Кинескоп – это специальная телевизионная трубка, отвечающая за прием сигнала. По-другому он называется электролучевой трубкой. Без этой детали невозможно воспроизводить изображение на экране телевизора или монитора. Одна из стенок покрыта специальным люминофором, которые при бомбардировки электронами издает свое свечение, цвет которого меняется в зависимости от ряда факторов.
В настоящее время потребность в кинескопах полностью отсутствует из-за появления жидкокристаллических и LED-телевизоров. Подробно о том, как устроен и из чего состоит кинескоп будет рассказано в данной статье. Бонусом служат два видеоролика про устройство кинескопа, а также одна скачиваемая статья.
Электронно-лучевая трубка
Дело в том, что картинка на экране рисуется при помощи электронного луча. Электронный луч очень похож на световой. Но световой луч состоит из фотонов, а электронный – из электронов, и мы его увидеть не можем. Куча электронов несется с бешеной скоростью по прямой от пункта А – к пункту Б. Так образуется “луч”.
Кинеско́п, также электро́нно-лучева́я тру́бка — электронно-лучевой прибор, преобразующий электрические сигналы в световые. Широко применялся в телевизорах и мониторах: до 1990-х годов использовались устройства исключительно на основе кинескопа. Википедия
Пункт Б – это анод. Он находится прямо на обратной стороне экрана. Также, экран (с обратной стороны) вымазан специальным веществом – люминофором. При столкновении электрона на бешеной скорости с люминофором, последний испускает видимый свет. Чем быстрее летел электрон до столкновения – тем свет будет ярче. То есть, люминофор – это преобразователь “света” электронного луча в свет, видимый для человеческого глаза.
Интересно почитать: что такое электрический ток.
С пунктом Б разобрались. А что же такое пункт “А”? А – это “электронная пушка”. Название страшное. Но страшного в ней ничего нет. Она не предназначена для того, чтобы жестоко расстреливать пришельцев с Марса. Но “стрелять” она все же умеет – электронным лучем в экран.
Вообще, ЭЛТ – это такая большая электронная лампа. Как? Вы не знаете что такое лампа? Ну ладно…
Электронные лампы – это такие же усилительные элементы как и любимые всеми нами транзисторы. Но лампы появились намного раньше их кремниевых “коллег”, еще в первой половине прошлого века.
Лампа – это такой стеклянный баллон, из которого откачан воздух. В самой простой лампе – 4 вывода: катод, анод и два вывода нити накала. Нить накала нужна для того, чтобы разогреть катод. А разогреть катод нужно для того, чтобы с него полетели электроны. А электроны должны полететь затем, чтоб возник электрический ток через лампу. Для этого обычно на нить накала подается напряжение – 6,3 или 12,6 В (в зависимости от типа лампы)
Кроме того, чтобы полетели электроны – нужно высокое напряжение между катодом и анодом. Оно зависит от расстояния между электродами и от мощности лампы. В обычных радиолампах это напряжение составляет несколько сотен вольт, расстояния от катода до анода в таких лампах не превышают нескольких миллиметров.
[stextbox id=’info’]В кинескопе расстояние от катода, находящегося в электронной пушке до экрана может превышать несколько десятков сантиметров. Соответственно, и напряжение там нужно намного большее – 15…30 кВ.[/stextbox]
Такие зверские напряжения создает специальный повышающий трансформатор. Его еще называют строчный трансформатор, поскольку он работает на строчной частоте. Но, об этом – чуть позже.
При ударении электрона об экран, кроме видимого света, “вышибаются” также и другие излучения. В частности – радиоактивное. Вот почему не рекомендуется смотреть телек ближе 1…2 метров от экрана.
Итак, луч получили. И он так красивенько светит аккурат в центр экрана. Но нам-то надо, чтоб он “чертил” по экрану линии. То есть, нужно заставить его отклоняться от центра. И в этом вам помогут… электромагниты. Дело в том, что электронный луч, в отличие от светового, очень чувствителен к магнитному полю. Поэтому то он и используется в ЭЛТ.
Нужно поставить две пары отклоняющих катушек. Одна пара будет отклонять по горизонтали, другая – по вертикали. Умело управляя ими, можно гонять луч по экрану куда угодно.
Картинка на экране телевизора образуется в результате того, что луч с бешенной скоростью чертит слева-направо сверху-вниз по экрану. Такой метод последовательной прорисовки изображения называется “развертка”. Поскольку развертка происходит очень быстро – для глаза все точки сливаются в строчки а строчки – в единый кадр.
В системах PAL и SECAM за одну секунду луч успевает пробежать весь экран 50 раз. В американской системе NTSC – еще больше – аж 60 раз! Вообще говоря, системы PAL и SECAM отличаются лишь в передаче цвета. Все остальное у них – одинаково. Картинка образуется за счет того, что во время “бега”, луч изменяет свою яркость в соответствии с принимаемым видеосигналом. Как происходит управление яркостью?
А очень просто! Дело в том, что кроме рассмотренных электродов – анода и катода, в лампах бывает еще третий электрод – сетка. Сетка – это управляющий электрод. подавая на сетку сравнительно низкое напряжение, можно управлять током, протекающим через лампу. Иными словами, можно управлять интенсивностью потока электронов, “летящих” от катода к аноду. В ЭЛТ сетка используется для изменения яркости луча.
Подавая на сетку отрицательное напряжение (относительно катода), можно ослабить интенсивность потока электронов в луче, или вообще закрыть “дорогу” для электронов. Это бывает нужно, например, при перемещении луча от конца одной строки к началу другой. Теперь поговорим поподробнее именно про принципы развертки. Для начала, стоит запомнить несколько несложных чисел и терминов:
- Растр- это одна “строчка”, которую рисует луч на экране.
- Поле- это все строчки, которые нарисовал луч за один вертикальный проход.
- Кадр- это элементарная единица видеоряда. Каждый кадр состоит из двух полей – четного и нечетного.
Это стоит пояснить: изображение на экране телевизора разворачивается с частотой 50 полей в секунду. Однако, телевизионный стандарт равен 25 кадрам в секунду. Поэтому один кадр при передаче разбивается на два поля – четное и нечетное. В четном поле содержатся только четные строчки кадра (2,4,6,8…), в нечетном – только нечетные. Изображение на экране также “рисуется” через строку. Такая развертка называется “чересстрочная развертка”.
История развития
В 1859 году Юлиус Плюккер открыл катодные лучи. В 1879 году Уильям Крукс создал прообраз электронной трубки, установил, что катодные лучи распространяются линейно, но могут отклоняться магнитным полем. Так же он обнаружил, что при попадании катодных лучей на некоторые вещества, последние начинают светиться.
В 1895 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе трубки Крукса создал катодную трубку, получившую названия трубки Брауна. Луч отклонялся магнитно только в одном измерении, второе направление развёртывалось при помощи вращающегося зеркала. Браун решил не патентовать свое изобретение, выступал со множеством публичных демонстраций и публикаций в научной печати.Трубка Брауна использовалась и совершенствовалась многими учёными. В 1903 году Артур Венельт поместил в трубке цилиндрический электрод (цилиндр Венельта), позволяющий менять интенсивность электронного луча, а соответственно и яркость свечения люминофора.
[stextbox id=’info’]В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал уравнение внешнего фотоэффекта, открытого в 1877 году Генгихом Герцем, и исследованного Александром Григорьевичем Столетовым.[/stextbox]
В 1906 году сотрудники Брауна М. Дикман и Г. Глаге получили патент на использование трубки Брауна для передачи изображений, а в 1909 году М. Дикман предложил в статье фототелеграфное устройство для передачи изображений с помощью трубки Брауна, в устройстве для развёртки применялся диск Нипкова.
С 1902 года c трубкой Брауна работает Борис Львович Розинг. 25 июля 1907 года он подал заявку на изобретение «Способ электрической передачи изображений на расстояния». Развертка луча в трубке производилась магнитными полями, а модуляция сигнала (изменение яркости) с помощью конденсатора, который мог отклонять луч по вертикали, изменяя тем самым число электронов, проходящих на экран через диафрагму.
9 мая 1911 года на заседании Русского технического общества Розинг продемонстрировал передачу телевизионных изображений простых геометрических фигур и приём их с воспроизведением на экране ЭЛТ. В начале и середине XX века значительную роль в развитии ЭЛТ сыграли Владимир Зворыкин, Аллен Дюмонт и другие.
В баллоне создан глубокий вакуум — сначала выкачивается воздух, затем все металлические детали кинескопа нагреваются индуктором для выделения поглощённых газов, для постепенного поглощения остатков воздуха используется геттер.
Для того, чтобы создать электронный луч, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод, нагреваемый нитью накала, испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода (крупнейшие производители ЭЛТ для этого применяют собственные запатентованные технологии).
Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных кинескопах применялась электромагнитная фокусировка при помощи фокусирующей катушки 3 с сердечником , предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод.
Покинув пушку, электроны ускоряются анодом, представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединённое с одноимённым электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом.
В ряде кинескопов ранних моделей, таких, как 43ЛК3Б, конус был выполнен из металла и представлял анод сам собой. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ анод представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт.
Далее луч проходит через отклоняющую систему 1, которая может менять направление луча. В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие.
[stextbox id=’alert’]Электронный луч попадает в экран покрытый люминофором. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.[/stextbox]
Люминофор от электронов приобретает отрицательный заряд, и начинается вторичная эмиссия — люминофор сам начинает испускать электроны. В результате вся трубка приобретает отрицательный заряд. Для того, чтобы этого не было, по всей поверхности трубки находится соединённый с общим проводом слой аквадага — проводящей смеси на основе графита. Кинескоп подключается через выводы и высоковольтное гнездо.
В чёрно-белых телевизорах состав люминофора подбирают таким, чтобы он светился нейтрально-серым цветом. В видеотерминалах, радарах и т. д. люминофор часто делают жёлтым или зелёным для меньшего утомления глаз.
Угол отклонения луча
Углом отклонения луча ЭЛТ называется максимальный угол между двумя возможными положениями электронного луча внутри колбы, при которых на экране ещё видно светящееся пятно. От величины угла зависит отношение диагонали (диаметра) экрана к длине ЭЛТ. У осциллографических ЭЛТ составляет как правило до 40 градусов, что связано с необходимостью повысить чувствительность луча к воздействию отклоняющих пластин.
У первых советских телевизионных кинескопов с круглым экраном угол отклонения составлял 50 градусов, у чёрно-белых кинескопов более поздних выпусков был равен 70 градусам, начиная с 60-х годов увеличился до 110 градусов (один из первых подобных кинескопов—43ЛК9Б). У отечественных цветных кинескопов составляет 90 градусов.
При увеличении угла отклонения луча уменьшаются габариты и масса кинескопа, однако, увеличивается мощность, потребляемая узлами развёртки. В настоящее время в некоторых областях возрождено применение 70-градусных кинескопов: в цветных VGA мониторах большинства диагоналей. Также угол в 70 градусов продолжает применяться в малогабаритных чёрно-белых кинескопах (например, 16ЛК1Б), где длина не играет такой существенной роли.
Ионная ловушка
Так как внутри ЭЛТ невозможно создать идеальный вакуум, внутри остаётся часть молекул воздуха. При столкновении с электронами из них образуются ионы, которые, имея массу, многократно превышающую массу электронов, практически не отклоняются, постепенно выжигая люминофор в центре экрана и образуя так называемое ионное пятно.
Для борьбы с этим до середины 60 гг. применялись ионная ловушка, обладающая крупным недостатком: её правильная установка – довольно кропотливая операция, а при неправильной установке изображение отсутствует. В начале 60 гг. был разработан новый способ защиты люминофора: алюминирование экрана, кроме того позволившее вдвое повысить максимальную яркость кинескопа, и необходимость в ионной ловушке отпала.
В телевизоре, строчная развёртка которого выполнена на лампах, напряжение на аноде кинескопа появляется только после прогрева выходной лампы строчной развёртки и демпферного диода. Накал кинескопа к этому моменту успевает разогреться.
Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.
Внедрение в узлы строчной развёртки полностью полупроводниковой схемотехники породило проблему ускоренного износа катодов кинескопа по причине подачи напряжения на анод кинескопа одновременно с включением. Для борьбы с этим явлением разработаны любительские узлы, обеспечивающие задержку подачи напряжения на анод либо модулятор кинескопа.
Интересно, что в некоторых из них, несмотря на то, что они предназначены для установки в полностью полупроводниковые телевизоры, в качестве элемента задержки использована радиолампа. Позднее начали выпускаться телевизоры промышленного производства, в которых такая задержка предусмотрена изначально.
Кинескопы цветного изображения
Устройство кинескопов цветного изображения намного сложнее устройства кинескопов черно-белого изображения, хотя они имеют много общего.
В цветном кинескопе каждый элемент изображения создается сложением излучения люминофоров трех ОСНОВНЫХ цветов свечения (красного, зеленого, синего). Глав ВОСПри нимает суммарную цветность свечения и не видит простран
ственного разделения цветов на элементе. Для правильного воспроизведения цвета необходимо независимо возбуждать люминофоры основных цветов. Это достигается особой структурой расположения люминофорных зерен на экране кинескопа, применением цветоделителыных элементов и использованием трех электронных лучей, каждый из которых возбуждает люминофор только одного из основных цветов.
[stextbox id=’alert’]Цветоделительный элемент размещен перед люминофорным покрытием и обеспечивает попадание электронного луча только на “свой” люминофор.[/stextbox]
Различают основные типы цветных кинескопов: масочный хромотрон, тринитрон, индексный кинескоп. Основным типом кинескопа, на котором сегодня работает большинство цветных телевизоров в мире, является трехлучевой масочный кинескоп.
Первоначально это был кинескоп с дельтовидным (дельта-кинескоп)1 расположением электронных прожекторов, имеющий маску с крупными отверстиями и мозаичный экран из люминофорных кружков. В процессе совершенствования технологии производства масок и отклоняющих систем был создан компланарный масочный кинескоп с самосведением лучей. Он имеет теневую маску щелевой конструкции в качестве цветоделительного элемента, экран с линейчатой структурой люминофора и один электронный прожектор, создающий три планарно (т. е. в горизонтальной плоскости) расположенных электронных луча.
Электронный прожектор формирует три электронных луча (4), расположенных в горизонтальной плоскости. Крайние лучи имеют наклон по отношению к центральному лучу 55°. На фронтальное стекло экрана кинескопа нанесен люминофорный слой. Он состоит из вертикальных чередующихся люминофорных полосок с красным (R), зеленым (G) и синим (В) цветом свечения.
На пути к люминофорному экрану электронные лучи проходят через щелевую маску (11), установленную на раме. Каждой триаде люминофорных полосок соответствует в маске вертикальная прорезь с перемычками. Шаг прорезей маски зависит от типа кинескопа. Вследствие наклонного падения боковых лучей и вырезающего действия щелевой маски каждый луч попадает на соответствующую люминофорную полоску.
Электронные лучи управляются по интенсивности телевизионным сигналом, подаваемым на три раздельных катода электронного прожектора. В зависимости от ER, BL, Ев составляющих этого сигнала определяются яркости трех основных цветов, что обеспечивает воспроизведение цветного изображения. Сведение электронных лучей осуществляется внешними элементами на горловине кинескопа. Для статического сведения применяется магнитостатическое устройство. Этим же устройством настраивается однородность цветности по полю экрана.
Важное по теме. Как проверить конденсатор.
Динамическое сведение лучей в кинескопе с самосведением обеспечивается конструкцией отклоняющей системы. Анод электронного прожектора, внутреннее проводящее покрытие, маска и алюминированный люминофорный экран находятся под высоким напряжением.
Выход анода расположен на конической части баллона кинескопа. Кинескоп снабжен взрывозащитным устройством. Влияние внешних магнитных полей на однородность цветности в крупногабаритных кинескопах устраняется с помощью внутреннего магнитного экрана.
К числу основных характеристик цветного кинескопа относятся, как и в черно-белом: яркость, контрастность, разрешающая способность, а также специальные характеристики, присущие цветным кинескопам: цветность свечения основных цветов и белого цвета; однородность цветности по полю экрана; баланс белого цвета; качество сведения лучей. Цветность свечения основных цветов характеризуется координатами цветности X и V в колориметрической системе МКО.
Координаты цветности определены требованиями стандарта на систему вещательного телевидения. Этим требованиям кинескопы удовлетворяют с определенными допусками, зависящими от применяемых люминофоров.
Однородность цветности свечения каждого основного цвета и их белой смеси характеризуется различием координат цветности между точками, где наблюдается визуально отличающаяся цветность. Различия не должны превышать значений Ах, Ау 0,015—0,020.
На однородность цветности влияют внешние магнитные поля, в том числе магнитное поле Земли, а также температурное расширение маски при больших токах.
Баланс белого цвета. Имеющиеся у кинескопа координаты цветности основных цветов определяют долю их яркостей при воспроизведении опорного белого цвета. Установленный для кинескопа белый цвет (Lw) при цветовой температуре 6500°К получается при пропорции яркостей.
Статический баланс белого цвета характеризует степень соответствия цвета свечения экрана цвету свечения эталонного источника белого при установке любого значения яркости воспроизводимого изображения.
Динамический баланс белого цвета характеризует сохранение правильного воспроизведения белого цвета на всех градациях яркости телевизионного изображения.
Нарушение статического баланса белого цвета приводит к окрашиванию изображений ахроматических бесцветных объектов; нарушение динамического баланса белого цвета вызывает появление посторонней цветовой окраски. Качество сведения характеризуется наибольшим расстоянием между цветными точками точечного растра.
В связи с разработкой новой телевизионной вещательной системы для телевидения высокой четкости ведутся разработки новых цветных масочных кинескопов. Это будут кинескопы гибридного типа. Кинескоп будет широкоформатным с отношением сторон 16:9, разрешающая способность не менее 1000 линий.
Заключение
Более подробно о применении кинескопов для цветокоррекции изображений рассказано в статье “Цветокоррекция в трехцветных устройствах цветовоспроизведения“. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.
В завершение статьи хотелось бы выразить благодарность источникам информации для подготовки материала:
www.slovaronline.com
www.science.wikia.org
www.radio-uchebnik.ru
www.znaytovar.ru
www.cxem.net
Предыдущая
