Tiểu luận môn Phương pháp nghiên cứu khoa học - 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
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Mục lục
Mục lục .................................................................................................................1
Lý do chọn đề tài: ................................................................................................3
Mục tiêu:.....................................................................................................4
II. Giới thiệu chung:........................................................................................4
III. Phân loại:....................................................................................................6
IV. Catốt trong đèn điện tử .............................................................................7
Catốt lạnh: ................................................................................................7
Catốt quang điện: .....................................................................................7
Catốt nhiệt :..............................................................................................7
V. Sự phát xạ điện tử :..................................................................................10
Phát xạ điện tử:.......................................................................................10
Phát xạ quang điện tử.............................................................................11
Phát xạ điện tử thứ cấp...........................................................................11
VI. Nguyên lý hoạt động chung: ...................................................................11
VII. Cấu tạo:.....................................................................................................12
Đèn điện tử hai cực: ...............................................................................12
Đèn điện tử 3 cực: ..................................................................................14
Đèn bốn cực: ..........................................................................................17
Đèn năm cực: .........................................................................................18
VIII. Đặc tuyến của đèn điện tử:......................................................................19
IX. Ứng dụng:.................................................................................................21
Trang 1
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Đèn hai cực: ...........................................................................................21
Đèn ba cực:.............................................................................................22
Khuếch đại :........................................................................................22
Tạo sóng: ............................................................................................23
Đèn điện tử 4 cực: ..................................................................................23
Ưu điểm:.................................................................................................24
Nhược điểm:...........................................................................................24
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................27
Trang 2
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 3
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
Bản chất của đèn điện tử có kích thước lớn, khi hoạt động toả ra nhiều nhiệt. Hiện
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 4
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 5
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 6
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.
Hinh 1
Trang 7
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 8
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
Hinh 2
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 9
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
V. Sự phát xạ điện tử :
Trong đèn điện tử phải có điện tử ở dạng “tự phát xạ điện tử”. Các phương pháp
thông thường là:
Phát xạ nhiệt điện tử.
Phát xạ quang điện tử
Phát xạ thứ cấp.
1. Phát xạ điện tử:
Kim loại đem nung nóng lên thì các điện tử chuyển động mạnh thêm. Tới một
mức độ năng lực khá cao thì một số điện tử có thể thoát khỏi mặt kim loại và bay ra
ngoài ở dạng tự do.
Sự phát xạ do nung nóng đó gọi là sự phát xạ nhiệt điện tử
Hình 3 trình bày sự phát xạ nhiệt điện tử của thanh kim loại được nung nóng.
Trong hình vẽ này:
1. Sợi kim loại được nung nóng
Hinh 3
2. Hạt nhân của các nguyên tử kim loại
3. Các điện tử tự do
4. Các điện tử thoát ra với tốc độ lớn
5. Các điện tử thoát ra với tốc độ nhỏ
Trang 10
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
6. Bề mặt ngoài của sợi kim loại nung nóng
2. Phát xạ quang điện tử
Ánh sáng khi chiếu vào điện tích của chất quang điện cũng truyền năng lượng cho
điện tử và có thể làm điện tử bắn ra ngoài. Sự phát xạ như vậy là phát xạ quang điện tử.
Hình 3 b trình bày sự phát xạ quang điện tử trong tế bào quang điện. Trong đó
luồng ánh sáng 6 chiếu vào và làm bật các điện tử 2 ra.
3. Phát xạ điện tử thứ cấp
Nếu có luồng điện tử với tốc độ cao va vào mặt kim loại với động năng lớn truyền
cho điện tử ở mặt kim loại có thể làm cho những điện tử đó có mức năng lượng cao và
thoát ra khỏi mặt kim loại.
Những điện tử bay tới là điện tử sơ cấp
Những điện tử từ mặt kim loại do đó thoát ra là những điện tử thứ cấp.
Hiện tượng phát xạ đó gọi là phát xạ điện tử thứ cấp.
VI. Nguyên lý hoạt động chung:
Đèn điện tử là một loại thiết bị dựa vào sự khống chế luồng điện tử phát xạ để
thực hiện những yêu cầu kỹ thuật phức tạp.
Khi hoạt động, các đèn điện tử cần đốt nóng các sợi đốt (một sợi ở đèn hai cực,
ba cực đơn hoặc nhiều sợi ở các đèn điện tử kép), khi nhiệt độ các sợi đốt đạt đến một
mức độ nào đó, động năng của chúng thắng sự liên kết của kim loại và sẵn sàng nhảy
ra khỏi bề mặt kim loại của sợi đốt.
Để điều khiển các đèn điện tử chân không, giữa các cực cần có một điện trường,
chính các điện trường này đã tạo ra dòng điện trong chân không: điện tử di chuyển đến
a-nốt.
Trang 11
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
VII. Cấu tạo:
1. Đèn điện tử hai cực:
Đèn hai cực gồm hai điện cực đặt trong một bầu thủy tinh đã rút không khí ra để
tạo chân không. Hai điện cực trong đèn hai cực là catốt phát xạ điện tử và anốt bao
xung quanh catốt. Anốt và catốt được đặt trên những
giá đỡ và có dây nối ra phía ngoài tới các chân điện tử
ở dây đèn để nối vào các mạch điện ngoài.
Catốt là một trong những loại catốt đã nêu ở trên,
có thể là nung sợi trực tiếp hoặc nung sợi gián tiếp.
Anốt thường bằng kim loại (kền hoặc thép mạ kền).
Trong đèn hai cực chỉ có catốt phát xạ nhiệt điện tử,
anốt không phát xạ điện tử. Vì vậy khi anốt có điện áp
dương nó sẽ hút điện tử từ anốt, tạo thành một luồng
điện tử chạy từ catốt sang anốt. Dòng điện do đó được hình thành. Khi anốt có điện áp
âm thì nó sẽ đẩy điện tử, catốt lúc này có điện áp dương, hút điện tử nhưng vì anốt
không phát xạ điện tử nên không có luồng điện tử đi từ anốt sang catốt. Lúc này không
có dòng điện.
Như vậy đặc tính cơ bản của đèn hai cực là chỉ dẫn điện theo một chiều. Chiều
dòng điện đó là chiều ngược với chiều chuyển động của điện tử tức là chiều đi từ anốt
sang catốt.
Trong đèn hai cực, dòng điện chạy qua catốt gọi là dòng catốt và thường ký hiệu
là Ik; dòng điện chạy qua anốt gọi là dòng anốt và thường ký hiệu là Ia; dòng điện chạy
qua sợi nung để nung nóng catốt gọi là dòng điện nung sợi và thường ký hiệu là Ii.
❖ Mạch điện của đèn hai cực:
Trang 12
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Mạch điện của đèn hai cực trình bày
trên hình 4. Hình 4-a trình bày mạch điện
đầy đủ.
FF là sợi nung được đấu vào nguồn Ei
là nguồn nung sợi. Dòng Ii là dòng nung
sợi. Mạch gồm nguồn Ei và sợi nung FF
là mạch nung sợi.
Hinh 4
A là anốt được đấu vào cực + của nguồn Ea là nguồn cao áp cung cấp cho anốt.
Trên hình vẽ dùng đèn nung sợi trực tiếp nên sợi nung đồng thời là catốt K. Một đầu
sợi nung được đấu vào cực của nguồn cao áp Ea. Mạch gồm nguồn Ea và anốt A, catốt
K là mạch anốt. Dòng anốt Ia chạy trong mạch anốt và có chiều theo mũi tên ở hình vẽ.
Ta cần phân biệt hai mạch điện (mạch nung sợi và mạch anốt) và hai dòng điện (Ii
và I a) trong đèn hai cực.
Dòng nung sợi Ii có chạy qua trong nội bộ đèn hai cực nhưng là dòng điện chạy
trong dây dẫn điện (sợi nung trong đèn là sợi dẫn điện liền mạch).
Dòng anốt Ia là do dòng điện tử phát xạ được anốt hút tạo thành. Dòng điện này chạy
qua khoảng không giữa anốt A và catốt K bên trong đèn. Muốn có dòng Ia thì phải có
đủ các điều kiện sau:
- Catốt có phát xạ điện tử. Muốn vậy phải có nung sợi đủ mức cho đạt nhiệt độ yêu
cầu.
- Có nguồn Ea đấu giữa anốt và catốt.
Do đó nếu đứt sợi nung, catốt không được nung nóng để phát xạ điện tử thì
không còn dòng Ia.
Nếu đứt mạch cung cấp Ea thì cũng không có dòng Ia.
Nếu sợi nung được cấp điện nhỏ hơn mức yêu cầu (gọi là nung non áp) khiến
catốt phát xạ kèm thì dòng Ia cũng giảm.
Trang 13
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Nếu catốt dùng lâu, giảm khả năng phát xạ
thì dòng Ia cũng giảm. Catốt dùng lâu quá, mất
khả năng phát xạ (gọi là đèn giả) thì không có
dòng Ia.
Điện áp anốt Ea cũng quyết định dòng Ia:
Ea càng lớn, anốt hút mạnh, được nhiều điện
tử, dòng Ia lớn. Ea nhỏ, anốt hút được ít điện
tử, dòng Ia nhỏ.
Các hình vẽ 4-b và hình 4-c là mạch điện
đèn hai cực đã vẽ đơn giản, các mạch sợi nung
và mạch anốt chỉ cần biểu thị tới đầu nối vào
Hinh5
nguồn Ei và Ea hoặc có thể lược đi không vẽ mạch nung sợi như hình 4-c coi rằng
đương nhiên phải có đấu mạch nung sợi thì đèn mới làm việc được hoặc mạch nung
sợi đó đã được thể hiện ở một phần khác của sơ đồ.
Mạch nung sợi đèn hai cực có thể dùng điện xoay chiều. Trên sơ đồ có thể vẽ
mũi tên từ hai đầu sợi nung FF chỉ tới ký hiệu cuộn dây ở biến áp cung cấp cho
mạch nung sợi, không cần kéo dài nét vẽ tới tận cuộn dây làm rối mắt khi đọc sơ
đồ.
2. Đèn điện tử 3 cực:
Từ khi Liđơ forét đưa thêm những mắt lưới đặt giữa anốt và catốt đèn hai cực thì
đèn ba cực ra đời và có nhiều tác dụng kỹ thuật.
Lưới là những vòng dây mảnh đặt trên những giá đỡ và nằm giữa anốt và catốt.
Luồng điện tử bay từ catốt sang anốt phải bay qua những mắt lưới và bị lưới điều khiển
khống chế. Lưới được ký hiệu là g và được đấu vào nguồn điện áp để cung cấp cho
lưới gọi là nguồn điện lưới. Điện áp đo giữa lưới và catốt gọi là điện áp lưới Ug.
Hình 5 là hình vẽ cắt cho thấy rõ kết cấu bên trong của một đèn ba cực, trong đó:
Trang 14
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
1. Vỏ thủy tinh
2. Anốt
3. Catốt
4. Cục ghéttơ để hút khí, nâng cao độ chân không
5. Tấm mica làm giá đỡ
6. Lưới điều khiển
7. Sợi nung
8. Chân đèn.
Tùy theo điện áp của lưới mà dòng điện anốt Ia bị khống chế làm cho có thể xuất
hiện hoặc không xuất hiện, trị số lớn lên hoặc nhỏ đi.
Một sự biển đổi nhỏ ở lưới cũng làm cho dòng Ia bị biến thiên lớn. Vậy là đèn ba
cực có khả năng khuếch đại mà lưới là tác nhân quan trọng quyết định sự khuếch đại
đó.
Như vậy đèn ba cực là đèn ngoài mạch nung sợi ra, có ba điện cực:
- Catốt để phát xạ điện tử
- Anốt để hút điện tử
- Lưới để khống chế luồng điện tử đó.
❖ Mạch điện của đèn ba cực:
Mạch điện của đèn ba cực như hình 6
trong đó mạch nung sợi đã được vẽ đơn
giản đi. Ta phân biệt:
- Mạch anốt là mạch đấu nguồn anốt Ea
vào anốt và catốt của đèn. Trong mạch anốt
có dòng anốt Ig.
Hinh 6
- Mạch lưới đấu nguồn lưới Ea vào giữa
catốt và lưới của đèn. Trong mạch lưới có
thể do dòng lưới Ig.
Trang 15
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
❖ Trong hình 6:
1. Là dòng lưới Ig chạy trong mạch lưới, biểu thị bằng mũi tên nét đứt.
2. Là dòng anốt Ia chạy trong mạch anốt, biểu thị bằng mũi tên nét liền.
3. Là nguồn cung cấp cao áp anốt Ea.
Với những trị số điện áp lưới khác nhau, lưới g khống chế dòng anốt Ia như trình
bày ở hình 7.
❖ Ở hình a: Điện áp lưới Ug =
0, dòng Ia = 10mA, dòng lưới
Ig = 0. Điện áp anốt là 100V.
❖ Ở hình b: Điện áp lưới là âm,
cụ thể là Ug = - 3V do nguồn
điện lưới Eg đấu cực + vào
catốt và cực – vào lưới. Lúc
này dòng là bị giảm đi còn Ia
= 5mA. Dòng lưới Ig = 0.
❖ Ở hình c: Điện áp lưới là
dương. Cụ thể là Ug=+3V do
Hinh 7
nguồn điện lưới Eg đấu cực + vào lưới và cực – vào catốt. Lúc này dòng Ia tăng
lên thành 30mA. Đồng thời cũng xuất hiện dòng lướI Ig=2mA.
❖ Ở hình d: Điện áp vẫn dương, trị số lại tăng lên (Ug=+5V)
. Lúc này dòng Ia tăng lên thành 40mA. Dòng Ig cũng tăng lên thành 3 mA.
Như vậy điện áp lưới có tính chất khống chế rõ rệt :
- điện áp lươí âm, dòng Ia giảm nhỏ, không có dòng Ig.
- Nếu trị số điện áp của lưới dương, dòng Ia tăng lên , dòng Ig xuất hiện.
Trang 16
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
Nếu trị số điện áp của lưới âm quá hoặc dương quá ta sẽ có hiện tượng cắt dòng
anốt Ia như trình bày ở hình 8.
- Ở hình 8-a điện áp lưới quá
âm (Ug= -50V). Lúc này đương
nhiên là dòng lưới Ig=0, dòng anốt Ia
cũng bằng 0 vì lưới âm quá, đẩy tất
cả các điện tử nào tới anốt được để
tạo thành dòng anốt Ia. ta nói dòng
anốt đã bị cắt. Điện áp lưới làm cắt
dòng anốt Ia là điện áp cắt.
- Ở hình 8-b Lưới có điện áp
dương lớn( Ug=+50V). Lúc này do lưới ở gần catốt hơn và có điện áp dương nên hút
hết tất cả các điện tử từ catốt phát xạ, không còn điện tử bay tới anốt để tạo thành dòng
anốt Ia vì vậy dòng Ia cũng bằng không.
Với chế độ công tác này, dòng lưới Ig rất lớn. Các điện tử đập vào lưới cũng có
động năng và gây ra công suất tiêu tán làm nóng lưới lên như trường hợp đập vào anốt
làm nóng anốt.
Anốt có kết cấu lớn nên chịu được công suất tiêu tán Pa lớn.
Lưới có kết cấu mảnh nên chỉ chịu được công suất tiêu tán Pg nhỏ. Vì vậy nếu Ug
dương quá khiến dòng lưới Ig tăng làm Pg tăng quá mức thì có thể nung nóng làm đứt
vòng lưới hoặc làm vòng lưới dãn ra, ảnh hưởng tới kết cấu của đèn và do đó làm
thông số của đèn bị biến đổi.
Ngoài ra còn có các đèn điện tử bốn cực, năm cực mà chỉ giới thiệu về cấu tạo sơ
lược sau đây:
3. Đèn bốn cực:
Cấu tạo của các điện cực bên trong đèn bốn cực trong đó:
Trang 17
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
1. anốt
2. Lưới chắn
3. Lưới điều khiển
4. Catốt
5. Sợi nung
Để khắc phục hai nhược điểm cơ bản của đèn ba cực là hệ số khuếch đại thấp và
trị số điện dung giữa các cực lớn, người ta bố trí thêm một lưới thứ hai giữa lưới điều
khiển và anốt.
Như vậy đèn bốn cực có 2 lưới:
- Lưới thứ nhất gần anốt và gọi là lưới điều khiển, người ta còn gọi tắt là lưới g1
- Lưới thứ hai gần anốt hơn lưới g1 và gọi là lưới chắn hay lưới g2.
Cấu tạo bên trong đèn và vị trí của g1,g2 trình bày ở hình 30 trong đó:
Lưới thứ nhất g1 có điện áp một chiều là âm so với catôt. Ta gọi điện áp đó là
thiên áp lưới g1
Lưới thứ hai g2 có điện áp dương so với catốt và do ở gần ca tốt hơn anốt nên tuy
điện áp g2 không bằng điện áp anốt Ua, dòng điện tử bị lưới g2 hút rất mạnh. Như vậy
thì dòng 1a được lớn lên. Độ dốc S của đèn có trị số lớn, hệ số khuếch đại µ của đèn
cũng tăng lên.
Lưới chắn g2 đặt giữa anốt và lưới g1 do đó nó có tính chất một màn chắn. Màn
chắn này lại được nối đất về mặt xoay chiều thông qua một tụ điện có điện dung tương
đối lớn. Do đó điện dung giữa anốt và lưới điều khiển g1 bị giảm đi và ảnh hưởng của
điện dung thông đường Cga bị hạn chế.
Như vậy đèn bốn cực đã khắc phục được 2 nhược điểm cơ bản của đèn ba cực.
4. Đèn năm cực:
Để khắc phục nhược điểm của đèn bốn cực, người ta đặt thêm giữa lưới g2 và
anốt một lưới thứ ba g3 có điện áp bằng điện áp catốt. Như vậy những điện tử phát xạ
Trang 18
Phương pháp nghiên cứu khoa học.
thứ cấp từ anốt bắn ra bị lưới g3 đẩy trở lại anốt và không bị lưới g2 hút nữa, lưới thứ
ba g3 do đó được gọi tên là lưới triệt. Đèn có 3 lưới đó là đèn năm cực,
❖ Cấu tạo bên trong của đèn 5 cực gồm :
1. Bầu thủy tinh
2. Màn bọc kim phía ngoài.
3. Anốt
4. Giá đỡ các vòng lưới
5. Màn chắn bọc kim phía trong
6. Dây nối
7. Chân đèn
8. Tấm mica làm giá đỡ
9. Lưới triệt g3
10. Lưới chắn g2
11. Lưới điều khiển g1
12. Catốt
13. Tấm đỡ cục ghettơ để hút khí dư, tăng chân không.
VIII. Đặc tuyến của đèn điện tử:
1. Đặc tuyến anốt của đèn hai cực
Như đã trình bày ở phần trên, dòng anốt Ia
phụ thuộc vào điện áp anốt và sự phát xạ của catốt,
tức là vào sự nung nóng catốt. Nói như vậy mới là
phản ánh định tính của hiện tượng.
Muốn phản ánh định lượng sự biến thiên của
dòng anốt Ia theo điện áp anốt Ua và điện áp nung
Hinh 9
Trang 19
Tải về để xem bản đầy đủ
28 trang
25400
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tiểu luận môn Phương pháp nghiên cứu khoa học - Đề tài: Đèn điện tử", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- tieu_luan_mon_phuong_phap_nghien_cuu_khoa_hoc_de_tai_den_die.doc
