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 Tp. Hồ Chí Minh Tháng 52009 Trang 2 Phương pháp nghiên cứu khoa học Mục lục Mục lục ... 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... 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