Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: Lời nói đầu. Trong quá 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 hởng sâu sắc đến cuộc sống và cách thức làm việc của toàn xã hội. Để phát 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 và phát 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. Kĩ thuật 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 linh kiện điện tử trên D.Đ.K.Đ.T. Phơng pháp đo lờng này rất đơn giản, dễ thực 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 các loại tín hiệu dao động. Việc khai thác và sử dụng D.Đ.K.Đ.T có thể giúp 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 tín hiệu theo thời gian, sự tổng hợp các dao động cùng phơng hoặc theo hai phơng vuông góc với nhau, cùng tần số hoặc khác tần số. Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 1 Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: 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 trờng. 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 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 ống phóng 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 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 trờng Đại Học, 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 giúp cho 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 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 U C và U L , hay sự lệch pha của U C và i C trên màn hình của D.Đ.K.Đ.T . Chúng ta còn có thể biểu diễn các thí nghiệm khác nữa vào các buổi học ( các tiết học ) cũng nh vào 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 tầm quan trọng rất lớn và không thể thiếu đợc trong các phòng thí nghiệm Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 2 Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: Vật Lí ở các viện Vật Lí, các trờng Đại Học, các trờng Cao Đẳng, các tr- ờng 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 bởi vì 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. ) Phần IV : Công 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 đợc .) Sau một thời gian nghiên cứu tài liệu và cố gắng tiến hành thí nghiệm, đề tài đã thu đợc một số thành công nhất định. Tuy nhiên lần đầu tiên mạnh dạn nghiên cứu tài liệu và làm thực nghiệm, chắc chắn còn nhiều hạn chế và thiếu sót, tôi mong nhận đợc sự góp ý và nhận xét của quý độc giả. Vinh, ngày 2 5 2003. Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 3 Y1 Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: 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 đợc mô tả rõ ở hình 1: Y Phân áp K.Đ.Y B1 vào X2 Chuẩn Chuẩn Đ.K biên độ thời gian tia Y2 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 điều khiển 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 áp vào thích hợp. Sau đó đến bộ khuếch đại Y ( K.Đ.Y ) và đợc đa thẳng vào Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 4 Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: hai cặp điện cực làm lệch đứng Y1 và Y2. Trong trờng hợp nếu tín hiệu 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 lệch ngang X1 và X2. Trong trờng hợp muốn sử dụng tín hiệu đồng bộ ngoài, thì qua công tắc B2 tín hiệu đợc đa thẳng vào mạch động bộ để kích thích cho máy phát quét làm việc. Mặt khác ta có thể đa trực tiếp tín hiệu X qua bộ K.Đ.X đến cặp điện cực làm lệch ngang X1 và X2 qua công tắc B3 Trớc khi đo các đại lợng nh : Điện áp, tần số, hay chu kì . thì chúng ta phải chuẩn lại thang đo theo thời gian cũng nh theo biên độ nhờ có các khối chuẩn biên độ , chuẩn thời gian . Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 5 Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: Phần II : 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 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 : Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 6 Than chì.(E) Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: 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. Y1 F X2 K Y2 X1 M A1 A2 Hình2: ống phóng tia điện tử. 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 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 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. Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 7 D Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: 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 của hai 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 với chùm 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 bán kính của chùm tia điện tử. Sang tới vị trí D thì thành phần lực điện theo phơng vuông góc đổi chiều làm cho chùm tia điện tử có khuynh hớng tản ra ( phân kì ) khỏi trục 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 phơng bán 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 hớng phân kì. Tác dụng của các Anốt A1, A2 nh 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 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 Anốt tiêu tụ. Tác dụng của điện trờng giữa Anốt A1 và lới M cũng hình thành một 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 phát sáng với một độ sáng thích hợp. Khi điện áp trên điện cực A2 tăng Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 8 Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: 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 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 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 trờng đặc biệt theo ý muốn. Do đó tạo ra khả năng hội tụ lớn hơn khả năng phân kì. Nh vậy do cấu tạo, hình dạng của các điện cực và điện áp đặt lên các điện cực mà chúng ta có đợc súng điện tử, có khả năng phát ra chùm tia điện tử và tiêu 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 tới màn hình quang thì có qua một hệ thống các cặp điện cực làm lệch đặt lần 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 một cặp theo hớng 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 không gian 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 Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 9 v 0 Y2 Luận văn tốt nghiệp. Dao động kí điện tử và ứng dụng của nó. Trang: tử bị thay đổi quỹ đạo chuyển động. Y1 X2 Chùm tia e Hệ thống làm Y2 lệch đứng. 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 h 1 h Chùm tia e d h 2 L 1 L 2 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 = h 1 + h 2 (1) Sinh viên: Trịnh Trung Thành K 40B.Lý Trờng Đại Học Vinh. 10 X1