Lý thuyết chung về đèn điện tử

Khái niệm về đèn điện tử 

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. Do điện tử có khối lượng rất nhỏ, chuyển động hầu như không có quán tính nên sự không 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 nhậy cao, những biến thiên rất nhỏ cũng được cảm nhận, có thể tập trung để tạo được dòng điện rất lớn cho những dụng cụ cần có công suất mạnh. 

Như vậy về mặt tần số, có những dụng cụ điện tử làm việc tới 10 mũ 12 Hz, về mặt công suất có những đèn phát tới vài trăm kw.  Năng lượng điện là loại năng lượng dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác nên dụng cụ điện tử rất tiện dụng cho những quá trình vật lý phức tạp như những biến đổi quang – điện, nhiệt – điện, bức xạ... 

Với những ưu điểm đó, dụng cụ điện tử có thể thực hiện được nhiều chức năng kỹ thuật từ đơn giản đến phức tạp như: nắn điện, tách sóng, khuyếch đại, tạo sóng, đổi tần, hiện sóng , chỉ thị báo hiệu, truyền hình, đo lường, tự động... 

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. 

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. 

Chuyển động của điện tử trong điện trường 

Điện tử tự do chuyển động trong điện trường chịu tác dụng tương tác với các điện cực theo các định luật về sự tác động của các điện tích 

Tùy theo tốc độ ban đầu V0 của điện tử mà điện tử có chiều chuyển động và tốc độ chuyển động xác định trong điện trường. 

Hình 1. Trình bầy sự chuyển động của điện tử trong điện trường giữa 2 điện cực phẳng. Hai điện cực này có tác động tương tự như catốt và anốt hoặc hai điện cực có điện áp khác nhau trong đèn điện tử hoặc các cặp lái tia trong ống tia âm cực. 

Giả sử điện tử đang ở tấm cực âm và có vận tốc ban đầu V0 cùng phương với đường sức của điện trường (hình 1a). Lúc này tấm cực âm cùng dấu với điện tích của điện tử (điện tích âm) sẽ đẩy điện tử, tấm cực dương khác dấu với điện tích của điện tử sẽ hút điện tử. Điện tử sẽ chịu một lực tác động F, theo hình vẽ là cùng chiều với tốc độ ban đầu Vo. 

Như vậy chuyển động của điện tử sẽ theo hướng về tấm cực dương và có tốc độ tăng dần. Nói cách khác là điện tử chịu tác động của trường gia tốc, có tốc độ tăng nhanh dần và do đó có động năng lớn dần lên. Cuối cùng điện tử bay hết đoạn đường giữa hai tấm cực và đập vào tấm cực dương. Lúc này động năng của điện tử lớn nhất và khi đập vào tấm cực dương điện tử ngừng chuyển động, động năng truyền cho tấm cực dương, tạo thành nhiệt năng làm cho tấm cực dương bị nóng dần lên. 

Tốc độ của điện tử trong điện trường có hiệu thế U được xác định theo công thức: 

V= 600 sqrt U Km/s, trong đó U tính ra vôn 

( V= 600 nhân căn bậc hai của U với kết quả là Km/giây ) 

Tốc độ của điện tử trong đèn điện tử thường rất lớn. Thí dụ hiệu thế của diện trường trong đèn là 100v thì tốc độ điện tử có thể đạt tới : 

V = 600. sqrt 100 = 6000Km/giây 

Với tốc độ này và với khoảng cách không lớn lắm giữa hai điện cực trong đèn điện tử thì thời gian bay của điện tử giữa hai cực chỉ khoảng 10mũ -8 đến 10mũ-10 giây. 

Khi điện tử có tốc độ ban đầu Vo ngược chiều với lực tác dụng F như hình 1b thì điện tử sẽ chuyển động về phía tấm cực âm với tốc độ chậm dần đều. 

Điện tử như vậy là chịu trường hãm hay trường cản. Nếu tốc độ ban đầu Vo đủ lớn thì điện tử có thể bay tới tấm cực âm với tốc độ nhỏ. 

Nếu tốc độ ban đầu Vo nhỏ thì điện tử chưa bay tới tấm cực âm tốc độ đã bị triệt tiêu và sẽ bị hút quay trở lại tấm cực dương với tốc độ nhanh dần đều. 

Khi điện tử có tốc độ ban đầu Vo vuông góc với đường sức điện tử vừa chuyển đông ngang vừa bị tấm cực âm đẩy, tấm cực dương hút và vì vậy có chuyển động theo qũy đạo cong. Phía trong hai tấm cực, điện tử chuyển động theo đường parabol và khi ra ngoài hai tấm cực thì chuyển động theo quỹ đạo thẳng (xem hình 1c). 

Tóm lại khi điện tử chuyển động trong điện trường thì tùy thuộc tốc độ ban đầu Vo và vị trí ban đầu của điện tử mà điện trường tác động tới tốc độ, quỹ đạo và năng lượng của điện tử.

Điện tử chuyên động trong từ trường 

Khi điện tử di chuyển thì tạo thành dòng điện. Tác dụng của từ trường vào điện tử như tác dụng của từ trường vào dòng điện. 

Nếu điện tử di chuyển song song với các đường sức từ, (không cắt các đường sức từ) thì từ trường không có tác dụng gì tới chuyển động của điện tử. 

Nếu điện tử di chuyển cắt các đường sức thì từ trường tác động vào và làm cho quỹ đạo chuyển động của điện tử bị uốn cong đi.

Hình 2. trình bày chuyển động của điện tử trong từ trường đều của nam châm N.S với tốc độ ban đầu Vo vuông góc với đường sức từ. 

Người ta áp dụng quy luật chuyển động này trong các đèn hình để làm các cuộc lái tia điện tử, các cuộn hội tụ.

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 nhiệt 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 2.3.3. a 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 

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 

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 2.3.3 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.

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 tiếplà sợi kim loại thuần như vônfram hoặc vônfram phủ một lớp thori hoặc kim loại phủ một lớp áo oxit bari, calci, stronti. 

Sợi kim loại làm catôt này được mắc vào giá đỡ và có dạng như hình 4 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. 

Kết cấu của catốt nung gián tiếp như hình 5. 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. 

Hình 5 

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 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.\

Đèn hai cực 

1. Cấu tạo của đèn hai cực và nguyên lý làm việc 

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. 

2. Mạch điện của đèn hai cực: 

Mạch điện của đèn hai cực trình bày trên hình 8. Hình 8-a trình bày mạch điện đầy đủ. 

FF là sợi nug 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.

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. 

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. 

Để đo điện áp anốt và dòng anốt Ia, người ta đấu vôn kế V và mA kế như hình 9 trong đó hình 9-a là đấu đúng, hình 9-b là đấu sai. Hình 9-b là đấu sai vì đấu như vậy cũng mA kế sẽ không phản ánh đúng trị số dòng Ia: nó chỉ cả dòng điện chạy qua vôn kế. 

Các hình vẽ 8-b và hình 8-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 nguồn Ei và Ea hoặc có thể lược đi không vẽ mạch nung sợi như hình 8-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.

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 sợi Ui người ta dùng những đặc tuyến anốt của đèn hai cực. 

Đặc tuyến anốt của đèn hai cực trình bày trên hình 10 

Trên đồ thì hình 10-a, trục tung chỉ trị số dòng điện Ia, tính ra mA, trục hoành chỉ thị điện áp anốt Ua = 0 thì anốt không 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 không 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 không 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 không tăng thêm mặc dù Ua có tăng. Trị số Ie lớn nhất không thể tăng thêm đó gọi là dòng bão hòa, nó chính là bằng dòng phát xạ Ie của catốt. 

Đồ thì ở hình 10-b 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 10-a. 

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 không đồng đều, có lúc bão hòa tức là dù Ua có tăng nhưng Ia sẽ không tăng. 

Đèn hai cực như vậy là một phần tử phi tuyến tức là không tuân theo định luật Ôm (theo định luật Ôm, dòng điện tăng theo tỷ lệ thuận với điện áp).

Các thông số của đèn hai cực 

Các thông số là những đại lượng biểu thị tính năng kỹ thuật cần thiết cho việc sử dụng khai thác. 

Các thông số của đèn hai cực thường sử dụng là: 

a) Điện áp và dòng điện nung sợi Ui và Ii. 

b) Điện trở trong: 

- Điện trở trong một chiều Ro[/align] 

Ua 

Ro = ------------- 

Ia[/align] 

[align=justify]- Điện trở trong xoay chiều Ri: 

Khi điện áp anốt tăng từ trị số Ua1 lên Ua2, dòng điện anốt tăng từ trị số Ia1 lên Ia2, điện trở trong Ri của đèn xác định theo công thức:[/align] 

[align=center] Ua2 - Ua1 

Ri = ------------------ 

Ia2 - Ia1[/align] 

[align=justify]Nếu gọi ∆Ua là độ gia tăng của điện áp anốt 

∆Ia là độ gia tăng của dòng anốt thì :[/align] 

[align=center] ∆Ua 

Ri = ------------ 

∆Ia [/align] 

[align=justify]Ở trên phần đặc tuyến thẳng, Ri là trị số không đổi. 

Thí dụ: Khi tăng điện áp anốt từ 12V lên 23V, dòng điện anốt tăng từ 20mA lên 60mA thì điện trở trong Ri là:[/align] 

[align=center].....∆Ua .......23 - 12 ........ 11 V .......... 11...................... 

Ri = -------- = ----------- = ------------- = ------------ = 275 Ohm 

.......∆Ia ......60 - 20 ..........40 mA ....... 0.04......................[/align] 

[align=justify]c) Độ dốc của đặc tuyến S: 

Độ dốc của đặc tuyến biểu thị độ gia tăng trị số dòng anốt Ia khi điện áp anốt biến đổi 1V. 

Độ dốc ký hiệu là S và đơn vị tính là mA/V[/align] 

[align=center] ∆Ia 

S = ---------- mA/V 

∆Ua[/align] 

[align=justify]Thí dụ: một đèn hai cực có S = 10 ma/V có nghĩa là nếu tăng điện áp anốt 1V thì dòng anốt tăng 10mA. 

Quan hệ giữa độ dốc S và điện trở trong Ri là:[/align] 

[align=center] 1 

S = --------- 

Ri[/align] 

[align=justify]d) Dòng Ia và Ik lớn nhất cho phép. 

Khi sử dụng đèn hai cực không được dùng chế độ công có trị số vượt trị số cho phép nói trên. 

đ) Điện áp ngược lớn nhất cho phép Ung 

Khi nguồn điện đấu vào đèn hai cực có chiều ngược tức là cực + đấu vào catốt K, cực – đấu vào anốt A thì không có dòng Ia và giữa A-K có một điện áp gọi Ia điện áp ngược Ung. Nếu điện áp ngược lớn quá mức cho phép thì sẽ gây ra đánh lửa trong đèn và đèn bị hỏng. 

Điện áp ngược cho phép do khoảng cách giữa anốt và catốt và kết cấu của đèn quyết định. 

Khi dùng đèn không được để đèn trong chế độ có điện áp ngược vượt trị số U ngược cho phép. 

e) Công suất tiêu tán ở anốt Pa 

Những điện tử từ catốt bay đến anốt do đó có tốc độ nên có động năng. Cao áp Ua càng lớn thì động năng đó càng lớn. Khi đập vào anốt, các điện tử đó ngừng chuyển động, động năng của nó truyền cho anốt và thể hiện dưới dạng nhiệt năng tức là làm cho anốt nóng lên. 

Luồng điện tử càng nhiều tức là càng lớn thì năng lượng của các điện tử “bắn phá” anốt càng lớn và anốt càng bị nóng lên nhiều. 

Công suất tiêu tán ở anốt Pa tỷ lệ với điện áp anốt Ua và dòng điện anốt Ia: 

Pa = Ia.Ua 

Thí dụ điện áp anốt là U2 = 30V, dòng điện anốt Ia = 20mA thì công suất tiêu tán ở anốt là: 

Pa = Ia.Ua = 0.020. 30 = 0,6 W. 

Anốt bị nung nóng quá thì có thể bị chảy ra hoặc bay hơi làm giảm độ chân không của đèn. 

Vì vậy do kết cấu của đèn mà mỗi đèn có một trị số Pa tối đa thường gọi là Pa max. 

Khi sử dụng đèn, không được dùng với chế độ có Pa > Pa max 

Nếu dùng với Ua lớn thì Ia phải nhỏ 

Nếu dùng với Ia lớn thì Ua phải nhỏ 

Luôn luôn đảm bảo điều kiện Pa </= Pa max 

Để cho đèn có được trị số Pa max lớn người ta thường cho anốt có kết cấu dễ tỏa nhiệt và còn sơn đen anốt để cho sự thoát nhiệt được dễ.

Khi sử dụng có khi phải cho quạt gió thổi để làm cho anốt được nguội… 

Ngoài ra còn một số thông số khác như dòng xung cho phép, hiệu dụng giữa anốt và catốt Cak cần biết khi dùng đèn ở chế độ xung hoặc ở tần số cao.[/align]

Công dụng của đèn hai cực 

Đèn hai cực có 2 công dụng cơ bản là nắn điện và tách sóng 

1. Nắn điện : là dùng đèn hai cực đấu trong mạch điện để biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều. 

Mạch dùng đèn hai cực nắn điện như hình 11 

Điện áp xoay chiều đưa tới mạch anốt như hình 11-b 

Dòng điện nắn được chảy qua gánh tiêu thụ như hình 11-c. 

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 12. 

Hình 12 : 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 

2.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).

Sử dụng thực tế đèn hai cực 

Đèn hai cực có ký hiệu trên sơ đồ như hình 13 

Trong đó: 

- Hình a là đèn hai cực nung sợi trực tiếp 

- Hình b là đèn hai cực nung sợi gián tiếp có catốt nối vào một đầu của sợi nung. 

- Hình c là đèn hai cực nung sợi gián tiếp có catốt đẩu riêng. 

- Hình e là đèn hai cực kép, nung sợi gián tiếp, catốt chung cho cả hai đèn, được đấu vào sợi nung. 

- Hình g là đèn hai cực kép, nung sợi gián tiếp, catốt chung cho cả 2 đèn được đấu tách khỏi sợi nung. 

- Hình h là đèn hai cực kép, nung sợi gián tiếp có catốt riêng rẽ cho mỗi đèn. 

- Hình i là vẽ tách riêng hai nửa của đèn là hai cực kép dùng cho hai mạch điện khác nhau. 

Khi dùng đèn hai cực phải tra cứu biết các thông số của đèn để dùng đèn trong chế độ không vượt quá mức cho phép. 

Bảng sau đây cho thí dụ về thông số và Hình 14 là cách đấu các chân đèn của đèn 5ц3C và các thông số của đèn là : 

U ngược = 1700V 

U nắn = 500V 

Ia = 225mA 

Uf = 5V 

If = 3A 

Ri = 0.2KOhm 

Như vậy với những thông số trên và sơ đồ đấu chân trên hình 14, ta thấy nếu dùng đèn 5ц3C để nắn điện thì: 

- Phải cấp điện nung sợi 5V vào chân 2 và 8, dòng nung sợi 3A. 

- Điện áp xoay chiều đưa vào nắn có thể tới 500V đấu vào chân 4 và 6 

- Điện áp một chiều nắn ra 225mA. 

- Điện áp ngược lớn nhất mà đèn có thể chịu được: 1700V 

- Điện trở trong của đèn là: 0,2kΩ = 200Ω 

Về kết cấu ngoại hình, đèn hai cực có thể do dạng bóng thủy tinh, đế đèn kiểu 8 chân có cựa (octal), có thể có dạng vỏ thủy tinh chân tăm, dạng có vỏ kim loại, dạng vỏ thủy tinh có chân ra là sợi mềm hoặc dạng quả thông dùng cho lĩnh vực siêu cao tần......

Đèn ba cực 

1. Cấu tạo của đèn ba cực và nguyên lý làm việc: 

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 15 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 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.

2. Mạch điện của đèn ba cực: 

Mạch điện của đèn ba cực như hình 16 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. 

- Mạch lưới đấu nguồn lưới Ea vào giữa catốt và lưới của đèn. Trong mạch lưới có thể do dòng lưới Ig. Trong hình 16: 

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 17. 

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 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 nay 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.

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 18. 

- Ở hình 18-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 18-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.

Đặc tuyến của đèn ba cực 

Để khảo sát sự biến thiên của đèn ba cực, ta mắc mạch điện và đấu các đồng hồ đo như hình 19. 

Trong mạch điện này nguồn điện lưới Eg được đấu vào chiết áp R2 và với cách đấu này, tuỳ vị trí của con chạy mà lưới có điện áp dương (vị trí phía trên) hoạc điện áp âm (vị trí phía dưới) hoặc điện áp bằng không ( ở vị trí chính giữa). 

Nguồn cao áp Ea được đấu vào chiết áp R1 và do đó tuỳ theo vị trí (con chạy của R1 mà anốt A có trị số điện áp anốt lớn (con chạy ở vị trí trên)hoặc nhỏ (con chạy ở vị trí dưới). Điện áp anốt luôn luôn là dương hoặc bằng không (Ua ≥0). 

Đồng hồ V1 đo điện áp lưới Ug 

V2 đo điện áp anốt Ua 

mA1 đo dòng điện lưới Ig 

mA2 đo dòng điện anốt Ia

Đặc tuyến lưới của đèn 3 cực 

Điều chỉnh con chạy trên R1 tới một vị trí tương ứng với một điện áp anốt nhất định, thí dụ Ua = 100V và giữ nguyên vị trí đó . Vặn chiết áp R2 tăng dần trị số điện áp lưới và với mỗi vị trí số điện áp lưới Ug lại quan sát các đồn hồ mA2 và mA1 và ghi lạI các trị số tương ứnh của Ia và Ig. 

Tập hợp các nhóm số đó thành bảng ta được bảng sau: 

Ug ( V ) -11; -10; -8;-6;-4;-2;0;+2;+4;+6;+8;+10;+12;+14;+16 

Ia (mA) ..0;.....1;...2;.5;10;15;20;25;30;33;34;34;34;31;25 

Ig (mA) ...0;...0;...0;.0.;.0;.0;.0;1;3;5;7;8;9;12;17 

Với những trị số trong bảng , ta đem thể hiện lên đồ thị mà trục hoành là các trị số điện áp lưới Ug trục tung là các trị số dòng Ia và dòng Ig. 

Đồ thị đạt được như hình 20 

Ta gọi đó là đặc tuyến lưới của đèn ba cực. 

Đặc tuyến lưới có ba phần: 

- Phần thứ nhất từ điểm 1 tới điểm 3 cong 

- phần thứ hai từ điểm 3 tới điểm 8 thẳng 

- Phần thứ ba từ điểm 8 tới điểm 14 lại bị cong 

Đoạn đầu đặc tuyến bị cong vì lưới quá âm 

Đoạn đầu bị cong vì dòng điện đã tới trị số bão hoà, thêm nữa lưới dương nên lại hút nhiều điện tử tạo thành dòng lưới Ig nên lại càng làm giảm luồng điện tử tới anốt để tạo thành anốt Ia. 

Đoạn giữa của đặc tuyến thẳng là đoạn có thể công tác được. Thường người ta sử dụng đoạn 3-6 là đoạn thẳng đồng thời lưới chưa bị dương, chưa có dòng điện lưới. Đường đặc tuyến trên là ứng với trị số Ua = 100V. Nếu thay Ua bằng một trị số khác thí dụ Ua= 80V, Ua = 120V và lại tiếp tục lặp lại quá trình biến thiên ta sẽ vẽ được thêm những dòng đặc tuyến lưới ứng với các trị số Ua khác nhau. 

Tập hợp các đặc tuyến đo trên cùng một đồ thị, ta được một họ đặc tuyến lưới như hình 21.

Thông số của đèn ba cực 

1. Ba thông số cơ bản: 

Ba thông số cơ bản của đèn ba cực là hệ số khuyếch đại µ , độ hỗ dẫn hay độ dốc S và điện trở trong Ri. 

+ Hệ số khuếch đại µ (kí hiệu là µ đọc là muy) chỉ rõ sự tác dụng của biến thiên điện áp lưới vào sự biến thiên của dòng anốt gấp bao nhiêu lần tác dụng của điện áp anốt. 

Nói một cách khác, muốn tăng dòng anốt lên ∆Ia mA mà cần điện áp lưới biến thiên 1V thì cũng với yêu cầu đó phải làm điện áp anốt biến thiên µ vôn. Hệ số khuếch đại xác định trên họ đặc tuyến như sau: 

Tại thời điểm A trên đặc tuyến lưới (Hình 23) Ứng với trị số Ia=3mA; Ua=140V và Ug=-1,5V, ta cho dòng anốt Ia tăng lên thành 6mA tức là ΔIa = 3mA. Muốn như vậy thì Ua phải có trị tương ứng là 220V. Vậy sự biến thiên của điện áp anốt là ΔUa=220V-140V=60V. 

Tại thời điểm B ứng vớI Ia=6mA, ta muốn làm dòng anốt giảm đi 3mA tức là bằng biến thiên trước thì phải thay đổi điện áp lưới một lượng bằng từ -1,5V tới –3V tức là ΔUg= 1,5V. 

Như vậy hệ số khuếch đại của đèn trong trường hợp này là: 

µ= ΔUa/ ΔUg=60/1,5 =40 

+ Độ dốc hay độ hỗ dẫn S: 

Độ dốc S biểu thị tác dụng của áp lưới với dòng anốt Ia 

Nếu giữ điện áp anốt Ua không đổi và làm thay đổi điện áp lưới một lượng ΔUg. Thì dòng anốt Ia biến đổi một lượng ΔIa. 

Độ dốc S được xác định theo công thức sau: 

S= ΔIa/ ΔUg với Ua=C= hằng số 

Độ dốc S được xác định tính ra mA/V (đọc là mA trên vôn) 

Trị số của độ dẫn S chỉ cho biết khi điện áp lưới biến thiên 1V thì dòng anốt biến thiên bao nhiêu mA. Độ hỗ dẫn càng lớn thì tác dụng khuếch đại của đèn càng khoẻ 

Cũng trong thí dụ của hình 23 ta thấy khi điện áp lưới biến thiên từ điểm C đến điểm A tức là –3V tới -1,5V (ΔUg=1,5), dòng anốt Ia biến thiên từ 3mA tới 6mA (ΔIa=3mA) thì độ dốc S là: 

S= ΔIa/ ΔUg = 3mA/1,5mA = 2mA/V 

Trong hình 24 có vẽ 2 đặc tuyến ứng với các độ dốc khác nhau . Đường I ứng với S=4mA/V và đường II ứng với S=1mA/V. 

Đèn có độ dốc S=4mA/V khuyếch đại khoẻ hơn. 

+ Điện trở trong Ri: 

Điện trở Ri xác định bằng công thức 

Ri = ΔUa/ ΔIa với Ug= hằng số 

Trong thí dụ của hình 23 ta có ΔUa=50V, ΔIa=3mA do đó điện trở trong Ri là: 

Ri= ΔUa/ ΔIa = 5oV/30mA = 20 kΩ 

+ Quan hệ giữa µ ,s và Ri có mối quan hệ biểu thị bằng công thức sau: 

µ=SRi 

Biết hai trong ba đại lượng đó thì có thể tìm được một đại lượng thứ ba. 

Trong thí dụ trên, nếu đã biết S=2mA/V, Ri=20 kΩ thì ta có thể xác định hệ số khuếch đại µ: 

µ=SRi = 2*20 = 40 

Trong các sách tra cứu, có khi người ta chỉ cho biết trị số của 2 thông số . Trong các thông số thứ ba tự tính theo công thức nêu trên. 

2. Các thông số khác: 

Các thông số khác của đèn ba cực cũng tương tự đèn hai cực: 

- Điện áp và dòng điện nung sợi 

- Điện áp tối đa mà anốt chịu được 

- Công suất tiêu tán tối đa ở anốt 

- Công suất tiêu tán tối đa ở lưới 

Ngoài ra cần lưu ý tới điện dung giữa các cực: 

- CgK giữa lưới và catốt còn gọi là điện dung vào . 

- CaK giữa anốt và catốt còn gọi là điện dung ra. 

- Cga giữa lưới và anốt còn gọi là điện dung thông đường. 

Khi sử dụng đèn ba cực ở lĩnh vực cao tần thì cần chú trọng tới trị số của các điện dung giữa các cực vì lúc này những điện dung đó ảnh hưởng đáng kể tới mạch điện.

Tác dụng khuếch đại đèn ba cực 

Do lưới có khả năng khống chế dòng anốt Ia nên người ta có thể đưa một điện áp U1 vào mạch lưới để tạo ra biến thiên của dòng Ia. Đấu một gánh Ra vào mạch anốt. . Khi Ia biến thiên thì sụt áp ở hai đầu Ra cũng biến thiên tạo thành điện áp U2 ở mạch anốt. Biên độ sụt áp U2 Lớn hơn biên độ của điện áp mạch lưới U1 

Hình 25 Trình bày mạch khuếch đại dùng đèn ba cực có gánh mạch anốt là Ra. Tại một số điểm trên sơ đồ có chỉ dẫn dạng biến thiên và trị số của điện áp và dòng điện của mạch điện. 

Qua hình vẽ ta nhận thấy Ug là điện áp ra có dạng sóng cũng là hình sin nhưng Ua~ có biên độ lớn hơn Ua~ ngược pha với Uvào. 

Lấy một thí dụ bằng số để dễ hiểu. Giả sử Uvào tức là Ug có trị số biên độ Ugm=2V và điện trở gánh an ốt là Ra=40 kΩ. Khi Ugm đưa vào mạch lưới thì dòng anốt Ia biến thiên, giả sử là 0,5mA. 

Như vậy điện áp trên Ra là : 

Uam =Iam.Ra = 0,5.10-3 X 40.10-3 = 0.0005 X 40000 = 20V 

Đưa một điện áp xoay chiều 2V vào mạch lưới, ta lấy ra ở mạch anốt một điện áp 20V tức là ta đã khuếch đại lên được 10 lần.

Công dụng của đèn ba cực 

Đèn ba cực có 2 công dụng khuếch đại và tạo dao động. 

1. Khuếch đại : Tác dụng khuếch đại của đèn 3 cực như đã trình bày ở phần trên. Nói chung mạch lưới nhận tín hiệu cần khuếch đại và trên gánh mắc ở mạch anốt ta nhận thấy được tín hiệu đã khuếch đại 

Tuỳ theo tần số của tín hiệu mà bố trí linh kiện ở mạch vào và gánh ở mạch ra. Hình 26a là mạch khuếch đại cao tần có mạch lưới là khung cộng hưởng L1C1 và gánh anốt là khung cộng hưởng L2C2. 

Hình 26b là mạch khuếch đại âm tần có mạch vào lưới là Micro và biến áp vào, gánh anốt là ống nghe T. 

2. Tạo sóng: Mạch điện dùng đèn ba cực để tạo sóng trình bày ở hình 27. 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 sẽ ở trạng thái tự kích: tự nó tạo ra dao đọng có tần số bằng tần số cộng hưởng của khung cộng hưởng LC.

Sử dụng thực tế đèn ba cực 

Khi dùng đèn ba cực cần, tra cứu các tư liệu kỹ thuật để sử dụng với tính năng thích hợp và không vượt quá trị số cho phép. Lấy ví dụ thực tế về đèn 6H2H. 

Sách tra cứu về đèn 6H2II cho các số liệu: 

- Điện áp nung sợi : 6,3V 

- Dòng điện nung sợi : 340±25mA 

- Thiên áp lưới : - 1,5V 

- Điện áp a nốt : 250V 

- Dòng a nốt : 2,3±0,9 mA 

- Độ dốc đặc tuyến : 2,1±0,5mA/V 

- Điện trở trong : 50kΩ 

- Hệ số khuyếch đại : 97,5±17,5 

- Công suất tiêu tán lớn nhất ở anốt : 1W 

- Điện dung vào Cgk : 2,35±0,35pF 

- Điện dung ra Cak : 2,9±0,7pF 

- Điện dung thông đường Cga : 2,9±0,7pF 

Đặc tuyến lưới của đèn 6H2II như hình 28 và đặc tuyến anốt như hình 29

Nhược điểm của đèn ba cực 

Đèn ba cực có 2 nhược điểm cơ bản: 

a. Hệ số khuyếch đại µ không lớn được, thường µ không vượt quá 100. Đó là vì các vòng mắt lưới không thể làm xít quá được. Muốn tăng µ thì phải làm các vòng lưới xít lại nhưng xít quá thì điện tử khó bay qua để tới anốt. 

b. 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....

Đèn bốn cực 

1. Cấu tạo của đèn bốn cực và nguyên lý làm việc. 

Cấu tạo của các điện cực bên trong đèn bốn cực được trình bày trên hình 30 trng 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: 

- 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.

Mạch điện của đèn bốn cực 

Các mạch điện cung cấp cho sợi nung, g1, anốt đối với đèn bốn cực cũng giống như với đèn ba cực. Riêng lưới g2 yêu cầu có một điện áp dương và nhỏ hơn điên áp anốt Ua. Như vậy phải có mạch điện cung cấp điện áp Ug2 đó cho lưới chắn g2. Nếu nguồn cao áp cung cấp cho anốt là một bộ pin nối tiếp thì có thể trích lấy điểm nối ở giữa bộ pin cung cấp điện áp cho lưới g2 như hình 31. 

Lưới g2 cũng có dòng điện chạy gọi là dòng Ig2 và cũng tiêu thụ năng lượng của nguồn. Trên mạch lưới g2 còn có tụ Cg2 đấu giữa g2 và catốt để ổn định điện áp lưới g2 và như đã nói ở trên, cũng là để nối đất g2 về mặt xoay chiều để hạn chế tác dụng của điện dung thông đường Cga. 

Thường thì cao áp cung cấp cho anốt lấy từ một bộ nắn nên khó lấy điểm nối giữa chừng như với hình 31. Người ta cấp điện cho lưới g2 theo hai mạch trình bày ở hình bày ở hình 32. 

Mạch điện ở hình 32.a là mạch cấp điện cho lưới g2 theo kiểu sụt áp qua một điện trở Rg2. Nguồn Ea đấu tới g2 bằng điện trở Rg2.Dòng chảy qua điện trở Rg2 là dòng lưới g2 (Ig2) sụt áp trên điện trở Rg2 là Ig2 Rg2: 

Theo định luật Kiếcxốp cho mạch kín ta có: 

Ea = Ug2+ Ig2.Rg2 

Thông thường trị số Ea đã biết trước, Ug2 là điện áp ta chọn dùng cho lưới g2, dòng Ig2 biết được do tra cứu trong các tư liệu kỹ thuật vì vậy dễ dàng tìm ra trị số của điện trở Rg2 cần dùng trong mạch: 

..........Ea - Ug2 

Rg2 = ------------- 

..............Ig2 

Thí dụ nguồn Ea = 160V, điện áp Ug2 cần là 60V, dòng lưới Ig2 là 0,5mA thì điện trở Rg2 có trị số là: 

..........160-60 

Rg2 = -----------= 200.000Ohm = 200kohm 

...........0.5 x 0.001 

Mạch điện ở hình 32.b là mạch cấp điện cho lưới g2 thông qua một bộ phân áp dùng 2 điện trở R1; R2. Mạch này so với mạch trước thì ổn định hơn nhưng tốn thêm một điện trở và khi làm việc thì tiêu phí thêm năng lượng do có dòng chảy qua phân áp. 

Tùy theo yêu cầu về chất lượng của máy cũng như khả năng về nguồn cung cấp mà người ta quyết định dùng kiểu mạch điện nào.

Đặc tuyến của đèn bốn cực 

Đèn bốn cực cũng có thể lập đặc tuyến lưới và đặc tuyến anốt như đối với đèn ba cực. 

Ứng với mỗi trị số của Ug2 ta lại lập được một họ đặc tuyến. Thí dụ như hình 33 thì I là họ đặc tuyến lưới ứng với Ug2 = 100V và II là họ đặc tuyến ứng với Ug2 = 70V. Ta nhận thấy lưới g2 có tác dụng mạch đối với dòng anốt Ia: lưới g2 biến đổi điện áp từ 70V lên 100V là một biến đổi nhỏ(∆ Ug = 50V) mà họ đặc tuyến chênh lệch nhau nhiều, Ia biến đổi lớn. Còn Anốt biến đổi diện áp từ 150V lên 200V (∆ Ua = 50V) mà hai đặc tuyến chênh lệch nhau không nhỉều. 

Trên đồ thị, ta còn thấy đường đứt nét, đó là đường biểu thị dòng Ig2. Ta thấy với Ua nhỏ thì dòng Ig2 lại lớn. Đó là vì khi Ua nhỏ thì sức hút kém và có nhiều điện tử bị g2 hút trước khi có thể tới anốt. 

Đặc tuyến anốt của đèn bốn cực cũng được vẽ tương tự như cách vẽ đặc tuyến anốt của đèn ba cực: trục hoành là các trị số điện áp anốt Ua, trục tung là trị số các dòng Ia, Ug2. Ứng với mỗi đường đặc tuyến phải chỉ rõ các trị số của thiên áp lưới government và điện áp lưới g2. 

Hình 34 là đặc tuyến anốt của đèn bốn cực. 

Ta thấy ở phần đầu của đặc tuyến có những chỗ lồi lõm: dòng anốt Ia lúc đầu tăng dần sau đó lại giảm dần đi và mãi sau nữa mới trở lại tình trạng tăng. 

Điều này có vẻ bất bình thường vì Ua tăng mà Ia lại giảm. Tuy nhiên phân tích hiệu ứng dynatron thì có thể giải thích hiện tượng này: 

Những điện tử bay tới anốt với tốc độ cao khi bắn vào anốt có thể làm bắn ra từ anốt những điện tử phản xạ thứ cấp. Khi điện áp anốt lớn thì những điện tử phát xạ thứ cấp này lại bị anốt hút trở lại. Nhưng khi điện áp anốt nhỏ hơn điện áp lưới g2 thì những điện tử phát xạ thứ cấp bị lưới g2 hút vào. Thành ra số lượng điện tử lưu chuyển trong mạch anốt bị giảm đi, dòng anốt Ia bị giảm, số lượng điện tử lưu chuyển trong mạch g2 tăng lên, dòng lưới Ig2 tăng lên. 

Vì hiệu ứng dynatron nên phần đầu của đặc tuyến bị lồi lõm bất thường và do đó không thể sử dụng được trong chế độ công tác của đèn bốn cực. Vì vậy phạm vi sử dụng của đèn bốn cực bị hạn chế. 

Hiệu ứng dynatron là một nhược điểm của đèn bốn cực.

Các thông số của đèn bốn cực 

Các thông số của đèn bốn cực xác định tương tự như các thông số đèn ba cực. 

a. Hệ số khuyếch đại u ( muy ) : 

...........Delta Ua 

Muy = ---------- khi Ug2 là hằng số 

..........Delta Ug1 

Hệ số khuyếch đại của đèn bốn cực lớn hơn đèn ba cực. 

b. Độ dốc của đặc tuyến: 

.......Delta Ia 

S = ------------ khi Ua và Ug là hằng số 

.......Delta Ug1 

Độ dốc S của đèn bốn cực cũng thường lớn hơn đèn ba cực 

c. Nội trở Ri: 

.......Delta Ua 

Ri = ------------khi Ug1 và Ug2 là hằng số 

.......Delta Ia 

Nội trở Ri của đèn bốn cực thường cũng lớn hơn đèn ba cực 

Mối quan hệ giữa ba thông số đó vẫn là: 

Muy = S. Ri 

Về các thông số khác thì có thêm: 

- Điện áp lớn nhất cấp cho lưới g2 

- Công suất tiêu tán lớn nhất ở lưới g2 

- Dòng lưới g2 lớn nhất. 

Về các điện dung giữa các cực thì đèn bốn cực có trị số nhỏ hơn đèn ba cực.

ử dụng đèn bốn 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 không 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 công suất tiêu tán trên lưới g2 (Pg2) lớn quá 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 toàn máy. Những mạch rơle có thể thực hiện được những yêu cầu này.

Cấu tạo của 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 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.

Đặc tuyến và thông số đèn năm cực 

Khắc phục được hiệu ứng dynatron, đèn năm cực có đặc tuyến không bị lồi lõm như đèn bốn. Đặc tuyến và ký hiệu của đèn năm cực như hình 35 

Cách xác định các thông số tại điểm A (Ua=160V, Ug1=-2V) như sau : 

a.Xác định S: 

xác định độ gia tăng của dòng anốt Ia giữa 2 điểm B và C: 

Delta Ia=8mA 

Xác định độ biến thiên của điện áp lưới g1: 

Delta Ug1 = 4V 

Như vậy: 

..........Delta Ia........8 

S = ------------- = ------ = 2mA/V 

.........Delta Ug1 ......4.. 

b. Điện trở trong Ri 

Xác định giữa 2 điểm D và E: 

Độ gia tăng điện áp anốt: Delta Ua=160V 

Độ gia tăng dòng điện anốt Delta Ia = 1mA 

Do đó: 

.........Delta Ua..........160 

Ri = ------------- = ---------- = 160000Ohm = 160kOhm 

........Delta Ia........1 x 0.001 

c. Hệ số khuyếch đại 

Muy = S. Ri = 2mA/V . 160kOhm = 320 

Đèn năm cực có điện dung giữa các cực nhỏ hơn đèn ba cực

Share on Google Plus

About Nguyễn Tiến Cường

This is a short description in the author block about the author. You edit it by entering text in the "Biographical Info" field in the user admin panel.