Đang tải... (xem toàn văn)
Tiểu luận trình bày sơ lược về lịch sử phát triển của đèn điện tử; nguyên lý hoạt động của nó, tìm hiểu sâu về nguyên lý hoạt động của đèn điện tử 3 cực; 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.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ MƠN: Phương Pháp Nghiên Cứu Khoa Học Đề tài: Giáo viên hướng dẫn: Thầy Lê Văn Hồng Nhóm thực hiện: Kim Thị Sơ Phiếp Diên Nữ Thanh Thụy Tơ Ngọc Hưng Phương pháp nghiên cứu khoa học Tp. Hồ Chí Minh Tháng 52009 Trang 2 Phương pháp nghiên cứu khoa học Mục lục Mục lục 3 Lý do chọn đề tài: 5 I. Mục tiêu: 6 II. Giới thiệu chung: 6 III. Phân loại: 8 IV. Catốt trong đèn điện tử 9 1. Catốt lạnh: 9 2. Catốt quang điện: 9 3. Catốt nhiệt : 10 a. Catốt nung trực tiếp: 10 b. Catốt nung gián tiếp: 11 V. Sự phát xạ điện tử : 12 1. Phát xạ điện tử: 12 2. Phát xạ quang điện tử 13 3. Phát xạ điện tử thứ cấp 13 VI. Nguyên lý hoạt động chung: 13 VII. Cấu tạo: 14 1. Đèn điện tử hai cực: 14 2. Đèn điện tử 3 cực: 17 3. Đèn bốn cực: 20 4. Đèn năm cực: 21 VIII. Đặc tuyến của đèn điện tử: 22 1. Đặc tuyến anốt của đèn hai cực 22 Trang 3 Phương pháp nghiên cứu khoa học 2. Đặc tuyến anốt của đèn 3 cực. 24 IX. Ứng dụng: 24 1. Đèn hai cực: 24 2. Đèn ba cực: 26 a. Khuếch đại : 26 b. Tạo sóng: 26 3. Đèn điện tử 4 cực: 27 X. Ưu, nhược điểm của đèn điện tử so vơi các linh kiện bán dẫn khác: 27 1. Ưu điểm: 27 2. Nhược điểm: 28 XI. Tuổi thọ của đèn và những yếu tố ảnh hưởng: 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 Trang 4 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 khơng 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 thơng dụng, dễ mua, và hợp túi tiền của đa số mọi người. Tuy nhiên, chất lượng âm thanh của các loại ampli này thì khơng 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 mơ rất lớn Linh kiện được quan tâm đặc biệt trong các loại ampli này là đèn điện tử, nó đóng vai trò quyết định khơng 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 khơng còn nhiều và qui mơ sản xuất lẻ tẻ. Nhóm chúng tơi chọn đề tài “Đèn điện tử” là vì sự đặc biệt về cơng dụng và lịch sử phát triển của loại linh kiện này Trang 5 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 ngun lý hoạt động của nó, tìm hiểu sâu về ngun 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 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 khơng (vacuum tube, còn được gọi tắt là tube hay valve) còn thường được gọi là đèn điện tử hoặc bóng điện tử là một linh kiện điện tử. Ngày nay, nhờ ứng dụng tính chất của chất bán dẫn, phần lớn các đèn này được thay thế bằng các linh kiện điện tử khác nhỏ và rẻ hơn nhiều. Đầu thế kỉ 21, có sự quan tâm trở lại của đèn điện tử chân khơng, vào thời điểm này có sự hình thành của vi ống phát ra trường Bản chất của đèn điện tử có kích thước lớn, khi hoạt động toả ra nhiều nhiệt Hiện nay hầu hết các thiết bị điện tử đã khơng còn dùng đèn này nữa mà dùng các linh kiện bán dẫn để thay thế (transistor, IC ). Tuy nhiên trong lĩnh vực chế tạo ampli cho giới 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) Trang 6 Phương pháp nghiên cứu khoa học Sơ lược về lịch sử phát triển của đèn điện tử và vai trò của nó đối với việc chế tạo Ampli: Năm 1904, bóng đèn 2 cực chân khơng (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 hồng 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 khơng 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 cơng 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 cơng suất khơng 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 48 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 cơng suất khá hạn chế. Tuy nhiên, sự phát triển của cơng 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 qn trên thị trường đại chúng Trang 7 Phương pháp nghiên cứu khoa học 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 hiend 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 hifi của nước Pháp, là người đầu tiên tun bố hồn tồn 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 vơ 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 cơng dụng khác nhau nên có rất nhiều cách phân loại Về mặt cơng 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 cơng 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 Trang 8 Phương pháp nghiên cứu khoa học Người ta còn chia làm loại đèn chân khơng và đèn có khí, trong đó có đèn gazotron, thyratron, đèn ổn áp (Stabilitron) Về ngun lý cơng tác, đèn điện tử còn có các loại manhêtron, klystron, đèn sóng chạy dùng cho lĩnh vực siêu cao 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 u 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 : Catốt lạnh: Trong một số đèn, người ta dùng loại chất liệu đặc biệt có cơng thốt 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 Catốt quang điện: Trong các dụng cụ quang điện, catốt phát xạ điện tử khơng phải do nung nóng mà do ánh sáng chiếu vào, đó là catốt quang điện Trang 9 Phương pháp nghiên cứu khoa học Catốt nhiệt : Catốt nhiệt là catốt phát xạ điện tử do nung nóng a Catốt nung trực tiếp: Catốt nung trực tiếp sợi kim loại như vônfram hoặc vônfram phủ một lớp thori hoặc kim loại phủ một lớp áo oxit bari, calci, stronti Hinh 1 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 vơnfram 4. Lớp áo oxyt Nung nóng sợi kim loại lên bằng cách đấu hai đầu nung vào một nguồn điện. Tới nhiệt độ cơng tác sợi tương ứng thì các catốt đó phát xạ nhiệt điện tử. Trong đó : Catốt vơnfram 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 vơnfram, loại có hiệu quả phát xạ cao là catơt oxýt Với 1W cơng suất nung nóng, catốt vơnfram 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 Trang 10 Phương pháp nghiên cứu khoa học 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 giá đỡ nằm anốt catốt. Luồng điện tử bay từ catốt sang anốt phải bay qua mắt lưới bị lưới điều Hinh55 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: 1. Vỏ thủy tinh 2. Anốt 3. Catốt 4. Cục ghéttơ để hút khí, nâng cao độ chân khơng 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 khơng xuất hiện, trị số lớn lên hoặc nhỏ đi. Trang 17 Phương pháp nghiên cứu khoa học 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 ngồi 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 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. Trang 18 Phương pháp nghiên cứu khoa học 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 cực – vào lưới. Lúc này dòng là bị giảm đi còn Ia = 5mA. Dòng lưới Hinh 7 Hinh 8 Ig = 0. Ở hình c: Điện áp lưới là dương. Cụ thể là Ug=+3V do 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, khơng có dòng Ig Nếu trị số điện áp của lưới dương, dòng Ia tăng lên , dòng Ig xuất hiện Nếu trị số điện áp của lưới âm q hoặc dương q ta sẽ có hiện tượng cắt dòng anốt Ia như trình bày ở hình 8 Ở hình 8a điện áp lưới q âm (Ug= 50V). Lúc này đương nhiên là dòng lưới Ig=0, dòng anốt Ia cũng bằng 0 vì lưới âm q, 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 Trang 19 Phương pháp nghiên cứu khoa học Ở hình 8b Lưới có điện áp dương lớn( Ug=+50V). Lúc này do lưới gần catốt hơn và có điện áp dương nên hút hết tất cả các điện tử từ catốt phát xạ, khơng còn điện tử bay tới anốt để tạo thành dòng anốt Ia vì vậy dòng Ia cũng bằng khơng. Với chế độ cơng tác này, dòng lưới Ig rất lớn. Các điện tử đập vào lưới cũng có động năng và gây ra cơng suất tiêu tán làm nóng lưới lên như trường hợp đập vào anốt làm nóng anốt. Anốt có kết cấu lớn nên chịu được cơng suất tiêu tán Pa lớn. Lưới có kết cấu mảnh nên chỉ chịu được cơng suất tiêu tán Pg nhỏ. Vì vậy nếu Ug dương q khiến dòng lưới Ig tăng làm Pg tăng q 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 thơng số của đèn bị biến đổi Ngồi ra còn có các đèn điện tử bốn cực, năm cực mà chỉ giới thiệu về cấu tạo sơ lược sau đây: Đèn bốn cực: Cấu tạo của các điện cực bên trong đèn bốn cực trong đó: 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: Trang 20 Phương pháp nghiên cứu khoa học 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 catơt. 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 khơng 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 thơng 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 thơng đường Cga bị hạn chế Như vậy đèn bốn cực đã khắc phục được 2 nhược điểm cơ bản của đèn ba cực 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 thứ cấp từ anốt bắn ra bị lưới g3 đẩy trở lại anốt và khơng 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 ngồi Trang 21 Phương pháp nghiên cứu khoa học 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 khơng VIII Đặc tuyến của đèn điện tử: Đặc tuyến anốt của đèn hai cực Như đã trình bày 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 sợi Ui người ta dùng những đặc tuyến anốt Hinh 9 của đèn hai cực. Đặc tuyến anốt của đèn hai cực trình bày trên hình 9 Trang 22 Phương pháp nghiên cứu khoa học Trên đồ thì hình 9a, trục tung chỉ trị số dòng điện Ia, tính ra mA, trục hồnh chỉ thị điện áp anốt Ua = 0 thì anốt khơng hút điện tử, do đó dòng Ia = 0. Tăng điện áp anốt lên dần thì anốt hút mạnh dần, dòng Ia tăng dần lên. Trên đồ thị ta thấy khi Ua tăng từ 0V tới 30V, dòng Ia tăng dần từ 0mA tới 80mA. Nếu tiếp tục tăng điện áp anốt trên 30V, dòng Ia chỉ hơi tăng một chút hoặc hầu như khơng tăng. Ta nói đèn đã bão hòa, lúc này catốt phát xạ được bao nhiêu điện tử thì anốt hút cả mà lúc này catốt khơng thể phát xạ nhiều hơn nữa được. Như vậy đặc tuyến anốt của đèn hai cực gồm 2 phần: Một phần tương đối thẳng phản ánh sự gia tăng dòng Ia khi Ua tăng, một phần như nằm ngang phản ánh tình trạng bão hòa; Ia khơng tăng thêm mặc dù Ua có tăng Trị số Ie lớn nhất khơng thể tăng thêm đó gọi là dòng bão hòa, nó chính là bằng dòng phát xạ Ie của catốt. Đồ thì ở hình 9b phản ánh sự liên quan giữa dòng Ia và điện áp nung sợi Ui Khi Ui = 6V thì sự biến thiên của dòng Ia theo đường đặc tuyến tương ứng như với đường đặc tuyến ở hình 9a. Khi giảm điện áp nung sợi Ui xuống còn 5,5 V thì ở đoạn đầu, đặc tuyến cũng phản ánh sự biến thiên của Ia tỷ lệ với Ua nhưng hiện tượng bão hòa xuất hiện sớm hơn: khi Ua = 20 V thì dòng Ia đã bị bão hòa rồi. Đó là vì khi nung sợi giảm đi, nhiệt độ catốt giảm đi thì dòng phát xạ cũng giảm theo Nếu giảm Ui xuống còn 4,5 V thì hiện tượng bão hòa lại xuất hiện sớm hơn, với Ua = 12 V dòng Ia đã bị bão hòa rồi. Tóm lại, đặc tuyến anốt của đèn hai cực phản ánh sự biến thiên của dòng anốt Ia theo sự biến thiên của điện áp anốt Ua. Sự biến thiên này khơng đồng đều, có lúc bão hòa tức là dù Ua có tăng nhưng Ia sẽ khơng tăng. Trang 23 Phương pháp nghiên cứu khoa học Đèn hai cực như vậy là một phần tử phi tuyến tức không tuân theo định luật Ơm (theo định luật Ơm, dòng điện tăng theo tỷ lệ thuận với điện áp) Hinh 11 Đặc tuyến anốt đèn 3 cực. Đặc tuyến anốt của đèn ba cực biểu thị sự biến thiên của dòng anốt Ia theo sự biến thiên của điện áp anốt . Trong đồ thị đặc tuyến anốt, tung độ vẫn biểu thị dòng điện áp anốt Ua. Với mỗi trị số Ug khác nhau ta vẽ được một đường đặc tuyến anốt. Tập hợp những đặc tuyến anốt đó lại ta được một họ đặc tuyến anốt như hình 11 IX Ứng dụng: Đèn hai cực: Đèn hai cực có 2 cơng dụng cơ bản là nắn điện và tách sóng Nắn điện : Trang 24 Phương pháp nghiên cứu khoa học Là dùng đèn hai cực đấu trong mạch điện để biến đổi dòng xoay chiều thành Hinh 12 Hinh 13 dòng một chiều. Mạch dùng đèn hai cực nắn điện như hình 12 Điện áp xoay chiều đưa tới mạch anốt như hình 12b Dòng điện nắn được chảy qua gánh tiêu thụ như hình 12c. Trong thực tế, người ta dùng đèn hai cực kép tức là đèn hai cực đặt trong cùng một bóng và dùng mạch nắn cả hai nửa chu kỳ như hình 13. Hình 13 : Mạch nắn điện cả chu kỳ dùng đèn hai cực kép. Trong đó: Hình a là mạch điện Hình b là dạng điện áp đưa tới các anốt Hình c là dòng Ii của nửa đèn có anốt A1 Hình d là dòng I2 của nửa đèn có anốt A2 Hình e là tổng hợp cả hai dòng I1 và I2 chạy qua gánh Rg Tách sóng : Là dùng đèn hai cực đấu trong mạch có dòng cao tần hay trung tân điều biến và do đó tách lấy thành phần âm tần để đưa ra sử dụng cho các mạch khuếch đại sau để đưa ra gánh sử dụng thành phần âm tần đó (loa hoặc ống nghe) Trang 25 Phương pháp nghiên cứu khoa học Đèn ba cực: Đèn ba cực có 2 cơng dụng khuếch đại và tạo dao động. a Khuếch đại : Tác dụng khuếch đại của đèn 3 cực như đã trình bày phần trên. Nói chung Hinh 14 Hinh 15 mạch lưới nhận tín hiệu cần khuếch đại và trên gánh mắc mạch anốt ta nhận thấy được tín hiệu đã khuếch đại Tuỳ theo tần số của tín hiệu mà bố trí linh kiện mạch vào và gánh ở mạch ra. Hình 14a là mạch khuếch đại cao tần có mạch lưới là khung cộng hưởng L1C1 và gánh anốt là khung cộng hưởng L2C2 Hình 14b là mạch khuếch đại âm tần có mạch vào lưới là Micro và biến áp vào, gánh anốt là ống nghe T b Tạo sóng: Mạch điện dùng đèn ba cực để tạo sóng trình bày ở hình 15. Khi khóa K đóng thì anốt được cấp cao áp. Có sự ghép giữa cuộn L của khung cộng hưởng LC ở mạch anốt với cuộn Lg ở mạch lưới. Sự ghép đó tạo nên sự hồi tiếp và mạch điện Trang 26 Phương pháp nghiên cứu khoa học sẽ ở trạng thái tự kích: tự nó tạo ra dao đơng có tần số bằng tần số cộng hưởng của khung cộng hưởng LC Đèn điện tử 4 cực: Đèn bốn cực cũng được sử dụng để khuyếch đại và tạo dao động như đèn ba cực Khi dùng đèn bốn cực cần lưu ý về trình tự cấp điện cho các cực, nếu khơng cấp điện đồng thời thì phải cấp điện cho mạch anốt trước khi cấp điện cho mạch lưới g2. Nếu cấp điện cho lưới g2 trước thì trong khoảng thời gian Ua = 0, dòng lưới sẽ có trị số rất lớn, có thể vượt qua trị số cho phép và làm cho cơng suất tiêu tán trên lưới g2 (Pg2) lớn q mức và làm hỏng đèn Trong những mạch điện dùng những nguồn khác nhau cung cấp riêng rẽ cho anốt và cho lưới g2 thì phải bố trí mạch bảo vệ đảm bảo cho anốt, đồng thời khi đang khai thác nếu bị mất điện áp Ug2 thì phải tự động cắt mạch cung cấp cho anốt hoặc tắt điện tồn máy. Những mạch rơle có thể thực hiện được những u cầu X Ưu, nhược điểm của đèn điện tử so vơi các linh kiện bán dẫn khác: Ưu điểm: Do điện tử có khối lượng rất nhỏ, chuyển động hầu như khơng có qn tính nên sự khơng chế luồng điện tử này có thể tạo nên những luồng điện tức thời. Điện tử lại có diện tích rất nhỏ cho nên khống chế luồng điện tử về mặt số lượng có thể tạo được những dòng điện rất nhỏ cho những dụng cụ cần độ nhạy cao, những biến thiên rất nhỏ cũng được cảm nhận, có thể tập trung để tạo được dòng điện rất Trang 27 Phương pháp nghiên cứu khoa học lớn cho những dụng cụ cần có cơng suất mạnh. Đây chính là ưu điểm của đèn điện tử chân khơng so với các transistor điện tử bán dẫn khiến cho chúng còn được sử dụng trong các bộ ampli cơng suất để khuyếch đại tín hiệu tương tự. (Ở transitor có thể khơng "mở" khi mức độ tín hiệu (tương tự) thấp hơn một giá trị nhất định nào đó, dẫn đến sự khuếch đại bị thất thốt, làm ảnh hưởng đến âm thanh được khuếch đại) Nhược điểm: Hệ số khuyếch đại µ khơng lớn được, thường µ khơng vượt q 100. Đó là vì các vòng mắt lưới khơng thể làm xít q được. Muốn tăng µ thì phải làm các vòng lưới xít lại nhưng xít q thì điện tử khó bay qua để tới anốt. Điện dung giữa các cực trị có trị số lớn: Điện dung giữa các cực Cgk, Cak, Cga đối với cao tần có dung kháng nhỏ nên có thể gây ảnh hưởng vào mạch điện. Trong mạch khuếch đại cao tần, tụ Cag tạo một đường đi cho cao tần giữa lưới và anốt. Như vậy tín hiệu vào có thể đi qua Cag để sang gánh là khung cộng hưởng ; điện áp từ anốt có thể đi qua Cag để trở về mạch lưới, tạo thành hồi tiếp nội bộ XI Tuổi thọ của đèn và những yếu tố ảnh hưởng: Tuổi thọ của bóng được thể hiện khả năng phát xạ của cathode, hay nói cách khác chính là tuổi thọ của cathode. Vì vậy tuổi thọ phụ thuộc vào thiết kế, vật liệu làm cathode của từng loại bóng và tùy vào điều kiện hoạt động của bóng (chế độ khai thác, nhiệt độ mơi trường). 1. Tuổi thọ của đèn thường thường tính theo giờ làm việc, từ đó có thể quy đổi ra năm đa số là 10.000 giờ trong điều kiện làm việc bình thường, cá biệt có một số loại đèn đặc biệt có thể đến 100.000 giờ. Trang 28 Phương pháp nghiên cứu khoa học 2. Những yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn: Điện áp anode q cao > đèn bị q áp Dòng điện chảy qua đèn cao, liên tục vượt mức cho phép. Đỏ anode nên chóng hỏng hơn bình thường. Điện áp Vg khơng đúng, đèn hoạt động khơng đúng chế độ thì hiệu quả sử dụng khơng cao. Tụ thốt catot q lớn đều này thì ít ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn Trở kháng tải q bé so với tiêu chuẩn> bị q tải thì cũng có ảnh hưởng nhất là các đèn cơng xuất. Khơng tản được nhiệt = Sử dụng khơng hiệu quả, chóng già đèn Rung động cơ khí = đối với các đèn bình thường dễ bị các lỗi như chập, đứt sợi đốt, chập lưới, đứt cực "Vị trí" và "tư thế" hoạt động khơng đúng = Ít ảnh hưởng đến tuổi thọ đèn 4. Khoảng thời gian là nghe hay nhất trong chu kỳ "Sinh lão bệnh tử" của đèn: Trong khoảng thời gian sống của đèn mà nhà sản xuất tun bố, nhưng có lẽ hay nhất trong khoảng từ sau rođa đến 2/3 thời gian sống của đèn. 5. Một đèn được gọi là già khi: Độ phát xạ của katốt kém đi (điện trở phát xạ tăng lên, có thể đo được bằng đồng hồ đo điện trở bình thường khi cấp điện áp nung tim đèn), lọt khí giai đọan đầu Vd: 300B là loại bóng có cathode làm bằng vật liệu oxid coated nên tuổi thọ vào loại trung bình 300B có nhiều loại hầu hết có tuổi thọ từ 4000h 10.000h. Loại như JJ Tesla, Sovtek là loại có tuổi thọ trung bình. Một số loại bóng NOS như của Western Electric có độ bền tương đối tốt. Còn một số loại 300B được thiết kế đặc biệt như VV52, Valve Art 5300B, KR300B XLS thì có cathode ăn dòng lớn hơn, anode chịu được áp cao hơn và có cơng suất tiêu tán lớn hơn loại 300B bình thường. Trang 29 Phương pháp nghiên cứu khoa học Trong thiết kế mạch, nếu chúng ta càng ép cathode phát xạ nhiều thì tuổi thọ của bóng càng ngắn. Đốt tim cho bóng cũng ảnh hưởng tới tuổi thọ của bóng. Nhiệt độ mơi trường xung quanh càng cao thì tuổi thọ của bóng càng giảm (VD: đặt bóng cơng suất sát với bóng nắn hoặc bóng cơng suất bị chụp kín khơng có khơng gian để tỏa nhiệt sẽ làm bóng mau hư) Trang 30 Phương pháp nghiên cứu khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. David Haliday – Robert Resnick – Jearl Walker, “ C s v ật lí”, tập bốn, Tr.30 66. 2. Lương Dun Bình, “ Vật Lý Đại Cương”, Tập 2, Tr.243 253. 3. http://www.vnav.vn/forum/viewtopic.php?f=9&t=18 127k – 4. http://sohoa.vnexpress.net/SH/Amthanh/Ampli/2009/04/3B9AFF48/ 5. http://sohoa.vnexpress.net/SH/Amthanh/Ampli/2006/03/3B9ADF13/ 6. http://vi.wikipedia.org/wiki/đèn_điện_tử_chân_không 7. http://mysite.du.edu/~etuttle/electron/elect27.htm Trang 31 ... dạng “tự phát xạ điện tử . Các phương pháp thơng thường là: Phát xạ nhiệt điện tử. Phát xạ quang điện tử Phát xạ thứ cấp. Phát xạ điện tử: Kim loại đem nung nóng lên thì các điện tử chuyển động mạnh thêm. Tới một ... 1. Sợi kim loại được nung nóng Trang 12 Hinh 3 Phương pháp nghiên cứu khoa học 2. Hạt nhân của các ngun tử kim loại 3. Các điện tử tự do 4. Các điện tử thốt ra với tốc độ lớn 5. Các điện tử thốt ra với tốc độ nhỏ ... Khi hoạt động, các đèn điện tử cần đốt nóng các sợi đốt (một sợi đèn hai cực, ba cực đơn hoặc nhiều sợi ở các đèn điện tử kép), khi nhiệt độ các sợi đốt đạt Trang 13 Phương pháp nghiên cứu khoa học