Электронно-лучевая трубка
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Электронно-лучевая трубка[1] (ЭЛТ), кинескоп — электровакуумный прибор, преобразующий электрические сигналы в световые.
В строгом смысле, электронно-лучевуми трубками называют[2] ряд электронно-лучевых приборов, одним из которых являются кинескоп.
Принципиальное устройство:
- электронная пушка, испускает с катода один или большее число электронных лучей;
- экран, покрытый люминофором — веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов;
- отклоняющая система, управляет лучом таким образом, что он формирует требуемое изображение.
Содержание |
[править] 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.[3] 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.
В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал уравнение внешнего фотоэффекта, открытого в 1877 году Генгихом Герцем, и исследованного Александром Григорьевичем Столетовым.
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. В 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.
[править] Устройство и принцип работы
В баллоне 9 создан глубокий вакуум (воздух сначала выкачивается, затем для уничтожения остатков воздуха применяют специальный химикат — поглотитель).
Для того, чтобы создать электронный луч 2, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод 8, нагреваемый нитью накала 5, 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[4] 12 можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка может содержать ещё несколько электродов, предназначенных для формирования луча. Покинув пушку, электроны дополнительно ускоряются высоковольтным анодом 14 (напряжение на нём находится в пределах 7—50 киловольт).
Фокусирующая катушка 3 с сердечником 11 делает электронный луч остронаправленным (другой вариант фокусировки — электростатическая линза). Далее луч проходит через отклоняющую систему 1, которая может менять направление луча (на рисунке показана магнитная отклоняющая система). В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие.
Электронный луч ударяет в экран 10, покрытый люминофором 4. От бомбардировки электронами люминофор светится, создавая на экране изображение.
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 заземлённый слой аквадага — проводящей смеси на основе графита (6).
Кинескоп подключается через выводы 13 и высоковольтное гнездо 7.
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.
[править] Развёртка
Чтобы создать на экране изображение, электронный луч должен постоянно проходить по экрану с высокой частотой — не менее 25 раз в секунду. Этот процесс называется развёрткой. Есть несколько способов развёртки изображения.
[править] Растровая развёртка
Электронный луч проходит весь экран по строкам. Возможны два варианта:
- 1—2—3—4—5—… (построчная развёртка);
- 1—3—5—7—…, затем 2—4—6—8—… (чересстрочная развёртка).
[править] Векторная развёртка
Электронный луч проходит вдоль линий изображения.
[править] Развёртка на экране радара
Электронный луч проходит вдоль радиусов экрана. Дополнительная информация (карта, надписи) дополнительно развёртывается растровым или векторным способом.
[править] Цветные кинескопы
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).
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). Маска делается из инвара — сорта стали с небольшим коэффициентом температурного расширения.
[править] Типы масок
Существует три типа масок:
- теневая решётка (встречается в кинескопах большинства производителей). Известна как теневая маска для кинескопов с дельтаобразным расположением электронных пушек;
- апертурная решётка (Sony Trinitron, Mitsubishi Diamondtron). Эта маска, в отличие от остальных видов, состоит из большого количества проволок, натянутых вертикально;
- щелевая решётка (LG Flatron). Известна как теневая маска для кинескопов с планарным расположением электронных пушек.
Среди этих масок нет явного лидера: теневая обеспечивает высокое качество линий, апертурная даёт более насыщенные цвета. Щелевая сочетает достоинства теневой и апертурной, но склонна к муарам.
Чем меньше элементы люминофора, тем более высокое качество изображения способна дать трубка. Показателем качества изображения является шаг маски.
- Для теневой решётки шаг маски — расстояние между двумя ближайшими отверстиями маски (соответственно, расстояние между двумя ближайшими элементами люминофора одного цвета).
- Для апертурной и щелевой решётки шаг маски определяется как расстояние по горизонтали между щелями маски (соответственно, горизонтальное расстояние между вертикальными полосами люминофора одного цвета).
В современных ЭЛТ шаг маски находится на уровне 0,25 мм.
[править] Сведение лучей
Чтобы изображение было чётким, важно, чтобы все три луча попадали в одну и ту же точку — в противном случае вокруг изображения будут разноцветные ореолы. Для этого с каждым цветным телевизором (монитором и т. д.) проводится особая операция — сведе́ние лучей.
В мониторах потребительского уровня лучи обычно сводят так, чтобы в центре экрана качество картинки было максимальным (в то время как в углах изображение может страдать). В дорогих полу- и профессиональных мониторах добиваются того, чтобы ни в одной точке изображение не было недопустимо плохим. Получается необычная картина: под лупой видно, что ни в одной точке нет идеального сведения, и в то же время на глаз несведения совершенно не видно.
На старом мониторе сведение разрегулируется, и многие фирмы по ремонту компьютеров предлагают услугу повторного сведения лучей.
[править] Размагничивание
Необходимо для восстановления чистоты цвета в случае намагничивания части маски кинескопа. Петля размагничивания в большинстве случаев встроена в монитор или телевизор
[править] Применение
Наиболее широкое применение кинескопы нашли в телевизорах и компьютерных мониторах.
[править] Воздействие на здоровье
[править] Электромагнитное излучение
[править] Ионизирующее излучение
[править] Мигание
[править] Нечёткое изображение
[править] Высокое напряжение
В работе ЭЛТ применяется высокое напряжение. Остаточное напряжение в сотни вольт, если не принимать никаких мер, может задерживаться на ЭЛТ и схемах «обвязки» неделями. Поэтому в схемы добавляют разряжающие резисторы, которые делают телевизор вполне безопасным уже через несколько минут после выключения.
Вопреки распространённому мнению, анодом ЭЛТ нельзя убить человека из-за небольшой мощности преобразователя напряжения — будет лишь ощутимый удар. Однако, напряжения и токи в отклоняющих и питающих схемах вполне способны убить человека.
[править] Ядовитые вещества
Любая электроника (в том числе ЭЛТ) содержит вещества, вредные для здоровья и окружающей среды. В числе их: свинцовое стекло, соединения бария в катодах, люминофор.
Использованные ЭЛТ в большинстве стран считаются опасным мусором, их надо выбрасывать отдельно от бытового мусора.
[править] Взрыв ЭЛТ
Поскольку внутри ЭЛТ вакуум, за счёт давления воздуха на один только экран 17-дюймового монитора приходится нагрузка около 800 кГ — вес легкового автомобиля. Из-за особенностей конструкции давление на экран и конус ЭЛТ является положительным, а на боковую часть и экрана -- отрицательным, что вызывает опасность взрыва. При работе с ранними моделями кинескопов правила техники безопасности требовали использования защитных рукавиц, маски и очков. Перед экраном кинескопа в телевизоре устанавливался стеклянный защитный экран, а по краям -- металлическая защитная маска.
Начиная со второй половины 60-х годов опасная часть кинескопа прикрывается специальным металлическим взрывозащитным бандажом, выполненным в виде цельнометаллической штампованной конструкции либо намотанной в несколько слоёв ленты. Такой бандаж исключает возможность самопроизвольного взрыва. В некоторых моделях кинескопов дополнительно использовалась защитная плёнка, покрывавшая экран.
Несмотря на применение защитных систем не исключается поражение людей осколками при умышленном разбивании кинескопа. В связи с этим при уничтожении последнего для безопасности предварительно разбивают штенгель -- технологическую стеклянную трубку в торце горловины под пластмассовым цоколем, через которую при производстве осуществляется откачка воздуха.
Малогабаритные ЭЛТ и кинескопы с диаметром или диагональю экрана до 15 см опасности не представляют и взрывозащитными приспособлениями не оснащаются.
[править] Другие виды электроннолучевых приборов
Кроме кинескопа, к электроннолучевым приборам относят:
- Осциллографическая электроннолучевая трубка.
- Знакопечатающая электроннолучевая трубка.
- Индикаторная электроннолучевая трубка используются в индикаторах радиолокационных станциий.
- Запоминающая электроннолучевая трубка.
- Передающая телевизионная трубка преобразует световые изображения в электрические сигналы.
[править] См. также
[править] Ссылки
- С. В. Новаковский. 90 лет электронному телевидению // «Электросвязь» № 6, 1997 (на сайте «Виртуальный компьютерный музей»)
- П. Соколов. Мониторы // iXBT, 1999
- Mary Bellis. The History of the Cathode Ray Tube // About:Inventors
- Электронно-лучевые трубки в энциклопедии Кругосвет
[править] Примечания
- ↑ Орфографический словарь под редакций Лопатина указывает, что слово «электронно-лучевой» пишется через дефис, но в некоторых источниках, например БСЭ, используется и слитное написание
- ↑ Статья «Электроннолучевая трубка» в Большой советской энциклопедии
- ↑ А. И. Климин, В. А. Урвалов. Фердинанд Браун - лауреат нобелевской премии в области физики // «Электросвязь» № 8, 2000 г. (на сайте «Виртуальный компьютерный музей»)
- ↑ Другое название управляющего электрода — модулятор
