khoá K1, K2, K3 đều ở vị
trí 1.
Tín hiệu nghiên cứu đ-a vào qua khối giữ chậm vào khuếch đại Y, có tín
hiệu đủ lớn đ-a vào cặp phiến đứng PĐ. Một phần tín hiệu qua điện áp ra của
mạch vào, qua K2 đi vào khuếch đại đồng bộ dùng để khuếch đại một phần tín
hiệu. 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 ng-ợc. Đầu ra 2 tạo ra xung
răng c-a đ-a 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 trên
màn 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 víi chu kú cđa

xung:  x << T. Kho¸ K1 ë vÞ trÝ 1, K2 ë vÞ trÝ 1, K3 ở vị trí 2 khi đó chế độ quét
liên tục sẽ bị thay thế bằng bộ quét đợi. ở chế độ này khi mở máy trên màn
- 18 -


hình DĐKĐT chỉ có một điểm sáng, chỉ khi có tín hiệu thì mới có điện áp
quét.
3. Chế độ đồng bộ ngoài
Dùng để đo tần số, đo góc lệch pha và vẽ đặc tuyến vôn ampe của
Tranzitor, khoá K1 ở vị trí 1, khoá K2 ở vị trí 2 và khóa K3 ở vị trí 3. Trong chế
độ này bộ quét liên tục, bộ quét đợi và khuếch đại đồng bộ đều không làm
việc. Tín hiệu đồng bộ ngoài đ-a vào khuếch đại X thay cho điện áp quét tạo
ra từ trong máy nh- các chế độ tr-ớc.
4. Chế độ ®ång bé 50 Hz
Cịng lµ tÝn hiƯu ®ång bé ngoµi nh-ng là nguồn điện 50Hz, khoá K 1 ở vị
trí 1, khoá K2 ở vị trí 3 và khóa K3 ở vị trí 3, chế độ này dùng để kiểm tra mạch
quét khi có sự cố, và sử dụng tạm thời khi ch-a khắc phục đ-ợc sự cố của
mạch quét.
Ví dơ: Khi ®ang sư dơng chÕ ®é mét ( 1 ) mà mất quét thì có khả năng
hoặc quét liên tục hoặc khuếch đại X bị hỏng.
Khắc phục: Đ-a máy DĐKĐT về chế độ 50Hz và có quét thì kết luận bộ
quét 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 điện
cực làm lệch đứng Y. Bộ khuếch đại này là bộ khuếch đại dải rộng. Độ rộng
của 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 khoảng
chừng 150 200 KHz. Đặc biệt đối với các DĐKĐT dùng để ghi lại các tín

hiệu 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 bộ
khuếch đại X. Nhiệm vụ của bộ khuếch đại X là chỉ khuếch đại điện áp răng
c-a, nên dải thông tần cũng nh- hệ số khuếch đại của nó bé và hẹp hơn so với

- 19 -


bộ khuếch đại Y. Bộ khuếch đại X còn đ-ợc dùng để khuếch đại tín hiệu
ngoài khi không dùng bộ tạo điện áp quét răng c-a. Khi không có bộ khuếch
đại ngang X, mà chỉ cần khuếch đại tín hiệu theo cặp điện cực làm lệch ngang
X thì ng-ời ta dùng bộ khuếch đại đồng bộ.
Trong các DĐKĐT có quét đợi thì bộ khuếch đại đồng bộ ( dùng để
khuếch ®¹i tÝn hiƯu ®ång bé ), cịng nh- bé khch đại X chỉ cần dải thông
tần hẹp, 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 đ-ợc biểu diễn qua hình 11.
Một điện áp bất kỳ nào đó dùng để làm lệch tia điện tử cũng đều
phải đ-ợc biến đổi thành hai điện áp bằng nhau và ng-ợc chiều nhau
+E/2 và -E/2, muốn vậy phải có bộ khuếch đại để khi có tín hiệu đ-a
vào ( một chiều hoặc xoay chiều ) tín hiệu ra sẽ là dạng vi sai. Mạch khuếch
đại nh- vậy sẽ đ-ợc cấu tạo nh- sau:

C1
AD
S1

+ Vcc

DC

Lối vào
VR3

R6

R3

R9

VR6

T1

T4
R10

S2
VB2

R2

VC2

VC3

R7
VB3

T3
R3

IE2

IE3
IE

Khối chọn
điện áp vào

R11
R8

R5

Khối khuếch đại vi sai

Hình 11: Bộ khuếch đại làm lệch của DĐKĐT.
- 20 -

-VEE

Chỉnh DC


Trong đó T 2 và T3 tạo thành bộ khuếch đại ghép emitơ chung. T 1 và
T4 là các mạch ghép emitơ tạo điện trở lớn. Khi điện áp vào bằng 0, thế
bazơ của T 1 ở mức đất và nếu bazơ của T 4 cũng điều chỉnh ở mức đất thì
các bazơ của T 2 và T3 đều ở cùng mức thế âm so với đất ( - UB2 = - UB3 )

do đó I C2 = IC3 và điện áp rơi trên R 3 và R 6 điều chỉnh Colectơ của các
Tranzitor T 2 và T3 ở mức đất. Các Colectơ đó là đầu ra của khuếch đại và
chúng đ-ợc mắc trực tiếp với các tấm lái tia ( U C2 và U C3 ) con tr-ợt của
chiết áp R 4 th-ờng nằm ở giữa và giữ vai trò điện trở điều chỉnh cân bằng
các đầu ra vi sai của bộ khuếch đại. Khi điện áp vào khác không, qua bộ
phân áp đặt vào bazơ của Tranzitor T 1 lúc đó I E1 khác 0, dòng I E1 qua R 1
và R2 tạo thành điện áp vào Tranzitor T 2 khiến cho dòng I C2 và IC3 giảm.
Khi IC2 tăng, điện áp ra U C2 giảm xuống mặt khác I C3 giảm, điện áp U C3
tăng.
Nếu độ biến thiên của UC2 là UC2 = -1 V thì UC3 = +1V. Khi tín hiệu
vào bộ phân áp tăng theo chiều âm, IC2 giảm, IC3 tăng và UC2 > 0, UC3 < 0.
Thông th-ờng điện áp qua phân áp nhỏ nhất là 2mV t-ơng ứng với 1
vạch chia độ lệch trên màn hình còn điện áp vào lớn nhất là 10V t-ơng
ứng với một vạch chia độ lệch. Chiết áp R 10 ( hình vẽ 11 ) làm nhiệm vụ
điều chỉnh điện áp bazơ của T 4 để dịch chuyển chùm tia điện tử lên hoặc
xuống khỏi tâm màn hình.

- 21 -


Ch-ơng II
Dao dộng ký điện tử hai chùm tia
I. cấu tạo và ph-ơng pháp sử dụng dđkđt hai chùm tia

Trong những tr-ờng hợp cần so sánh nhiều tín hiệu cần đo, ta phải khảo
sát 2 hay nhiều quá trình trong cïng mét thêi gian ( cïng mét lóc ). VÊn đề
này đ-ợc giải quyết bằng các biện pháp nh- sau:
Mỗi một quá trình cần nghiên cứu đ-ợc 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- vậy
rất tốn kém bởi vì phải dùng nhiều DĐKĐT. Hơn nữa vì độ nhạy của các ống
phóng tia điện tử khác nhau là khác nhau, Tỉ lệ xích về thời gian là không
giống 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 khó
khăn, đó là làm sao khử đ-ợc tác dụng ảnh h-ởng lẫn nhau của các chùm tia
điện tử. Khó khăn này càng tăng khi chùm tia điện tử càng nhiều. Vì
vậy, thông th-ờng thì chỉ có DĐKĐT một tia hoặc hai tia mà thôi.
Về mặt cấu tạo và nguyên lý hoạt ®éng, D§K§T hai chïm tia ®iƯn tư
( hai tia ) không khác mấy so với DĐKĐT một chùm tia điện tử ( một tia ) để
tạo ra hai chùm tia điện tử trong DĐKĐT hai tia thì chúng ta có thể dùng hai
ph-ơng pháp đó là:
Ph-ơng pháp thứ nhất: Chúng ta sư dơng èng phãng tia ®iƯn tư gåm cã
hai súng phóng tia điện tử riêng biệt, tức là ngăn đôi hệ thống súng điện tử
bao gồm: Hai nguồn phát tia điện tử riêng biệt, các Anốt, l-ới và cặp điện cực
làm lệch đứng Y là riêng biệt. Việc điều khiển hai chùm tia điện tử này hoàn
toàn độc lập. ChØ cã mét bé phËn chung cho c¶ hai chïm tia điện tử, đó là cặp
điện cực làm lệch ngang X ( h×nh 12 ).

- 22 -


A
B

Hình 12: DĐKĐT loại có hai súng điện tử
Hình 12 cho ta biÕt m¸y hiƯn sãng hai chïm tia cã lối vào cặp điện cực
làm lệch đứng tách biệt hoàn toàn, kênh A và kênh B. Mỗi kênh đều tự làm
lệch đứng. Bộ tạo gốc thời gian điều khiển một bộ duy nhất các tấm lái tia

ngang. Khi này sơ đồ khối của nó có dạng:
Kênh A
Khuếch
đại

Kênh B

Khuếch
đại

Khuếch
đại

Tạo điện áp
quét răng cua

Hình 13: Sơ đồ khối của DĐKĐT hai tia loại có hai súng điện tử
Ph-ơng 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
DĐKĐT loại ống phóng tia điện tử chỉ có một súng điện tử. Các hạt điện tử
đ-ợc phát ra từ một Katốt thành các chùm tia điện tử khác nhau và cùng tác
- 23 -


dụng lên cùng một màn hình huỳnh quang. Khi này trong DĐKĐT lắp thêm
một bộ phận phụ nữa, đó là bộ phận chuyển mạch điện tử. Sơ đồ khối của
mạch lúc này có dạng:

Kênh A
Khuếch

đại.

Kênh B

Khuếch
đại .

Chuyển
mạch
điện
tử
và
khuếch
đại
lệch
đứng

Khuếch
đại .

Tạo điện áp
quét răng cua

Hình 14: Dao động ký hai tia loại một sóng ®iƯn tư
èng phãng tia ®iƯn tư chøa mét chïm tia với một bộ tấm lái tia đứng.
Ngoài hai bộ khuếch đại tín hiệu vào riêng kênh A và kênh B, ng-ời ta còn sử
dụng thêm một bộ khuếch đại lệch đứng nữa để tới các tấm lái đứng. Tín hiệu
vào bộ khuếch đại này đ-ợc chuyển mạch luân phiên giữa các kênh A và kênh
B với tần số chuyển mạch đ-ợc 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 ®iƯn tư lµ lµm cho chïm tia ®iƯn tư chun đổi
thời gian quét để ghi lại từ quá trình cần nghiên cứu này sang quá trình cần
nghiên cứu khác.
Trên máy có bố trí các bộ phận và núm điều chỉnh. ở đây chú thích các
núm 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 ¶nh râ nÐt ( héi tơ ).
(4): Vertical Position: §iỊu chỉnh lên hoặc xuống.

- 24 -


(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
(7) horizontal position: Qua trái hoặc phải.
(8) Time/div: điều chỉnh khuếch đại ngang tín hiệu vào.
(9) HOLD OFF: Điều chỉnh tần số quét dòng.
(10) EXT TRIGER: Đ-a đồng bộ ngoài ở tần số thấp.
(11) CH1: Đầu vào tín hiệu kênh 1.
(12) CH2: Đầu vào tín hiệu kênh 2.
(13) X-Y: Đo lệch pha theo ph-ơng pháp Lissajou khi biên độ bằng
nhau.
(14) VAR SWEEP : Điều chỉnh khung thời gian trong tr-ờng hợp đo pha.

Hình15: Mặt tr-ớc của dao động ký điện tử hai chùm tia
II. Nguyên lý làm việc của bộ chuyển mạch điện tử

1. Ph-ơng pháp chuyển đổi luân phiên
Ph-ơng pháp chuyển đổi luân phiên thực hiện theo nguyên tắc tín hiệu
vào bộ khuếch đại lệch đứng đ-ợc chuyển mạch luân phiên giữa các kênh A

- 25 -