Лучевая трубка. Принципы работы и параметры электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему «ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ»

по дисциплинеФизические основы получения информации

выполнила: студент 3 курса Викторович А.И

ФТКиТ Приборостроение 1группа

Проверила Газеева И.В.

Санкт-Петербург 2017

1. Общие сведения
2. Принцип работы принимающей электронно-лучевой трубки (кинескопа)
3. Цветные кинескопы
4. Достоинства и недостатки ЭЛТ
1. Общие сведения
лучевой отклонение кинескоп цветной

В электронно-лучевых приборах создается тонкий пучок электронов (луч), который управляется электрическим или магнитным полем либо обоими полями. К этим приборам относятся электроннолучевые трубки индикаторных устройств радиолокаторов, для осциллографии, приема телевизионных изображений (кинескопы), передачи телевизионных изображений, а также запоминающие трубки, электронно-лучевые переключатели, электронные микроскопы, электронные преобразователи изображений и др. Большинство электронно-лучевых приборов служит для получения видимых изображений на люминесцентном экране; их называют электронно-графическими. Рассматриваются наиболее распространенные осциллографические и приемные телевизионные трубки, к которым также близки индикаторные трубки радиолокационных и гидроакустических станций.

Трубки могут быть с фокусировкой электронного луча электрическим или магнитным полем и с электрическим или магнитным отклонением луча. В зависимости от цвета изображения на люминесцентном экране бывают трубки с зеленым, оранжевым или желто-оранжевым свечением -- для визуального наблюдения, синим -- для фотографирования осциллограмм, белым или трехцветным -- для приема телевизионных изображений. Кроме того, трубки изготовляются с различной длительностью свечения экрана после прекращения ударов электронов (так называемым послесвечением). Трубки различаются также по размерам экрана, материалу баллона (стеклянные или металлостеклянные) и другим признакам.

2. Принцип работы принимающей электронно-лучевой трубки (кинескопа)

В основу работы электронно-лучевой трубки (CRT) или просто кинескопа, как и любой электронной лампы, положен принцип электронной эмиссии.Как мы уже знаем, проводимость вещества обусловлена наличием в нем свободных электронов. Под воздействием тепла, эти свободные частицы покидают сам проводник, образуя как-бы "облако" из электронов. Это свойство и получило название "термоэлектронной эмиссии". Если вблизи этого проводника, дополнительно подогреваемый нитью накала (назовём его катодом), разместить еще один электрод с положительным потенциалом, то свободные частицы, выделенные из катода термоэмиссией, начнут перемещаться в пространстве (притягиваться) в сторону этого электрода и возникнет электрический ток. А если между основными электродами (анодом и катодом) разместить дополнительные электроды (как правило сетчатые) то мы получим еще и возможность регулировать этот поток электронов. Такой принцип используется в электронных лампах, и конечно-же в кинескопах.В кинескопе телевизора (или электронно-лучевой трубке осциллографа) анодом служит специальный слой (люминофор), ударяясь о который, электроны вызывают свечение.Если подключить кинескоп к телевизору в таком виде, как описано выше, мы увидим на экране просто святящуюся точку. Для того чтобы получить полноценное изображение, необходимо пучок летящих электронов отклонить.

Во-первых, по горизонтали: строчная развертка.Во-вторых, по вертикали: кадровая развертка.

Для отклонения луча используется отклоняющая система. (ОС), которая представляет собою набор катушек: две на вертикальное отклонение и две на горизонтальное. Сигнал, подаваемый на эти катушки, создаёт в них магнитное поле, которое и отклоняет луч. Сама отклоняющая система одевается на горловину кинескопа.

Строчная катушка отклоняет пучок электронов по горизонтали. (кстати, на зарубежных схемах как раз используется чаще термин "HORIZONTAL" чем "строчная развертка"). Причем происходит это с довольно большой частотой: около 15 кГц.

Для того, чтобы развернуть растр полностью, используется также и вертикальное (кадровое) отклонение луча. При этом частота в кадровой катушке намного ниже (50Гц).

Получится следующая картина: за один полный кадр луч успевает пробежать слева-направо несколько раз (а точнее 625), рисуя на экране как-бы строку.

Чтобы на экране не было видно линий обратного хода используется специальная схема гашения луча

Регулируя напряжения на электродах кинескопа, можно регулировать яркость свечения (скорость потока электронного пучка), его контрастность а также фокусировать луч. На практике (в реальных условиях) сигнал изображения подаётся на катод кинескопа а регулировка яркости происходит изменением напряжения на модуляторе.Рассмотренный выше пример является по-сути только - лишь одноцветным вариантом кинескопа, где сигнал изображения отличается только градациями (разностью яркостных участков) изображения.

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°, что связано с необходимостью повысить чувствительность луча к воздействию отклоняющих пластин и обеспечить линейность характеристики отклонения. У первых советских телевизионных кинескопов с круглым экраном угол отклонения составлял 50°, у чёрно-белых кинескопов более поздних выпусков был равен 70°, начиная с 1960-х годов увеличился до 110° (один из первых подобных кинескопов -- 43ЛК9Б). У отечественных цветных кинескопов составляет 90°.

При увеличении угла отклонения луча уменьшаются габариты и масса кинескопа, однако:

· увеличивается мощность, потребляемая узлами развёртки. Для решения этой проблемы уменьшался диаметр горловины кинескопа, что, однако, потребовало изменения конструкции электронной пушки.

· возрастают требования к точности изготовления и сборки отклоняющей системы, что было реализовано путём компоновки кинескопа с отклоняющей системой в единый модуль и сборки его в заводских условиях.

· возрастает число необходимых элементов настройки геометрии растра и сведения.

Всё это привело к тому, что в некоторых областях до сих пор применяются 70-градусные кинескопы. Также угол в 70° 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 1960-х годов применялся принцип «ионной ловушки»: ось электронной пушки была расположена под некоторым углом к оси кинескопа, а расположенный снаружи регулируемый магнит обеспечивал поле, поворачивающее поток электронов к оси. Массивные же ионы, двигаясь прямолинейно, попадали в собственно ловушку.

Однако данное построение вынуждало увеличивать диаметр горловины кинескопа, что приводило к росту необходимой мощности в катушках отклоняющей системы.

В начале 1960-х годов был разработан новый способ защиты люминофора: алюминирование экрана, кроме того, позволившее вдвое повысить максимальную яркость кинескопа, и необходимость в ионной ловушке отпала.

Задержка подачи напряжения на анод либо модулятор

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.

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 были разработаны любительские узлы, обеспечивавшие задержку подачи напряжения на анод либо модулятор кинескопа. Интересно, что в некоторых из них, несмотря на то, что они были предназначены для установки в полностью полупроводниковые телевизоры, в качестве элемента задержки использовалась радиолампа. Позднее начали выпускаться телевизоры промышленного производства, в которых такая задержка предусмотрена изначально.

3. Цветные кинескопы

Устройство цветного кинескопа. 1 --Электронные пушки. 2 -- Электронные лучи. 3 -- Фокусирующая катушка. 4 -- Отклоняющие катушки. 5 -- Анод. 6 -- Маска, благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, и т. д. 7 -- Красные, зелёные и синие зёрна люминофора. 8 -- Маска и зёрна люминофора (увеличено).

Цветной кинескоп отличается от чёрно-белого тем, что в нём три пушки -- «красная», «зелёная» и «синяя» (1). Соответственно, на экран 7 нанесены в некотором порядке три вида люминофора -- красный, зелёный и синий (8 ).

В зависимости от типа применённой маски, пушки в горловине кинескопа расположены дельтообразно (в углах равностороннего треугольника) либо планарно (на одной линии). Некоторые одноимённые электроды разных электронных пушек соединены проводниками внутри кинескопа. Это ускоряющие электроды, фокусирующие электроды, подогреватели (соединены параллельно) и, часто, модуляторы. Такая мера необходима для экономии количества выводов кинескопа, ввиду ограниченных размеров его горловины.

На красный люминофор попадает только луч от красной пушки, на зелёный -- только от зелёной, и т. д. Это достигается тем, что между пушками и экраном установлена металлическая решётка, именуемая маской (6 ). В современных кинескопах маска выполнена из инвара -- сорта стали с небольшим коэффициентом температурного расширения.

ЭЛТ с теневой маской

У ЭЛТ этого типа маска представляет собой металлическую (обычно инваровую) сетку с круглыми отверстиями напротив каждой триады элементов люминофора. Критерием качества (чёткости) изображения является так называемый шаг зерна или точки (dot pitch), который характеризует расстояние в миллиметрах между двумя элементами (точками) люминофора одинакового цвета. Чем меньше это расстояние, тем более качественное изображение сможет воспроизводить монитор. Экран ЭЛТ с теневой маской обычно представляет собой часть сферы достаточно большого диаметра, что может быть заметно по выпуклости экрана мониторов с таким типом ЭЛТ (а может и не быть заметно, если радиус сферы очень большой). К недостаткам ЭЛТ с теневой маской следует отнести то, что большое количество электронов (порядка 70%) задерживается маской и не попадает на люминофорные элементы. Это может привести к нагреву и тепловой деформации маски (что в свою очередь может вызвать искажение цветов на экране). Кроме того, в ЭЛТ такого типа приходится использовать люминофор с большей светоотдачей, что приводит к некоторому ухудшению цветопередачи. Если же говорить о достоинствах ЭЛТ с теневой маской, то следует отметить хорошую чёткость получаемого изображения и их относительную дешевизну.

ЭЛТ с апертурной решёткой

В такой ЭЛТ точечные отверстия в маске (обычно изготавливаемой из фольги) отсутствуют. Вместо них в ней проделаны тонкие вертикальные отверстия от верхнего края маски до нижнего. Таким образом она представляет собой решётку из вертикальных линий. Из-за того что маска изготовлена таким образом она очень чувствительна ко всякому виду вибраций, (которые например могут возникнуть при лёгком постукивание по экрану монитора. Она дополнительно удерживается тонкими горизонтальными проволочками. В мониторах с размером 15 дюймов такая проволочка одна в 17 и 19 две, а в больших три и более. На всех таких моделях заметны тени от этих проволочек особенно на светлом экране. Сначала они могут несколько раздражать, но со временем вы привыкните. Наверное это можно отнести к основным недостаткам ЭЛТ с апертурной решёткой. Экран таких ЭЛТ представляет собой часть цилиндра большого диаметра. В результате он полностью плоский по вертикали и чуть выпуклый по горизонтали. Аналогом шага точки (как для ЭЛТ с теневой маской) здесь является шаг полосы (strip pitch) - минимальное расстояние между двумя полосами люминофора одинакового цвета (измеряется в миллиметрах). Достоинством таких ЭЛТ по сравнению с предыдущим, является более насыщенными цветами и более контрастным изображением, а

так же более плоский экран, что достаточно ощутимо снижает количество бликов на нём. К недостаткам можно отнести чуть меньшую чёткость текста на экране.

ЭЛТ с щелевой маской

ЭЛТ с щелевой маской представляет собой компромисс между двумя уже описанными ранее технологиями. Здесь отверстия в маске, соответствующие одной триаде люминофора, выполнены в виде продолговатых вертикальных щелей небольшой длины. Соседние вертикальные ряды таких щелей немного смещены друг относительно друга. Считается, что ЭЛТ с таким типом маски обладают сочетанием всех достоинств, присущих ей. На практике же, разница между изображением на ЭЛТ со щелевой или апертурной решёткой мало заметна. ЭЛТ с щелевой маской обычно имеют названия Flatron, DynaFlat и др.

4. Достоинства и недостатки ЭЛТ

Достоинства кинескопа:

1. Широкий цветовой охват дисплея на основе ЭЛТ за счет использования люминофоров с высокой чистотой излучаемого цвета.

2. Достаточные для большинства применений яркость и контраст изображения.

3. Относительно низкая стоимость.

4. Изображение можно наблюдать в условиях прямой засветки солнечными лучами, в отличие от ЖК экранов (на которых оно темнеет и исчезает).

5. Малая инерционность. Электронный луч может управляться с высокой скоростью и поэтому ЭЛТ находят применение в осциллографах, телекинопроекторах (для перевода изображения с кинопленки в телевизионный сигнал в реальном времени).

Недостатки кинескопа:

1. Большие габариты и масса.

2. Сложность изготовления ЭЛТ больших диагоналей.

3. Повышенное энергопотребление.

4. Ухудшение цветопередачи со временем из-за старения люминофора и материала катодов.

5. Мелькания изображения.

6. Вредные электромагнитные излучения.

7. При неправильной настройке дисплея ЭЛТ возможно появление геометрических искажений, несведения, расфокусировки.

8. ЭЛТ подвержены воздействию внешних магнитных полей.

9. Повышенные требования к электробезопасности. Присутствие внутри дисплея высоковольтных цепей предъявляет особые требования к их изоляции и качеству изготовления электронных компонентов в этих цепях.

10. Когда на экране долго отображается неподвижное изображение, электронный луч "ударяет" по точкам ("зернам") люминофора миллионы раз. При этом люминофор "выжигается" и на экране появляется постоянное "призрачное" изображение.

11. ЭЛТ взрывоопасны (поскольку внутри колбы вакуум). Поэтому они имеют колбу из толстого стекла. Утилизация таких дисплеев должна происходить с учетом требований безопасности.

Список используемой литературы

1. Физические основы получения информации: опорный конспект / И.В. Газеева. - СПб.: СПбГИКиТ, 2017. - 211 с.

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Кинескоп

3. http://megabook.ru

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие электрического тока. Поведение потока электронов в разных средах. Принципы работы вакуумно-электронной лучевой трубки. Электрический ток в жидкостях, в металлах, полупроводниках. Понятие и виды проводимости. Явление электронно-дырочного перехода.

презентация , добавлен 05.11.2014

Организация процесса электронно-лучевого испарения. Формула электростатического напряжения между катодом и анодом, повышения температуры поверхности мишени за одну секунду. Расчёт величины тока луча и температуры на поверхности бомбардируемого материала.

статья , добавлен 31.08.2013

Устройство, принцип действия и назначение электронно-коммутируемого вентилятора со встроенной электроникой. Его преимущество и испытание работы. Отличие синхронных и асинхронных двигателей. Принцип пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора.

лабораторная работа , добавлен 14.04.2015

Обзор аппарата Xtress 3000 G3/G3R и используемой в нем рентгеновской трубки TFS-3007-HP, анализ комплектации и документации. Разработка рентгеновской трубки 0,3РСВ1-Cr: конструкция и тепловой расчет анодного и катодного узлов, изолятора, кожуха.

дипломная работа , добавлен 17.06.2012

Понятие и сферы практического использования электронно-оптических преобразователей как устройств, преобразующих электронные сигналы в оптическое излучение или в изображение, доступное для восприятия человеком. Устройство, цели и задачи, принцип действия.

презентация , добавлен 04.11.2015

Описание технологии изготовления электронно-дырочного перехода. Классификация разработанного электронно-дырочного перехода по граничной частоте и рассеиваемой мощности. Изучение основных особенностей использования диодных структур в интегральных схемах.

курсовая работа , добавлен 14.11.2017

Получение изображения в монохромных электронно-лучевых трубках. Свойства жидких кристаллов. Технологии изготовления жидкокристаллического монитора. Достоинства и недостатки дисплеев на основе плазменных панелей. Получение стереоскопического изображения.

презентация , добавлен 08.03.2015

Изучение светоизлучающего диода как полупроводникового прибора с электронно-дырочным переходом, создающего оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. История изобретения, преимущества и недостатки, сфера применения светодиода.

презентация , добавлен 29.10.2014

Принцип устройства и действия тепловой трубки Гровера. Основные способы передачи тепловой энергии. Преимущества и недостатки контурных тепловых труб. Перспективные типы кулеров на тепловых трубах. Конструктивные особенности и характеристики тепловых труб.

реферат , добавлен 09.08.2015

Сравнительная характеристика датчиков. Выбор частотного датчика уровня и рекомендованного способа измерения, его достоинства и недостатки. Параметры и профиль уровнемерной трубки. Система возбуждения-съёма, погрешности нелинейности и температуры.

Любите ли вы телевидение так, как не люблю его я?

Телевизор - это вообще - отвратительная штука. Чем просиживать часами перед "голубым экраном", куда полезнее вести здоровый образ жизни: не спеша, с чашкой кофэ - за компьютером…

Тем не менее, вещи, которые я буду рассказывать в этом цикле статей, могут вполне пригодиться в нашей с вами практической деятельности.

Итак, сейчас мы разберемся, как же происходит передача видеосигнала. Рассматривать мы будем родную до боли систему SECAM, потому что в нашей стране (а именно - Российской Федерации) официально принята именно эта система телевидения. Впрочем - обо всем по порядку.

Как работает телевизор?

Телевизор работает по 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Это понятно.
У него есть экран - 1шт и динамик - от 1 до бесконечности, в зависимости от "навороченности" агрегата. Еще у него есть антенна и пульт управления. Но нас сейчас интересует только экран. А переводя с языка домохозяек на язык мудрых котов - кинескоп (электронно-лучевая трубка - ЭЛТ).

Я прекрасно понимаю, что в наш век плазмы и жидкого кристалла, электронно-лучевой кинескоп кажется кому-то пережитком старины. Однако, понять принцип работы телевизора, проще всего именно разбираясь с ЭЛТ.

Электронно-лучевая трубка

Шо це таке. Причем здесь электроны? Причем здесь лучи?

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".

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.

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.

Как это все устроено?

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.
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 .

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.

А куда угодно?

Вот отсюда мы и начинаем нашу повесть о строчках точках и крючочках…

Повесть о Строчках, Точках и Крючочках

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 ".

Бывает еще "прогрессивная развертка " - когда весь кадр развертывается за один вертикальный ход луча. Она используется в компьютерных мониторах.

Итак, теперь сухие числа. Все приведенные числа справедливы для систем PAL и SECAM.

Кол-во полей в секунде - 50
Кол-во строк в кадре - 625
Количество эффективных строк в кадре - 576
Количество эффективных точек в строке - 720

А эти числа выводятся из вышеприведенных:

Кол-во строк в поле - 312,5
Строчная частота - 15625 Гц
Длительность одной строки - 64 мкС (вместе с обратным ходом луча)

Задачи работы

общее знакомство с устройством и принципом действия электронных осциллографов,
определение чувствительности осциллографа,
проведение некоторых измерений в цепи переменного тока при помощи осциллографа.

Общие сведения об устройстве и работе электронного осциллографа

С помощью катода электронно-лучевой трубки осциллографа создается электронный поток, который формируется в трубке в узкий пучок, направленный к экрану. Сфокусированный на экране трубки электронный пучок вызывает в месте падения светящееся пятно, яркость которого зависит от энергии пучка (экран покрыт специальным люминесцирующим составом, светящимся под воздействием пучка электронов). Электронный луч является практически безынерционным, поэтому световое пятно можно практически мгновенно перемещать в любом направлении по экрану, если воздействовать на электронный пучок электрическим полем. Поле создается с помощью двух пар плоскопараллельных пластин, называемых отклоняющими пластинами. Малая инерционность луча обуславливает возможность наблюдения быстропеременных процессов с частотой 10 9 Гц и более.

Рассматривая существующие осциллографы, разнообразные по конструкции и назначению, можно увидеть, что функциональная схема их примерно одинакова. Основными и обязательными узлами должны быть:

Электронно-лучевая трубка для визуального наблюдения исследуемого процесса;

Источники питания для получения необходимых напряжений, подаваемых на электроды трубки;

Устройство для регулировки яркости, фокусировки и смещения луча;

Генератор развертки для перемещения электронного луча (и соответственно, светящегося пятна) по экрану трубки с определенной скоростью;

Усилители (и аттенюаторы), используемые для усиления или ослабления напряжения исследуемого сигнала, если оно недостаточно для заметного отклонения луча на экране трубки или, напротив, слишком велико.

Устройство электронно-лучевой трубки

Прежде всего, рассмотрим устройство электронно-лучевой трубки (рис. 36.1). Обычно это стеклянная колба 3, откачанная до высокого вакуума. В узкой ее части расположен нагреваемый катод 4, из которого вылетают электроны за счет термоэлектронной эмиссии Система цилиндрических электродов 5, 6, 7 фокусирует электроны в узкий пучок 12 и управляет его интенсивностью. Далее следуют две пары отклоняющих пластин 8 и 9 (горизонтальные и вертикальные) и, наконец, экран 10 – дно колбы 3, покрытое люминесцирующим составом, благодаря которому становится видимым след электронного луча.

В состав катода входит вольфрамовая нить – нагреватель 2, расположенная в узкой трубке, торец которой (для уменьшения работы выхода электронов) покрыт слоем окиси бария или стронция и собственно является источником потока электронов.

Процесс формирования электронов в узкий луч с помощью электростатических полей во многом напоминает действие оптических линз на световой луч. Поэтому система электродов 5,6,7 носит название электронно-оптического устройства.

Электрод 5 (модулятор) в виде закрытого цилиндра с узким отверстием находится под небольшим отрицательным потенциалом относительно катода и выполняет функции, аналогичные управляющей сетке электронной лампы. Изменяя величину отрицательного напряжения на модулирующем или управляющем электроде, можно изменять количество электронов, проходящих через его отверстие. Следовательно, с помощью модулирующего электрода можно управлять яркостью луча на экране. Потенциометр, управляющий величиной отрицательного напряжения на модуляторе, выведен на переднюю панель осциллографа с надписью ”яркость”.

Система из двух коаксиальных цилиндров 6 и 7, называемых первым и вторым анодами, служит для ускорения и фокусировки пучка. Электростатическое поле в промежутке между первым и вторым анодами направлено таким образом, что отклоняет расходящиеся траектории электронов снова к оси цилиндра, подобно тому, как оптическая система из двух линз действует на расходящийся пучок света. При этом катод 4 и модулятор 5 составляют первую электронную линзу, а первому и второму анодам соответствует другая электронная линза.

В итоге пучок электронов фокусируется в точке, которая должна лежать в плоскости экрана, что оказывается возможным при соответствующем выборе разности потенциалов между первым и вторым анодами. Ручка потенциометра, регулирующего это напряжение, выведена на переднюю панель осциллограф с надписью ”фокус”.

При попадании электронного луча на экран на нем образуется резко очерченное светящееся пятно (соответствующее сечению пучка), яркость которого зависит от количества и скорости электронов в пучке. Большая часть энергии пучка при бомбардировке экрана превращается в тепловую. Во избежание прожога люминесцирующего покрытия не допустима большая яркость при неподвижном электронном луче. Отклонение луча осуществляется с помощью двух пар плоскопараллельных пластин 8 и 9, расположенных под прямым углом друг к другу.

При наличии разности потенциалов на пластинах одной пары однородное электрическое поле между ними отклоняет траекторию пучка электронов в зависимости от величины и знака этого поля. Расчеты показывают, что величина отклонения луча на экране трубки D (в миллиметрах) связана с напряжением на пластинах U D и напряжением на втором аноде Ua 2 (в вольтах) следующим образом:

(36.1),

.
Электронно-лучевые трубки, действие которых основано на формировании и управлении по интенсивности и положению одним или более электронными пучками, классифицируют по назначению и способу управления электронным пучком. В зависимости от назначения ЭЛТ подразделяют на приемные, передающие, запоминающие и др. В качестве индикаторных приборов используют приемные трубки. По способу управления электронным пучком ЭЛТ подразделяют на трубки с электростатическим и магнитным управлением. В первых для управления пучком электронов применяют электрическое поле, а во вторых - магнитное.

Электронно-лучевые трубки с электростатическим управлением обеспечивают более высокие частотные свойства, поэтому их широко используют в качестве индикаторов электронных осциллографов. Рассмотрим работу электронно-лучевой трубки с электростатическим управлением, конструкция которой схематически показана на рисунке ниже.

Она представляет собой стеклянную колбу, в узкой части которой расположены электронный прожектор (ЭП) и отклоняющая система (ОС). В торцевой части колбы находится экран (Э), покрытый специальным составом - люминофором, способным светиться при бомбардировке электронным пучком. Электронный прожектор состоит из подогреваемого нитью накала (Н), катода (К), модулятора (М) и двух анодов (А, и А2).

Электроны, покинувшие катод, образуют электронное облако, которое под действием поля анодов движется в сторону экрана, формируясь в электронный пучок. Этот пучок проходит модулятор, выполненный в виде пологого цилиндра с отверстием и донной части. К модулятору прикладывается отрицательное относительно катода напряжение в несколько десятков вольт. Это напряжение создает тормозящее поле, предварительно фокусирующее электронный пучок и изменяющее яркость свечения экрана. Для получения требуемой энергии (скорости) электронного пучка на аноды подается положительное относительно катода напряжение: на анод A1 - порядка нескольких сотен, а на анод А2- нескольким тысяч вольт. Значение напряжения для анода А2 выбирают из условия установки фокуса второй электростатической линзы в плоскости экрана.

Отклоняющая система ЭЛТ состоит из двух пар взаимно перпендикулярных пластин, расположенных симметрично относительно оси колбы. Напряжение, прикладываемое к пластинам, искривляет траекторию электронного пучка, вызывая тем самым отклонение светового пятна на экране. Значение этого отклонения прямо пропорционально напряжению на пластинах ОС и обратно пропорционально напряжению Uа на втором аноде.

(рисунок ниже), как и ЭЛТ с электростатическим управлением, включает в себя ЭП и ОС. Конструкции ЭП обеих трубок аналогичны.

Предварительная фокусировка электронного пучка в трубке с магнитным управлением также осуществляется двумя электростатическими линзами, образованными соответственно электрическими полями между модулятором и первым анодом и между первым и вторым анодами. В функции первого анода, называемого иногда ускоряющим электродом, дополнительно входит экранировка модулятора от второго анода, что почти полностью исключает зависимость яркости свечения экрана от напряжения второго анода.

Внутри ЭЛТ расположен еще один электрод, называемый аквадагом (АК). Аквадаг электрически соединен с вторым анодом. Основная фокусировка электронного пучка производится неоднородным магнитным полем фокусирующей катушки (ФК), конструктивно расположенной на горловине колбы ЭЛТ. Это поле, возникающее при протекании по ФК постоянного тока, придает электронам вращательное движение вокруг оси пучка, фокусируя его в плоскости экрана.

Магнитная ОС содержит две пары последовательно включенных взаимно перпендикулярных обмоток, конструктивно выполненных в виде единого блока. Результирующее поле, создаваемое этими обмотками, заставляет электроны двигаться по окружности, радиус которой обратно пропорционален напряженности магнитного поля. Покидая поле, электроны пучка двигаются по касательной к исходной траектории, отклоняясь от геометрической оси колбы.

При этом отклонение электронного пучка в ЭЛТ с магнитным управлением меньше зависит от значения ускоряющего напряжения на аноде А2, чем отклонение пучка в ЭЛТ с электростатическим управлением. Поэтому при заданном значении напряжения на втором аноде ЭЛТ с магнитным управлением обеспечивает больший угол отклонения электронного пучка, чем ЭЛТ с электростатическим управлением, что позволяет значительно уменьшить ее размеры. Типовое значение максимального угла отклонения в ЭЛТ с магнитным управлением составляет 110°, а в ЭЛТ с электростатическим управлением - не превышает 30°.

Соответственно при заданных значениях отклонения электронного пучка ЭЛТ с магнитным управлением работает с большими значениями напряжения второго анода, чем ЭЛТ с электростатическим управлением, что позволяет повысить яркость получаемого изображения. К сказанному следует добавить, что ЭЛТ с магнитным управлением обеспечивает лучшую фокусировку электронного пучка, а следовательно, и лучшее качество изображения, что и предопределило их широкое распространение в качестве индикаторных устройств дисплеев ЭВМ. Рассмотренные ЭЛТ обеспечивают монохроматический режим отображения информации. В настоящее время все большее распространение находят ЭЛТ с цветным изображением.

(рисунок ниже) реализует принцип получения цветных образов как сумму изображений красного, зеленого и синего цветов.

Изменяя относительную яркость каждого из них, можно изменять цвет воспринимаемого изображения. Поэтому конструктивно ЭЛТ содержит три самостоятельных ЭП, пучки которых сфокусированы на некотором расстоянии от экрана. В плоскости пересечения лучей расположена цветоотделительная маска - тонкая металлическая пластина с большим числом отверстий, диаметр которых не превышает 0,25 мм. Экран цветной ЭЛТ неоднороден и состоит из множества люминесцирующих ячеек, число которых равно числу отверстий маски. Ячейка составлена из трех круглых элементов люминофора, светящихся красным, зеленым или синим цветом.

Например, цветной кинескоп с размером экрана по диагонали 59 см имеет маску с более чем полумиллионом отверстий, а общее число люминесцирующих элементов экрана превышает 1,5 млн. Пройдя через отверстия маски, электронные пучки расходятся. Расстояние между маской и экраном подобрано так, чтобы после прохождения отверстия маски электроны каждого пучка попадали на элементы экрана, люминесцирующие определенным цветом. Из-за малых размеров светящихся элементов экрана глаз человека уже на небольшом удалении не способен различать их и воспринимает суммарное свечение всех ячеек, интегральные цвета которых зависят от интенсивности электронного пучка каждого ЭП.

Если на модуляторы всех трех ЭП подать равные напряжения, то световые элементы экрана будут светиться одинаково и результирующий цвет будет восприниматься как белый. При синхронном изменении напряжении на модуляторах яркость белого цвета изменяется. Следовательно, подавая на модуляторы равные напряжения, можно получить все градации свечения экрана - от ярко-белого до черного. Таким образом, цветные кинескопы могут без искажений воспроизводить и черно-белое изображение.

Ю.Ф.Опадчий, Аналоговая и цифровая электроника, 2000 г.

На экран электронно-лучевой трубки люминофоры наносятся в виде крошечных точек, причем эти точки собираются по три; в каждой тройке, или триаде, имеются одна красная, одна синяя и одна зеленая точки. На рисунке я вам показал несколько таких триад. Всего на экране трубки имеется около 500 тысяч триад. Картина, которую вы видите в телевизоре, вся состоит из светящихся точек. Там, где детали изображения более светлые, на точки попадает больше электронов, и они светятся ярче. На темные места изображения электронов попадает, соответственно, меньше. Если в цветном изображении имеется белая деталь, то повсюду в пределах этой детали все три точки в каждой триаде светятся с одинаковой яркостью. Наоборот, если в цветном изображении имеется деталь красного цвета, то повсюду в пределах этой детали светятся только красные точки каждой триады, а зеленые и синие не светятся совсем.

Вы поняли, что значит создать цветное изображение на экране телевизора? Это, во-первых, заставить электроны попадать в нужные места, то есть на те люминофорные точки, которые должны светиться, и не попадать в другие места, то есть на те точки, которые светиться не должны. Во-вторых, электроны должны попадать в нужные места в нужное время. Ведь изображение на экране постоянно меняется, и там, где в какой-то момент, например, было ярко-оранжевое пятно, через мгновение должно появиться, скажем, темно-фиолетовое. Наконец, в-третьих, в нужное место и в нужное время должно попадать нужное количество электронов. Больше - туда, где свечение должно быть ярче, и меньше - туда, где свечение темнее.

Поскольку на экране размещается почти полтора миллиона люминофорных точек, задача на первый взгляд представляется исключительно сложной. На самом деле - ничего сложного. Прежде всего в электронно-лучевой трубке имеется не один, а три отдельных нагретых катода. Точно таких, как в обычной электронной лампе. Каждый катод испускает электроны, и вокруг него создается электронное облачко. Около каждого катода находятся сетка и анод. Количество электронов, прошедших сквозь сетку к аноду, зависит от напряжения на сетке. Пока все происходит, как в обычной трехэлектродной лампе - триоде.

Какое отличие? Анод здесь не сплошной, а с отверстием в самом центре. Поэтому большинство электронов, движущихся от катода к аноду, не задерживается на аноде - они вылетают через отверстие наружу в виде круглого пучка. Конструкция, состоящая из катода, сетки и анода, так и называется: электронная пушка. Пушка как бы выстреливает пучком электронов, а количество электронов в пучке зависит от напряжения на сетке.

Нацелены электронные пушки так, чтобы пучок, вылетающий из первой пушки, всегда попадал только в красные точки триад, пучок из второй пушки - только в зеленые точки, а пучок из третьей пушки - только в синие точки. Таким образом решается одна из трех задач по образованию цветного изображения. Подавая нужные напряжения на сетки каждой из трех пушек, устанавливают нужные интенсивности красного, зеленого и синего свечения, а значит, обеспечивают нужную окраску каждой детали изображения.