نظریه نیمرسانا (بخش دوم)

مواد کاتود
سه نوع ماده مختلف برای کاتود لامپهای گرمایونی به کار می برند، انتخاب هر یک از این مواد برای لامپی خاص، به ارائه گستره پتانسیل های آنو بستگی دارد که از لامپ انتظار می رود. در مورد لامپهایی که برای ارائه فقط توانهای کوچک تا اتلاف حدود W300 در آنود طراحی شده اند، و نیز برای اعمال ولتاژهایی تا حدود V2000 به آنودهای آنها، از کاتودهای اکسیداندود بهره می گیرند. کاتود اکسیداندود شامل آمیز ای از اکسید باریم و اکسید استرونتیوم است که رویه بدنی نیکلی را اندود می کنند (گاهی هم از موادی مانند تنگستن و مولیبدن روی بدنه کاتود استفاده می شود). وقتی کاتودی از این نوع تا دمای حدود 1000 – 800 گرم شود گسیل کافی الکترون صورت می گیرد.
لامپهای توان متوسط، که حداکثرتوان اتلافی آنها در آنود W1000 است، در آنود خود به اعمال ولتاژی تا V5000 نیاز دارند که استفاده از چنین ولتاژهای بالایی از بمباران کاتود از سوی اتم های یونیده حاصل می شود. شدت این بمباران با مقدار ولتاژ آنود متناسب است و ناشی از فروپاشی سریع کاتود اکسید اندود است. در لامپهای توان متوسط از کاتودهای تنگستن توریوم اندود استفاده می شود. کارایی گسیلش این نوع کاتود کمتر از کارایی گسیلش کاتود اندود است، ولی گسیل الکترون کافی در دمای تقریباً 2000 صورت می گیرد.
لامپهایی که برای ارائه توانهای خیلی زیاد، با اتلاف تا حدود kW100 یا بیشتر، طراحی شده اند باید ولتاژی تا V 000,20 به آنود آنها اعمال شود و شدت بمباران یونی حاصل برکاتود باعث می شود که استفاده ازکاتودهایی سود می برند که از تنگستن خالص ساخته شده باشد. تنگستن خالص گسیلنده ای با کارایی بسیار کم از تنگستن توریم اندود است و باید در دمایی حدود 3000 کار کند.
گرم کردن کاتود
کاتود لامپ گرمایونی از طریق عبور جریان الکتریکی گرم می شود. در لامپ گرم شونده مستقیم جریان گرم کن مستقیماً از کاتود، یا رشته (فیلامان)، می گذرد، اما در لامپ گرم شونده نامستقیم جریان گرم کن از سیمی مقاومت می گذرد که درون یک کاتود استوانه ای توخالی سوار شده است. کاتود گرم شونده مستقیم را می توان از تنگستن، تنگستن توریم اندود یا تنگستن اکسید استرونتیوم اندود ساخت، در حالی که کاتودهای گرم شونده نامستقیم را همیشه از نیکل (یا ماده بدنه مناسب دیگری) که با آمیزه ای از اکسید باریوم و اکسید استرونتیوم اندود شده است، می سازند.
مشخصه ایستایی
مشخصه ایستایی لامپ دوقطبی نمودار جریان آنود بر حسب ولتاژ آنود است و می توان آنرا به کمک آرایش مشخص کرد. سنجه های A1 و V به ترتیب مقادیر جریان آنود و ولتاژ آن را می خوانند و سنجه A مقادیر جریان گرم کن را قرائت می کند. روش اندازه گیری به طور خلاصه چنین است: جریان گرم کن روی مقدایر مناسب نگاه داشته می شود و سپس در چندین مرحله ولتاژ آنود را افزایش می دهند. در هر مرحله جریان عبوری از آنود را یادداشت می کنند و سپس این مقادیر جریان را بر حسب ولتاژ آنود رسم می کنند. همان طور که دیده می شود ابتدا جریان آنود با افزایش ولتاژ آنود به سرعت افزایش می یابد تا اینکه به ولتاژی می رسد که در آن جریان با سرعت کمتری شروع به افزایش می کند. به این ولتاژ ولتاژ زانویا ولتاژ اشباع می گویند. و در این ولتاژ جریان را جریان اشباع می نامند.
برفراز نقطه اشباع، تغییرات زیاد ولتاژ آنود تنها تغییرات کمی در جریان آنود در پی دارد زیرا آنود قبلاً تقریباً تمامی الکترونهای گسیلیده را گردآوری کرده است. هرچند در شکل نموده نشده است، اما یک جریان آنود بسیار کوچک، چند میکروآمپر ، به ازای ولتاژ صفر و ولتاژهای کم منفی آنود عبور می کند؛ این جریان نشان می دهد که تعداد کمی الکترون با انرژی کافی و بدون کمک میدان شتاب دهنده آنود گسیلیده می شوند و به آن می رسند. اکنون اگر جریان آنود تغییر یابد و همان نحوه اندازه گیری تکرار شود، مشخصه مشابهی به دست می آید ، که تنها فرق آن این است که نقطه اشباع به ازای مقدار ولتاژ دیگری از آنود اتافاق می افتد.
وقت جریان آنود کمتر از مقدار اشباع باشد آن را محدوده بار فضایی گویند زیرا با افزایش ولتاژ آنود و بنابراین کاهش بار فضایی، همیشه می تواند افزایش یابد. درآن سوی نقطه اشباع جریان را محدوده دما می گویند زیرا تنها می تواند با افزایش دمای کاتود افزایش یابد.
لامپ سه قطبی
لامپ سه قطبی الکترود سومی شبکه کنترل، هم دارد که بین کاتود و آنود نزدیک به نقطه با حداقل میدان الکترکی جا داده شده است. شبکه کنترل، از یک توری طریف تشکیل می شود، و معمولاً از طریق بستن یک باتری بین شبکه و کاتود آن را نسبت به کاتود در یک پتانسیل منفی نگاه می دارند. پتانسیل شبکه، میدان الکتریکی آنود را کاهش می دهد و این امر موجب کاهش تعداد الکترونهایی می شود که می توانند به آنود برسند.
اگر شبکه نسبت به کاتود منفی تر شود، میدان الکتریکی آنود بیشتر کاهش می یابد و حتی الکترونهای معدودتری انرژی کافی بدست می آورند تا به آنود برسند. برعکس، اگر شبکه کمتر منفی شود، میدان الکتریکی آنود افزایش می یابد و الکترونهای بیشتری می توانند به آنود برسند. پتانسیل شبکه می تواند تعداد الکترونهایی که به آنود می رسند و بنابراین جریان آنود را به همان طریقی که پتانسیل آنود کنترل عمل می کرد، کنترل کند. چون شبکه خیل نزدیک تر به کاتود قرار گرفته تا آنود کنترل اعمال شده بر هر ولت تغییر پتانسیل از سوی شبکه بسیار بیشتر از کنترل اعمال شده از جانب آنود است. افزایش مداوم پتانسیل منفی روی شبکه کنترل جریان آنود سه قطبی را به طور فزاینده ای کاهش می دهد تا اینکه نقطه ای خواهد شبکه کنترل جریان آنود سه قطبی را به طور لفزاینده ای کاهش می دهد تا اینکه نقطه ای خواهد رسید که جریان آنود از جاری شدن باز می ایستد. ولتاژ شبکه- کاتود که دقیقاً باعث قطع جریان آنود می شود، ولتاژ قطع لامپ نامیده می شود.
در اغلب مدارها، به شبکه لامپ سه قطبی اجازه داده نمی شود نسبت به کاتود مثبت شود زیرا این عمل باعث جاری شدن جریان شبکه می شود، که همین بر عملکرد مدار اثر زیان بخشی خواهد گذاشت. برای پیشگیری از این امر، معمولاً چند ولتی بیشتر از مقدار حداکثر سیگنالهایی که باید به شبکه اعمال شوند، به شبکه پیش ولت منفی داده می شود. پیش ولت شبکه در فل بعد مورد بحث قرار خواهد گرفت.
ساختمان لامپ سه قطبی معمولی گرم شونده نامستقیم است. کل مجموعه درون حباب شیشه ای تخلیه شده ای جا داده شده است و اتصالها به سنجاقهایی در یک پایه عایق پیوند داده می شوند. ساختار سه قطبی گرم شونده مستقیم فقط در استفاده از کاتود نوع نموده شده. گاهی اتصال شبکه یا آنود را می توان به جای پایه لامپ، به یک سنجاق در نوک حباب وصل کرد و می توان آنود را با پره های سرد کننده مجهز کرد.
پارامترها و مشخصه های ایستایی سه قطبی
مشخصه های ایستایی لامپ سه قطبی را می توان با روشی تجربی، مشابه ترانزیستورها، تعیین کرد. منحنی های حاصل را می توان برای طراحی مدارها یا دادن اطلاعات درباره لامپ به کار برد. معمولاً دو خانواده مشخصه ایستایی کشیده می شود:
الف) منحنی های مشخصه آنود که نحوه تغییر جریان آنود بر اثر تغییر ولتاژ آنود به ازای مقادیر ثابت ولتاژ شبکه را نشان می دهند.
ب) منحنی های مشخصه متقابل که چگونگی تغیرات جریان آنود نسبت به تغییر ولتاژ شبکه به ازای مقادیر ثابت ولتاژ آنود را نشان می دهند.
سومین مجموعه منحنی های مشخصه یعنی منحنی های مشخصه تبدیل ولتاژ را نیز می توان رسم کرد، اما از آنجا که کاربرد عملی آنها نادرست است توضیح بیشتری درباره آنها نمی آوریم. لامپ سه قطبی سه پارامتر مفید a.c. دارد و مقادیر آنها را می توان از مشخصه های آنود یا مشخصه های متقابل تعیین کرد. این پارامترها عبارتند از:
الف. ra ، مقاومت a.c. ی آنود
ب. gm ، رسانندگی متقابل
ج. μ ضریب تقویت
لامپ پرتوکاتودی
لامپ پرتو کاتودی (c.r.t.) وسیله ای گرمایونی است که می تواند مقادیر لحظه ای سیگنالهای الکتریکی را نمایان سازد. باریکه ای از الکترونهای سریع متوجه پرده ای می شود که از ماده ای فلوئورسان اندوده شده و بنابراین نقطه نورانی دیدنیی را نشان می دهد. از طریق منحرف کردن باریکه الکترونی، این نقطه مرئی می تواند در حدود پرده حرکت کند و یک شکل موج الکتریکی ترسیم کند. لامپ پرتوکادی در مهندسی الکترونیک و مخابرات کاربرد فراوانی دارد؛ بدیهی ترین نمونه کاربرد آن در گیرنده تلویزیونی در منزل است و مثال دیگر مهم آن در این کتاب نوسان نمای (اسیلوسکوب) پرتو کاتودی (c.r.o)، یک اسباب اندازه گیری الکتریکی است.
5 لامپ پرتو کاتودی
اساساً لامپ پرتو کاتودی از یک منبع باریکه الکترون بسیار سریع، یک وسیله کانونی کننده باریکه الکترونی و وسیله انحراف این باریکه در محدوده رویه پرده فلئورسان، تشکیل می شود. از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی می توان برای کانونی کردن و انحراف این باریکه بهره گرفت و هر یک مزیتها و معایبی دارند که به انتخاب مناسب آنها برای لامپهای طراحی شده در کاربردهای گوناگون منجر می شوند.
کانونی کردن الکتریکی و انحراف الکتریکی
ساختمان اساسی یک لامپ پرتوکاتودی که برای کانونی کردن و انحراف باریکه الکترونی از میدانهای الکتریکی سود می برد. این لامپ مشکل از یک حباب شیشه ای تخلیه شده است که در داخل آن یک تفنگ الکترونی، دو زوج الکترودهای منحرف کننده و یک پرده که جدار داخلی آن با ماده ای فلوئورسان اندوده شده است، قرار دارند. اجزای تفنگ الکترونی عبارتند از ماتود گرم شونده نامستقیم یک مدولاتور یا شبکه استوانه ای که پیرامون کاتود را فرا یم گیرد و سه (گاهی هم دو) آنود. شبکه در پتانسیلی منفی نگاه داشته می شود و هر آنود، نسبت به کاتود در حالت پتانسیل مثبت قرار دارد. الکترونهای گسیلیده از کاتود در معرض یک نیروی رانشی قرار دارند که از جانب شبکه منفی وارد می آید و یک نیروی ربایشی اعمال شده از سوی آنود، قرار دارند.
پتانسیل های مثبت اعمال شده به آنودها از پتانسیل های منفی اعمال شده بر شبکه بسیار بیشترند (معمولاً V1000+ در مقابل V20- ولی چون شبکه نسبت به آنودها به کاتود خیلی نزدیک تر است، برای کنترل تعداد الکترونهایی که از یک حفره کوچک در شبکه عبور می کنند، تأثیر آن بسیار زیاد است. این الکترونها باریکه الکترونی را تشکیل می دهند. الکترونهایی که شبکه را ترک می کنند از طریق پتانسیل های مثبت آنود شتاب می گیرند و به سرعت زیادی می رسند و در راستای لامپ حرکت می کنند تا اینکه به پرده برخورد کنند. وقتی که الکترونها به پرده پرخورد می کنند ماده فلوئورسانی که پرده را اندوده است به طور قابل رؤیت تابان می شود می شود و آنگاه می توان نقطه ای نورانی را بر رویه پرده دید. روشنایی این نقطه نورانی به تعداد الکترونهایی که به پرده می رسند و سرعت آنها بستگی دارد و این عوامل تحت کنترل پتانسیل شبکه هستند. بنابراین اگر پتانسیل شبکه از طریق تقسیم کننده پتانسیلی متصل به دو سر یک منبع ولتاژ مناسب تأمین شود می توان یک کنترل درخشندگی فراهم آورد.
از آنجا كه هر يك از الكترونهاي گسيليده يك بار منفي حمل مي كند، يك اثر رانشي دوجانبه روي يكديگر دارند، كه باعث مي شود باريكه همچنان كه مسير خود را مي پيمايد و اگرا شود. چنين باريكه اي يك سطح كم نور و تاربر رويه پرده ايجاد مي كند. اگر قرار باشد شكل موجهاي الكتريكي مشاهده شوند، بايد يك نقطه نوراني كوچك و به شدت كانوني شده روي پرده ديده شود و بنابراين وسيله اي براي كانوني كردن باريكه الكتروني ضرورت پيدا مي كند. ميدان الكتريكي كه بين شبكه و نخستين آنود برقرار مي شوند نيروهايي بر الكترونها وارد مي آورد كه آنها را در نقطه اي درست در جلو آنود متمركز مي كند. اين باريكه در آنجا واگرا مي شود و به وسيله ميدانهاي الكتريكي كه در ناحيه اي بين اين سه آنود بر قرار است، به يك كانون دوم در انتهاي لامت آورده مي شود. مي توان نقطه كانوني را چنان تشكيل داد كه با وضعيت پرده انطباق يابد، اين عمل از طريق تنظيم مناسب پتانسيل اعمال شده بر آنود مياني به وسيله كنترل كانون انجام مي شود.
گاهي اختلاف پتانسيلهاي لازم بين كاتود و آنودها از طريق نگاه داشتن كاتود در يك پتانسيل منفي بالا و نكاه داشتن پتانسيل آنودها در صفر يا يك پتانسيل مثبت كوچك، به دست مي آيد.
بين سيستم كانوني كننده و پرده دو زوج صفحه منحرف كننده باريكه قرار گرفته است. صفحات x به طور قائم سوار شده اند و يك ميدان الكتريكي افقي تهيه مي كنند تا باريكه الكتروني را در صفحه افقي منحرف كنند. صفحات نصب شده افقي انحراف را در صفحه قائم تأمين مي كنند.
وقتي ولتاژي به دو سر صفحه هاي x اعمال مي شود، باريكه در صفحه افقي به سوي صفحه اي كه در پتانسيل مثبت نگاه داشته شده است، منحرف مي شود. مسافتي كه باريكه مي پيمايد با مقدار ولتاژ صفحه متناسب است. حساسيت انحراف ولتاژي است كه بايد به دو سر اين صفحات اعمال شود تا 1 سانتيمتر انحراف را باري نقطه مرئي روي پرده ايجاد كند. به همين ترتيب، اگر ولتاژي به دو سر صفحات Y داده شود اين نقطه به طور قائم به طور قائم منحرف مي شود. اگر ولتاژها به طور همزمان به صفحات X و Y اعمال شوند. بنابراين، در راستاي برآيند آنها منحرف مي شود. ازاين رو، اگر دامنه اين دو ولتاژ و حساسيت انحراف صفحات Xو Y و مساوي باشند، آن نقطه با زاويه ْ45 منحرف مي شود. حساسيت انحراف با پتانسيل شتاب دهنده بر سومين آنود نسبت عكس دارد، ولي از آنجا كه روشنايي نقطه مرئي به سرعت برخورد الكترونها با پرده بستگي دارد، ولتاژ آنود نمي تواند در تلاش براي افزايش حساسيت انحراف كاهش زيادي پيدا كند. برخي لامپهاي پرتو كاتودي با افزودن يك آنود ديگر بين صفحات انحراف دهنده و پرده براي تأمين شتاب پس از انحراف بر اين مشكل فائق مي آيند. آنود اضافي شامل يك اندوده گرافيتي بر جداره داخلي لامپ است در پتانسيلي مشابه پتانسل آنود سوم نگاه داشته مي شود.
برخورد الكترونهاي سريع بر پرده باعث مي شود كه پرده با نور مرئي تابان شود، و رنگ نمايه به ماده فلوئورسان بكار رفته براي پوشش پرده بستگي دارد. معمولاً سبز را بهترين رنگ براي لامپ در نوسان نما مي دانند و براي دستيابي به آن از ارتو سيليكات روي استفاده مي شود. الكترونهاي فرودي براي آنكه سبب شوند پرده الكترونهاي ثانويه گسيل كند، به اندازه كافي انرژي جنبشي دارد. (ر.ك.ص 95). اين الكترونها بايد گردآوردي شوند.
كاتود برگردند، در غير اينصورت، تعداد الكترونهاي حاضر روي پرده دائماً افزايش مي يابند و در نتيجه باعث مي شوند پرده بار منفي پيدا كند. معمولاً الكترونهاي ثانويه از طريق يك اندوده گرافيتي روي جدا داخلي گردنه لامپ كه به طور غير مستقيم به كاتود وصل شده است، گردآوري مي شوند.
لامپ پرتو كاتودي نسبت به تمركز الكتريكي و انحراف الكتريكي حساس است و مي تواند بسامدهاي بالاكار كند اما حداكثر زاويه انحراف بزرگ نيست. به علت وجود اين عوامل اين نوع لامپ در نوسان نماهاي پرتو كاتودي به كار مي رود كه در آن حساسيت و حداكثر بسامد بالا نسبت به زاويه انحراف ممكن از اهميت بيشتري برخوردارند. بنابراين، پرده لامپ نوسان نما هميشه نسبتاً كوچك، معمولاً 5//17 سانتيمتر، است. برعكس، در گيرنده تلويزيوني اندازه پرده هميشه بزرگتر، معمولاً 22 اينچ، 26اينچ، و چنين اندازه هايي زاويه انحراف بزرگ ضرورت پيدا مي كند. بنابراين لامپهاي مورد استفاده درگيرنده هاي تلويزيوني از انحراف الكتريكي باريكه الكتروني بهره نمي گيرند.
كانوني كننده مغناطيسي و انحراف مغناطيسي
جزئيات ساختماني اساسي لامپ پرتو كاتودي كه هم از كانوني كننده مغناطيسي و هم از انحراف مغناطيسي باريكه الكتروني استفاده مي كند در شكل زير نموده شده است. الكترونها از كاتود گرم گسيل مي شوند و از ميان سوراخ شبكه استوانه اي عبور مي كنند تا با پتانسيل هاي مثبت آنودها با سرعت زيادي شتاب پيدا كنند.

ميدان الكتريكي برقرار شده بين شبكه و آنود اول، باريكه الكتروني را كه در نقطه اي در نزديكي آنود كانوني مي كند، كه بعد از اين؛ واگرا شدن باريكه اغاز مي شود. آهنرباهاي دائمي كه در پيرامون جدار خارجي لامپ نسبت شده اند، يك ميدان مغناطيسي ايجاد مي كنند كه باريكه الكتروني واگرا از ميان آن عبور مي كند.
نيروهاي مغناطيسي بر باريكه وارد مي آيند و برآن اثر مي گذارند و آن را بر پرده متمركز مي كنند. تنظيم ريز نقطه كانوني از طريق حركت دادن موضوع فيزيكي آهن ربا ها و در نتيجه تغيير ميدان مغناطيسي برقرار شده و در داخل لامپ امكان پذير است. وقتي كه آهن رباها به همديگر نزديكتر شوند ميدان مغناطيسي كه توليد مي كنند افزايش مي يابد و سپس باريكه در نقطه اي نزديك تر به آهن رباها متمركز مي شود. به همين ترتيب افزايش فضاي بين آهن رباها نقطه بين كانوني باريكه را نسبت به موضوع آهن رباها به نقطه اي دورتري منتقل مي كند. آنگاه باريكه الكتروني از ميان ميدان مغناطيسي برقرار شده به وسيله دو زوج پيچك منحرف كننده كه روي يك قالب عايق پيچيده شده و در گردنه لامپ نصب شده اند، عبور مي كند.
لامپهاي تلويزيون رنگي
رايجترين نوع لامپ تلويزيون رنگي لامپ با محافظ سايه دار نام دارد. اين لامپ سه تفنگ الكتروني جداگانه دارد، كه هر كدام يك باريكه الكتروني را متوجه پرده مي كند. پرده با سه نوع ماده مختلف فلوئورسان اندوده شده است، كه در هنگام بخورد با الكترونهاي سريع، يكي از آنها با نور آبي، يكي با نور قرمز، و سومي با نور سبز مي درخشند. پرده به تعداد زيادي سطوح كوچك تقسيم شده است كه هر سطح شامل يك ماده فلوئورسان است.
باريكه الكتروني ناشي از يك تفنگ خاص بايد فقط قادر باشد به عناصر يك رنگ از پرده برخورد كند. براي دستيابي به اين هدف، يك ورقه پولادي مشبك، به نام حفاظ سايه دار، بين تنفنگهاي الكتروني و پرده ها نصب مي شود، و محل آن را با دقت تعيين مي كنند. وقتي باريكه هاي الكتروني پرده را خردكاوي مي كنند نور سه رنگ مختلف گسيليده مي شود و چشم رنگي را كه متناظر با تركيب آنهاست مي بينند.
مبناهاي زماني
شكل موجهاي ولتاژ متناوب توابعي از زمان هستند و براي نمايش درست چنين شكل موجي روي لامپ پرتو كاتودي نوسان نما، نقطه مرئي بايد با سرعت ثابتي بر رويه پرده حركت كند. وقتي كه نقطه به سمت راست پرده مي رسد، بايد سرعت به چپ برگردانده شود، تا دوباره پيمودن يك مسير ديگر را در عرض پرده آغاز كند. براي برآوردن اين نياز، بايد ولتاژي را كه نسبت به زمان به طور خطي يا يك مقدار حداكثر بالا مي رود و سپس به سرعت به صفر سقوط مي كند به دو سر صفحات X اعمال شود. چنين شكل موج ولتاژي را دندانه اره اي مي نامند. به وسيله يك مدار مبناي زماني توليد مي شود. مطلوب اين است كه برگشتي سريع باريكه الكتروني اثر مرئيي بر پرده ايجاد نكند؛ اين كار از طريق اعمال تپهاي حذف كننده به شبكه لامپ در خلال دوره برگشتي، انجام مي شود. اين تب هاي منفي لامپ را به بعد از نقطه قطع پيش ولت مي كند و بنابراين هيچ الكتروني از كاتود گسيل نمي شود.
اگر ولتاژ متناوبي به دو سر صفحات Y اعمال شود، باعث مي شود كه باريكه الكتروني به طور همزمان در صفحه قائم منحرف شود و اگر زمان تناوب مبناي زماني و ولتاژهاي سيگنال مساوي باشند، يا يكي مضرب كوچك صحيحي از ديگري باشد، نقطه مرئي شكل موج صحيحي را روي پرده رسم مي كند.
موضوع نقطه مرئي روي پرده به وسيله برآيند نيروي منحرف كننده وارد بر تاريكه الكتروني تعيين مي شود. بنابراين، در لحظه زماني 1 هر دو ولتاژ صفر اند و نقطه منحرف نمي شود. در لحظه 2 ولتاژ در حداكثر مقدار مثبت خود است و ولتاژ مبناي زماني به طور خطي افزايش يافته و در يك چهارم مقدار نهايي خود واقع است؛ موضوع لحظه اي نقطه از طريق تصوير كردن هر دو شكل موج، كه با خط چين نشان داده شده است، و مشخص كردن نقطه تقاطع آنها، به دست مي آيد. به روش مشابهي، موضوع نقطه را در لحظه هاي 3، 4 و 5 مي توان تعيين كرد. در لحظه 5، ولتاژ مبناي زماني به مقدار حداكثر خود مي رسد و آنگاه به طور ناگهاني به صفر بر مي گردد تا صعود بعدي را شروع كند. از آنجا كه پس فروزش ماده فلوئورسان كوتاه است، در هر لحظه عملاً فقط سطح كوچكي از پرده مي درخشد ولي، بعلت باقي ماندن اثر دي در چشم انسان، يك اثر مداوم به نظر مي رسد.
موضوع شكل موج نمايش يافته روي پرده مي تواند از طريق برهم نهادن يك ولتاژ پيش ولت a.c. بر سيگنال و/ يا ولتاژ مبناي زماني هم در صفحه افقي و هم در صفحه قائم تنظيم شود. ولتاژهاي پيش ولت را مي توان به وسيله مقاومت هاي متغير به ترتيب به نام فرمانهاي انتقال XوY تنظيم كرد.
6 تقويت كننده هاي سيگنال كم دامنه
لامپهاي گرمايوني ( غير از ديودها) و ترانزيستورها مي توانند سيگنال هاي جريان متناوب را تقويت كنند زيرا جريان خروجي آنها مي تواند با يك سيگنال اعمال شده و بر سر وروديشان كنترل شود. تغييري در سيگنال ورودي تغييري در جريان خروجي را در پي دارد، و اگر به ولتاژ يا توانايي خروجي نياز باشد بايد جريان خروجي از يك بار مقاومتي در مدار خروجي عبور كند.
مقاومت ظاهري لامپ گرمايوني خيلي بالا بوده و وسيله اي است كه با ولتاژ كار مي كند، يعني تقويت كننده اي لامپي است كه فقط مي تواند بهره ولتاژ را تأمين كند. بهره ولتاژ به صورت نسبت تغيير ولتاژ خروجي به تغيير ولتاژ ورودي موجد آن، تعريف مي شود. از سوي ديگر، مقاومت ظاهري ورودي ترانزيستور نسبتاً كم است و براي اينكه كار كند به يك جريان ورودي نيازمند است؛ بنابراين، يك تقويت كننده ترانزيستوري، مي تواند بهره ولتاژ، جريان يا توان ارائه دهد.
انتخاب نقطه كار
مشخصه متقابل ديناميكي لامپ با يك بار آنود مقاومتي نشان مي دهد كه چگونه جريان خروجي آن بر اثر تغيير ولتاژ ورودي به ازاي مقادير ويژه مقاومت بار و ولتاژ تغذيه، تغيير جريان گردآور ترانزيستوربر اثر تغيير جريان پايه به ازاي مقادير ويژه مقاومت بار گردآور و ولتاژ تغذيه گردآور تغيير مي كند.
مي توان از يك مشخصه ديناميكي به طور نموداري، براي تعيين موج جريان خروجي براي يك شكل موج سيگنال ورودي ويژه استفاده كرد. به طور ايده آل اين دو موج بايد يكسان باشند، ولي اين موضوع نيازمند آن است كه مشخصه ديناميكي مطلقاً خطي باشد. در عمل، هميشه مقداري ناخطي بودن وجود دارد و براي كمترين واپيچش سيگنال، بايد دقت كرد كه كار به خطي ترين بخش منحني محدود شود. براي اين كار، بايد يك نقطه كار مناسب، يا نقطه آرامش، انتخاب شود و دامنه علامت ورودي بايد محدود باشد. نقطه كار انتخاب شده از طريق بكارگيري يك پيش ولت يا پيش جريان يكنواخت تثبيت مي شود. براي دستيابي به سيگنال حداكثر، نقطه كار معمولاً در مركز بخش خطي منحني مشخصه ديناميكي قرار داده مي شود. آنگاه سيگنال متناوب مركزي واقع بر اين نقطه كارنوسانات مساوي جريان خروجي در بالا و پايين مقدار آرامش توليد مي كند. اگر به حداكثر نوسانات ولتاژ و يا جريان خروجي بدون واپيچش نيازي نباشد، نقطه كار را مي توان چنان انتخاب كرد كه يك جريان گردآور ضعيف d.c. را به دست دهد تا مصرف تغذيه توان را (به ويژه اگر از باتري استفاده مي شود) به حداقل برساند يا به منظور رسيدن به مقدار ويژه جريان گردآور، كه در آن بهره جريان hfe ترانزيستور حداكثر باشد.
جريان خروجي را مي توان به راحتي جريان مستقيم دانست كه با يك جريان متناوب بر هم نهاده شده است. جريان مستقيم با جرياني برابر است كه وقتي سيگنال ورودي صفر باشد، جاري مي شود يعني جريان آرامش و مقدار نوك به نوك جريان متناوب -Imin Imax است. واضح است كه جريان خروجي هميشه در خلال يك چرخه موج سيگنال ورودي جاري است. وسيله فعال را وسيله اي گويند كه در شرايط رده A كار كند. مقدار نوك شكل موج سيگنال بايد هميشه كمتر از پيش ولت يا پيش جريان باشد، در غير اينصورت موج خروجي واپيچيده خواهد بود.

عملكرد رده B و رده C
عملكرد رده A در يك تقويت كننده واپيچش سيگنال پاييني را ارائه مي دهد. حداكثر كارايي نظري كه مي توان d.c. آن را از منبع تغذيه توان مي گيرد، به توان خروجي سيگنال a.c. تبديل مي شود كه فقط 50% است، كارايي هاي عملي خصوصاً در حالت تقويت كننده هاي گرمايوني از اين مقدار كمترند. براي كسب كارايي بيشتر از اين تقويت كننده مي تواند در شرايط رده B يا رده C كار كند.
نقطه كار با عمل رده B كه به ترانزيستور مربوط مي شود، در وضعيت قطع قرار مي گيرد. جريان خروجي تنها در نيم چرخه هاي متناوب شكل موج سيگنال جاري مي شود. واضح است كه شكل موج جريان خروجي به ميزان زيادي واپيچيده است؛ بنابراين پيش ولت رده B فقط مي تواند در مدارهايي بكار رود كه قادرند نيم چرخه هاي حذف شده موج سيگنال را ذخيره كنند. چنين مدارهايي تقويت كننده هاي پوش – پول و تقويت كننده هاي بسامد راديويي – كوك نام دارند. بازده نظري عمل رده B حداكثر 5/78/0 است.
با پيش ولت رده B حتي به بازده بيشتري مي توان دست يافت. با پيش ولت رده C نقطه كار درست بعد از نقطه قطع قرار دارد. جريان خروجي به صورت يك رشته تپهاي باريك با دوامي كمتر از نصف زمان تناوب شكل موج سيگنال ورودي، جاري مي شود. پيش ولت رده C در تقويت كننده هاي توان بسامد راديويي و در بعضي مدارهاي نوسان ساز بكار مي رود نه پيش ولت B و نه رده C نمي توانند در پيوند با تقويت كننده بسامد شنيداري با مقاومت بار مورد استفاده قرار گيرند، زيرا در اين صورت اعوجاج (واپيچش) زيادي حاصل خواهد شد.
پيش ولت لامپ براي اطمينان از عمل لامپ در قسمت خطي منحني مشخصه ديناميكي لامپ لازم است كه يك پيش ولت منفي به شبكه لامپ اعمال شود، اين عمل براي اطمينان حاصل كردن از اين نكته هم هست كه شبكه رد خلال نيم چرخه هاي مثبت سيگنال ورودي مثبت نخواهد شد شرط دوم ضرورت جلوگيري از عبور جريان شبكه است زيرا اين جريان اعوجاج بيشتري در سيگنال به وجود خواهد آورد.
روش رايج تأمين يك پيش ولت شبكه اتصال يك باتري به مدار شبكه- كاتود است. در اينجا Vgb نيروي محركه الكتريكي پيش ولت باتري و Rg مقاومتي است كه يك مسير جريان مستقيم براي پيش ولت براي اعمال به شبكه را فراهم مي آورد. مقاومت Rg بزرگ، در حدود 5/0 الي يك مگا اهم اختيار مي شود، بطوريكه مسير سيگنال را موازي نكند. هيچ جريان مستقيمي در Rg جاري نمي شود و انرژي بر مقدار پيش ولت شبكه ندارد. روش رايج ديگر براي دستيابي به پيش ولت شبكه اتصال يك مقاومت در مدار كاتود است.
جريان كاتود Ik لامپ در مقاومت كاتود Rk جاري مي شود و يك ولتاژ، Ik Rk ولت، پديد مي آيد كه قطبيت آن مطابق شكل است. با فرض صفر بودن جريان شبكه، لامپ نسبت به كاتود از طريق ولتاژي كه در دور سر Rk به وجود مي آيد، منفي است. مقدار Rk را چنان انتخاب مي كنند كه ولتاژ مطلوب پيش ولت شبكه را بدهد.
7 مولدهاي شكل موج
شكل موجها
مولد موج مداري الكترونيكي است كه براي توليد يك نيروي محركه الكتريكي متناوب با بسامد و شكل موج معلوم طراحي شده باشد. انواع مختلف شكل موج ها را مي توان به وسيله اين مدارها توليد كرد، كه برخي از آنها كاربرد گسترده اي دارند و كاربرد ساير انواع ان محدودترند . متداول ترين نوع كاربرد آنها در عمل عبارتند از شكل موج هاي سينوسي، مستطيلي، و دندانه اره اي. شكل موج هاي سينوسي به وسيله مولد هاي موج به نام نوسان گر پديد مي آيند در صورتي كه شكل موج هاي مستطيلي و دندانه اره اي را مي توان به وسيله ارتعاشگرهاي ناپايدار يا با ارتعاشگرهاي سد كننده توليد كرد.
نوسانگرها چنان طراحي شده اند كه موجي را كه دامنه و بسامد آن نسبت به زمان به طور محسوسي ثابت باشد توليد كنند؛ برخي از مدارها براي توليد سيگنال خروجي با دامنه و يا بسامد ثابت ساخته شده اند، در صورتي كه ساير مدارها داراي دامنه خروجي و يا بسامدي هستند كه پيوسته تغيير مي كنند.
شكل موجهاي سينوسي براي مقاصد بسيار گوناگوني در مدارهاي الكتريكي – مخابراتي بكار مي روند. بسياري از روشهاي اندازه گيري بر اساس استفاده از سيگنال سينوسي با منحني هاي مشخصه معلوم، استوارند. مثلاً، بهره يك تقويت كننده را مي توان با استفاده از آرايش نمايش يافته اندازه گيري كرد. دامنه و بسامد خروجي نوسانگر در مقادير مناسب تنظيم مي شوند و ولتاژ، Vout ظاهر شده در دو سر مقاومت بار اندازه گيري مي شود.
نوسانگرهاي L-C
نوسانگر سينوسي (لامپي يا ترانزيستوري) را مي توان يك تقويت كننده دانست كه سيگنال ورودي خود را تأمين مي كند، اين سيگنال ورودي از سيگنال خروجي گرفته مي شود. (شكل زير) دليل ممكن بودن اين كار آن است كه تراز سيگنال مورد نياز در دو سر ورودي يك تقويت كننده به طور چشمگيري از تراز سيگنال خروجي تقويت شده كمتر است. ترانزيستور يا لامپ به صورت مبدل انرژي الكتريكي عمل مي كند، درحالي كه توان d.c. را از منبع تغذيه آنود مي گيرد و بخشي از آن را به صورت توان a.c. در سيگنال خروجي تبديل مي كند. در مدارهاي لامپي كه مي خواهيم توصيف كنيم، هم مي توان از سه قطبي ها و هم از پنج قطبي ها استفاده كرد ولي فقط مدارهاي سه قطبي نموده خواهند شد.

نوسانگرها بعنوان منبع نيروي محركه الكتريكي متناوب در تجهيزات ارتباطات خطي، راديويي، و الكترونيكي كاربردهاي فراواني دارند و معمولاً فراواني دارند و معمولاً لازم است كه از نظر بسامد بسيار پايدار باشند. با نوسانگرهاي ساده اي كه توصيف مي شوند نمي توان به پايداري بسامدي از مرتبه بالاتر دست يافت، و نوسانگرهاي ساده اي كه توصيف مي شوند نمي توان به پايه بسامدي از مرتبه بالاتر دست يافت، و نوسانگرهاي بسيار پايدار ديگري را در عمل بكار مي برند. از ساير مشخصات مهم آنها خلوص شكل موج خروجي، و ثبات تراز خروجي بر اساس تغييرات بسامد و يا در ولتاژ تغذيه توان است.
مدار نوساني
اگر خازني، C فورادي، از يك منبع تغذيه d.c. پر شود، در دو سر آن اختلاف پتانسيلي p ولتي برقرار مي شود و در دي الكتريك آن مقداري انرژي الكتريكي 2CV ژول، ذخيره مي شود. اين خازن باردار را چنان در نظر بگيريد كه مطابق شكل زير، به دو سر يك القاگر بسته شده است. مدار كاملي به وجود مي آيد و بدين سان خازن از طريق القاگر تخليه و يك جريان ناجاري مي شود.

وقتي كه ميدان مغناطيسي كاملاً فروافت كرد، جريان به صفر سقوط كرده و خازن مجدداً تا ولتاژي كه تا اندازه گيري كمتر از قبل است، مثلاً (Vδ- V)، كه در آن Vδ يك تغيير ولتاژ جزئي است، كاملاً پر مي شود. تقريباً تمامي انرژي مغناطيسي به شكل انرژي الكتريكي ذخيره شده در دي الكتريك خازن تبديل شده است، و دوباره مقداري اترژي به شكل r2i در مقاومت مدار تلف شده است. اكنون خازن مجدداً شروع به خالي شدن از طريق القا گر مي كند.
ولي اين بار جريان جاري شده در جهت عكس حالت قبل است. مجدداً ميدان مغناطيسي در اطراف القاگر ايجاد مي شود كه با افزايش شدت جريان خالي شدن، افزايش مي يابد. وقتي خازن كاملاً خالي شد، جريان شروع به افت مي كند و ميدان مغناطيسي در حال فرو افت يك نيروي محركه الكتريكي در سيم پيچ هاي القاگر، القا مي كند كه سعي مي كند عبور جريان را در جهت جديد آن حفظ كند. خازن با قطبيت اوليه خود به وسيله اين جريان پر مي شود و وقتي كه كاملاً پر شد (تا ولتاژي كمتر از قبل) يك چرخه جريان نوسازي كامل شده است.