Кинескоп - это специальная телевизионная трубка, отвечающая за прием сигнала. По-другому это называется электрическая лучевая трубка. Без этой детали невозможно воспроизвести изображение на телевизоре или мониторе. Одна из стенок покрыта специальным люминофором, который при бомбардировке электронами излучает свечение, цвет которого меняется в зависимости от ряда факторов.
В настоящее время потребность в кинескопах полностью отсутствует в связи с появлением ЖК- и LED-телевизоров. Подробно о том, как устроен кинескоп и из чего он состоит, расскажем в этой статье. В качестве бонуса есть два видеоролика об устройстве кинескопа и загружаемая статья.
Электронно-лучевая трубка
Дело в том, что изображение на экране рисуется с помощью электронного луча. Пучок электронов очень похож на луч света. Но луч света состоит из фотонов, а электронный луч состоит из электронов, и мы не можем его видеть. Группа электронов с головокружительной скоростью несется по прямой из точки А в точку Б. Так образуется «луч”.
Кинескоп, также электронно-лучевая трубка, представляет собой электронно-лучевое устройство, которое преобразует электрические сигналы в световые. Его широко применяли в телевизорах и мониторах: до 1990-х годов устройства использовались исключительно на основе кинескопа. Википедия
Точка B - анод. Это прямо на обратной стороне экрана. Кроме того, экран (сзади) смазан специальным веществом - люминофором. Когда электрон сталкивается с люминофором с головокружительной скоростью, последний излучает видимый свет. Чем быстрее электрон летел перед столкновением, тем ярче будет свет. То есть люминофор - это преобразователь «света» электронного луча в свет, видимый человеческим глазом.
С решением пункта B. Что такое точка «А»? А - это «электронная пушка». Имя страшное. Но ничего страшного в этом нет. Он не предназначен для жестокой стрельбы по инопланетянам с Марса. Но он все еще умеет «стрелять» - пучком электронов на экране.
В общем, ЭЛТ - это такая большая электронная лампа. Нравиться? Вы знаете, что такое лампа? OK…
Электронные лампы - это такие же транзисторные усилительные элементы, которые мы все любим. Но лампы появились задолго до кремниевых аналогов, в первой половине прошлого века.
Лампа - это стеклянный сосуд, из которого откачивается воздух. Самая простая лампа имеет 4 проводника: катод, анод и два проводника накала. Нить накала нужна для нагрева катода. А катод нужно нагреть, чтобы с него летели электроны. И электроны должны лететь, чтобы через лампу образовался электрический ток. Для этого на нить накала обычно подают напряжение - 6,3 или 12,6 В (в зависимости от типа лампы)
Кроме того, для того, чтобы электроны летели, необходимо высокое напряжение между катодом и анодом. Это зависит от расстояния между электродами и мощности лампы. В обычных радиолампах это напряжение составляет несколько сотен вольт, расстояния от катода до анода в таких лампах не превышают нескольких миллиметров.
В ЭЛТ расстояние от катода электронной пушки до экрана может превышать несколько десятков сантиметров. В результате напряжения нужно намного больше - 15... 30 кВ.
Такие брутальные напряжения создает специальный повышающий трансформатор. Его также называют горизонтальным трансформатором, потому что он работает на горизонтальной частоте. Но об этом поговорим позже.
Когда электрон попадает на экран, помимо видимого света «выбрасывается» и другое излучение. В частности, он радиоактивен. Именно поэтому не рекомендуется смотреть телевизор на расстоянии менее 1... 2 метров от экрана.
Итак, у нас есть радиус. И он так красиво светится прямо в центре экрана. Но нам нужно, чтобы вы «рисовали» линии на экране. То есть вы должны заставить его отклониться от центра. И в этом вам помогут . электромагниты. Дело в том, что пучок электронов, в отличие от пучка света, очень чувствителен к магнитному полю. Поэтому он используется в ЭЛТ.
Должны быть предусмотрены две пары катушек отклонения. Одна пара отклоняется горизонтально, другая - вертикально. Умело управляя ими, вы можете направить луч по экрану куда угодно.
Изображение на экране телевизора формируется в результате того, что луч с головокружительной скоростью движется по экрану слева направо, сверху вниз. Этот метод последовательного рисования изображения называется «развертка». Поскольку сканирование очень быстрое - для глаза все точки сливаются в линии и линии - в одном кадре.
В системах PAL и SECAM луч успевает пересечь весь экран 50 раз за одну секунду. В американской системе NTSC - даже больше - в 60 раз! В целом системы PAL и SECAM различаются только цветопередачей. Для них все остальное то же самое. Изображение формируется тем, что во время «бега» луч меняет свою яркость в соответствии с принятым видеосигналом. Как работает регулировка яркости?
Все очень просто! Дело в том, что помимо рассмотренных электродов - анода и катода, в лампах есть еще и третий электрод - сетка. Сетка является управляющим электродом, подавая относительно низкое напряжение в сеть, можно управлять током, протекающим через лампу. Другими словами, можно контролировать интенсивность потока электронов, которые «летят» от катода к аноду. В ЭЛТ сетка используется для изменения яркости луча.
Подавая отрицательное напряжение на сетку (относительно катода), можно ослабить интенсивность электронного потока в пучке или даже перекрыть «путь» электронам. Иногда это необходимо, например, при перемещении радиуса от конца одной строки к началу другой. Теперь поговорим подробнее о принципах развертки. Для начала стоит запомнить несколько простых цифр и терминов:
- Растр - это «линия», которую луч рисует на экране.
- Поле - это все линии, нарисованные лучом за вертикальный проход.
- Кадр - это элементарная единица видеопоследовательности. Каждый кадр состоит из двух полей: четного и нечетного.
Стоит пояснить: изображение на экране телевизора сканируется со скоростью 50 полей в секунду. Однако телевизионный стандарт составляет 25 кадров в секунду. Поэтому во время передачи кадр делится на два поля: четное и нечетное. Четное поле содержит только четные строки кадра (2,4,6,8...), нечетное поле содержит только нечетные. Изображение на экране тоже «рисуется» по линии. Это сканирование называется «чересстрочной разверткой”.
История развития
В 1859 году Юлиус Плюкер открыл катодные лучи. В 1879 году Уильям Крукс создал прототип электронной лампы, обнаружив, что катодные лучи распространяются линейно, но могут отклоняться магнитным полем. Он также обнаружил, что когда катодные лучи попадают в определенные вещества, они начинают светиться.
В 1895 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе трубки Крукса создал катодную трубку, получившую название трубки Брауна. Луч магнитно отклонялся в одном направлении, второе направление разворачивалось с помощью вращающегося зеркала. Браун решил не патентовать свое изобретение, что было продемонстрировано во многих публичных демонстрациях и публикациях в научной прессе. Трубка Брауна использовалась и улучшалась многими учеными. В 1903 году Артур Венельт поместил в трубку цилиндрический электрод (цилиндр Венельта), что позволило изменять интенсивность электронного луча и, как следствие, яркость свечения люминофора.
В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал уравнение внешнего фотоэлектрического эффекта, открытого в 1877 году Чингихом Герцем и изученного Александром Григорьевичем Столетовым.
В 1906 г сотрудники Брауна М. Дикман и Г. Глэйдж получили патент на использование трубки Брауна для передачи изображений, а в 1909 г. М. Дикман в своей статье предложил фототелеграфное устройство для передачи изображений с помощью трубки Брауна; В сканирующем устройстве использовался диск Нипкова.
Борис Львович Розинг работает с трубкой Брауна с 1902 года. 25 июля 1907 года он подал заявку на изобретение «Способ электрической передачи изображений на расстояние». Луч вводился в трубку магнитными полями, а сигнал модулировался (изменение яркости) с помощью конденсатора, который мог отклонять луч по вертикали, изменяя, таким образом, количество электронов, проходящих к экрану через диафрагму.
9 мая 1911 года на заседании Русского технического общества Розинг продемонстрировал передачу телевизионных изображений простых геометрических форм и их прием с воспроизведением на экране ЭЛТ. В начале и середине 20 века Владимир Зворыкин, Аллен Дюмон и другие сыграли значительную роль в разработке ЭЛТ.
В цилиндре создается глубокий вакуум: сначала закачивается воздух, затем все металлические части кинескопа нагреваются индуктором для выпуска поглощенных газов, используется геттер для постепенного поглощения оставшегося воздуха.
Для создания электронного пучка используется устройство, называемое электронной пушкой. Катод, нагретый нитью накала, излучает электроны. Для увеличения эмиссии электронов катод покрывается веществом с низкой работой выхода (основные производители ЭЛТ используют для этого собственные запатентованные технологии).
Изменяя напряжение на управляющем электроде (модулятор), можно изменять интенсивность электронного луча и, как следствие, яркость изображения (есть также модели с катодным управлением). Помимо управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных ЭЛТ применялась электромагнитная фокусировка с использованием 3-х фокусирующей катушки с сердечником, предназначенной для фокусировки точки на экране ЭЛТ в одной точке, ускоряющий электрод для дальнейшего ускорения электронов внутри пушки и анода.
После выхода из пушки электроны ускоряются анодом, который представляет собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединенного с одноименным электродом пушки. В цветных кинескопах с внутренним электростатическим экраном он соединен с анодом.
В некоторых ранних моделях ЭЛТ, таких как 43LK3B, конус был сделан из металла и представлял собой сам анод. Напряжение на аноде колеблется от 7 до 30 киловольт. В некоторых небольших осциллографических ЭЛТ анод является всего лишь одним из электродов электронной пушки, и на него подается напряжение до нескольких сотен вольт.
Затем луч проходит через отклоняющую систему 1, которая может изменять направление луча. В телевизорах с ЭЛТ используется магнитная отклоняющая система, обеспечивающая большие углы отклонения. Осциллографы с ЭЛТ используют систему электростатического отклонения для более быстрого отклика.
Электронный луч попадает на покрытый люминофором экран. От электронной бомбардировки люминофор светится, и быстро движущаяся точка переменной яркости создает изображение на экране.
Электронный фосфор приобретает отрицательный заряд и начинает вторичную эмиссию: сам люминофор начинает испускать электроны. В результате вся трубка приобретает отрицательный заряд. Чтобы избежать этого, есть слой аквадага, проводящей смеси на основе графита, соединенный с общим проводом по всей поверхности трубы. ЭЛТ подключается через кабели и высоковольтную розетку.
В черно-белых телевизорах состав люминофора подбирается так, чтобы он светился нейтрально-серым цветом. В видеодисплеях, радарах и т.д. Люминофор часто делают желтым или зеленым, чтобы уменьшить утомляемость глаз.
Угол отклонения луча
Угол отклонения луча ЭЛТ - это максимальный угол между двумя возможными положениями электронного луча внутри колбы, при котором световое пятно все еще видно на экране. Соотношение диагонали (диаметра) экрана и длины ЭЛТ зависит от величины угла. В осциллографических ЭЛТ она обычно составляет до 40 градусов, что связано с необходимостью увеличения чувствительности луча к воздействию отклоняющих пластин.
Первые советские телевизионные кинескопы с круглым экраном имели угол отклонения 50 градусов, у черно-белых кинескопов более поздних версий он составлял 70 градусов, с 1960-х годов увеличивался до 110 градусов (одним из первых кинескопов этого типа был 43ЛК9Б.). Домашние цветные ЭЛТ имеют угол 90 градусов.
С увеличением угла отклонения луча размеры и масса кинескопа уменьшаются, однако мощность, потребляемая узлами сканирования, увеличивается. В настоящее время в некоторых областях возобновлено использование 70-градусных ЭЛТ: в цветных VGA-мониторах большинства диагоналей. Кроме того, угол в 70 градусов по-прежнему используется в маленьких черно-белых кинескопах (например, 16LK1B), где длина не играет такой значительной роли.
Основные световые и электрические параметры кинескопов.
Ионная ловушка
Поскольку создать идеальный вакуум внутри ЭЛТ невозможно, некоторые молекулы воздуха остаются внутри. При столкновении с электронами из них образуются ионы, которые, имея массу во много раз превышающую массу электронов, практически не отклоняются, постепенно сжигая люминофор в центре экрана и образуя так называемую ионную точку.
Бороться с ней до середины 60-х гг использовалась ионная ловушка, имеющая большой недостаток - ее правильная установка - довольно трудоемкая операция, а при неправильной установке изображение отсутствует. В начале 1960-х гг. Был разработан новый способ защиты люминофора: подсветка экрана, которая также позволила удвоить максимальную яркость кинескопа, и отпала необходимость в ионной ловушке.
В телевизоре, горизонтальная развертка которого осуществляется на лампах, напряжение на аноде кинескопа появляется только после прогрева выходной лампы горизонтальной развертки и демпфирующего диода. Свечение кинескопа в это время успевает прогреться.
Интересно по теме: как управлять стабилитроном.
Внедрение полных полупроводниковых схем в блоках горизонтальной развертки вызвало проблему ускоренного износа катодов кинескопа из-за напряжения, приложенного к аноду кинескопа одновременно с его включением. Для борьбы с этим явлением разработаны любительские узлы, предусматривающие задержку подачи напряжения на анод или на модулятор кинескопа.
Примечательно, что некоторые из них, несмотря на то, что они предназначены для установки в полупроводниковых телевизорах, используют радиолампу в качестве элемента задержки. Позже начали выпускать промышленные телевизоры, в которых изначально ожидалась такая задержка.
Кинескопы цветного изображения
Устройство с цветным кинескопом намного сложнее, чем устройство с черно-белым кинескопом, хотя у них много общего.
В цветном кинескопе каждый элемент изображения создается путем добавления люминофора трех основных цветов свечения (красный, зеленый, синий). Головы VOS Принимает общий цвет свечения и не видит пространство
цветоделение на элементе. Для правильной цветопередачи необходимо самостоятельно возбуждать люминофоры основных цветов. Это достигается за счет особой структуры расположения зерен люминофора на экране кинескопа, использования элементов цветоделения и использования трех электронных лучей, каждый из которых возбуждает люминофор только одного из основных цветов.
Элемент цветоделения расположен перед люминофорным покрытием и обеспечивает попадание электронного луча только на «его» люминофор.
Различают основные типы цветных кинескопов: маскирующий хромотрон, тринитрон, индексный кинескоп. Основным типом кинескопов, над которыми сегодня работает большинство цветных телевизоров в мире, является маскированный трехлучевой кинескоп.
Будет интересно Что такое тиратрон и где он применяется
Изначально это был кинескоп с дельтовидной (дельта-кинескоп) схемой электронного проектора 1, с маской с большими отверстиями и мозаичным экраном из люминофорных кругов. В процессе совершенствования технологии производства масок и отклоняющих систем был создан копланарный маскирующий кинескоп с самоцентрирующимися лучами. Он имеет теневую маску с прорезью в качестве элемента разделения цвета, экран с линейной люминофорной структурой и отражатель электронов, который создает три электронных луча, расположенных плоско (то есть в горизонтальной плоскости.
Электронный проектор генерирует три электронных луча (4), расположенных в горизонтальной плоскости. Крайние лучи имеют наклон относительно центрального луча 55 °. На переднее стекло ЭЛТ-экрана нанесен слой люминофора. Он состоит из чередующихся вертикальных полос люминофора с люминесцентным светом красного (R), зеленого (G) и синего (B.
По пути к электронной матрице электронные лучи проходят через щелевую маску (11), установленную на раме. Каждой триаде люминофорных полосок соответствует в маске вертикальная щель с перемычками. Шаг прорезей маски зависит от типа кинескопа. Из-за наклонного падения боковых лучей и режущего действия щелевой маски каждый луч попадает в соответствующую полосу люминофора.
Электронные лучи регулируются по интенсивности с помощью телевизионного сигнала, подаваемого на три отдельных катода электронного проектора. В зависимости от составляющих ER, BL, Ev этого сигнала определяется яркость трех основных цветов, обеспечивающая воспроизведение цветного изображения. Схождение электронных пучков осуществляется внешними элементами на шейке трубки. Для статической конвергенции используется магнитостатическое устройство. Это же устройство регулирует однородность цвета по всему полю экрана.
Динамическое сближение лучей в самонаводящемся кинескопе обеспечивается конструкцией отклоняющей системы. Анод электронной пушки, внутреннее проводящее покрытие, маска и экран из алюминированного люминофора находятся под высоким напряжением.
Выход анода расположен на конической части трубки трубки. Кинескоп оборудован взрывозащищенным устройством. Влияние внешних магнитных полей на однородность цвета в больших кинескопах устраняется с помощью внутреннего магнитного экрана.
К основным характеристикам цветного кинескопа относятся, как в черно-белом: яркость, контрастность, разрешение, а также особенности, присущие цветным кинескопам: цветность свечения основных цветов и белого; однородность цвета по всему полю экрана; баланс белого; качество схождения лучей. Цветность свечения основных цветов характеризуется координатами цветности X и V в колориметрической системе CIE.
Цветовые координаты определяются требованиями стандарта системы телевещания. ЭЛТ удовлетворяют этим требованиям с определенными допусками в зависимости от используемых люминофоров.
Равномерность цветности свечения каждого основного цвета и их белой смеси характеризуется разностью хроматических координат между точками, где наблюдается визуально разная цветность. Различия не должны превышать значений Ax, Ay 0,015-0,020.
На однородность цветности влияют внешние магнитные поля, в том числе магнитное поле Земли, а также тепловое расширение маски при высоких токах.
Баланс белого. Координаты цветности основных цветов, доступных в кинескопе, определяют пропорцию их яркости при воспроизведении эталонного белого цвета. Белый цвет (Lw), установленный для кинескопа при цветовой температуре 6500 ° K, получается с коэффициентом яркости.
Статический баланс белого характеризует степень, в которой цвет свечения экрана соответствует цвету свечения эталонного белого источника при любом значении яркости воспроизводимого изображения.
Динамический баланс белого характеризует сохранение правильного воспроизведения белого цвета на всех уровнях яркости телевизионного изображения.
Нарушение статического баланса белого приводит к окрашиванию изображений бесцветных ахроматических объектов; нарушение динамического баланса белого вызывает появление посторонних цветовых оттенков. Качество сглаживания характеризуется максимальным расстоянием между цветными точками точечного растра.
В связи с разработкой новой телевизионной системы передачи для телевидения высокой четкости разрабатываются новые кинескопы с цветными масками. Это будут кинескопы гибридного типа. ЭЛТ будет широкоформатным с соотношением сторон 16: 9 и разрешением не менее 1000 строк.
