Телевидение. Электронно-лучевая трубка

Содержание

 

 

	Введение	3
1	Как устроена электронно-лучевая трубка	4
2	Классификация мониторов ЭЛТ по типу маски	6
2.1	ЭЛТ-мониторы с трёхточечной теневой маской	6
2.2	ЭЛТ-мониторы с щелевой апертурной решёткой	7
2.3	ЭЛТ-мониторы с гнездовой маской	8
3 4 5 5.1	Классификация электронно-лучевых трубок Устройство электростатической электронно-лучевой трубки Запоминающая электронно-лучевая трубка (трубка Уильямса) Принцип работы трубки Уильямса	9 10 15 15
6	Принцип работы электронно-лучевой трубки Заключение Список использованных источников	16 17 18

 

 

 

Введение

 

Электронно-лучевая трубка представляет собой электронно-лучевой прибор для осциллографии, приёма телевизионных изображений, электронно-лучевых коммуникаторов и ряда других областей техники. Во всех этих приборах создается тонкий пучок электронов (электронный луч), управляемый с помощью электрических или магнитных полей. Существует большое разнообразие электронно-лучевых трубок. Они могут быть с фокусировкой электронного луча электрическим или магнитным полем и с электрическим или магнитным отклонением луча; электронно-лучевые трубки бывают с различными цветами изображения на люминесцирующем экране; с различной длительностью свечения экрана (так называемое послесвечение). Они различаются также по размерам экрана, материалом баллона и другим признакам.

 

1 Как устроена электронно-лучевая трубка

 

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ или CRT) ‒ это традиционная технология формирования изображения на «дне» герметично запечатанной стеклянной «бутылки». Мониторы получают сигнал от компьютера и преобразуют его в форму, воспринимаемую электронно-лучевой пушкой, расположенной в «горлышке» огромной колбы. Пушка «стреляет» в нашу сторону, а широкое дно (куда мы, собственно, и смотрим) состоит из «теневой маски» и люминесцентного покрытия, на котором создается изображение. Электромагнитные поля управляют пучком электронов: отклоняющая система изменяет направление потока частиц таким образом, что они достигают нужного места на экране, проходя через теневую маску, падают на фосфоресцирующую поверхность и формируют изображение (активизированный электронным лучом участок экрана испускает свет, видимый глазом. Такая технология называется «эмиссионной».

Цвет ‒ одно из свойств объектов материального мира, воспринимаемое зрительное ощущение. Зрительные ощущения возникают под действием на органы зрения излучений видимого диапазона, длины волн которых находятся примерно в пределах 380-780 мкм. Физические свойства излучения тесно связаны со свойствами вызываемого ими ощущения: с изменением мощности изменяется светлота, а с изменением длины волны ‒ цветность (характеристиками цвета являются цветовой тон, насыщенность и светлота). Таким образом, восприятие цвета - продукт нашего мозга, поэтому у каждого человека оно индивидуально и может отличаться от других. 

Цвета на мониторе (впрочем, так же, как и на телевизионном экране) получаются аддитивным (суммарным) смешением трех основных цветов: то есть красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Смешанная с одинаковой интенсивностью, эта триада дает нам белый цвет, а для того чтобы добиться цветовых оттенков, интенсивность каждого из этих цветов дозируется в необходимой пропорции. ЭЛТ-мониторы, как правило, имеют три отдельные электронные пушки (по одной на каждый из основных цветов триады), которые «бьют» по небольшому участку люминофора своего цвета с различной интенсивностью. 

Экран монитора представляет собой матрицу, состоящую из гнезд-триад, определенной структуры и формы (зависящей от конкретной технологии изготовления ‒ см. далее). Каждое такое гнездо состоит из трех элементов (точек, полос или других структур), формирующих RGB-триаду, в которой основные цвета располагаются настолько близко друг к другу, что отдельные элементы неразличимы для глаза. Таким образом, электронно-лучевые трубки, используемые в современных мониторах, имеют следующие основные элементы: 

-электронные пушки (по одной на каждый цвет RGB-триады или одну, но испускающую три пучка); 

-отклоняющую систему, то есть набор электронных "линз", формирующих пучок электронов;

-теневую маску, обеспечивающую точное попадание электронов от пушки каждого цвета в "свои" точки экрана;

-слой люминофора, формирующий изображение при попадании электронов в точку соответствующего цвета.

С этими элементами и связана непрерывная борьба производителей за качество изображения. Электронная пушка состоит из подогревателя, катода, испускающего поток электронов, и модулятора, ускоряющего и фокусирующего электроны. В современных кинескопах применяются оксидные катоды, в которых электроны испускаются эмиссионным покрытием из редкоземельных элементов, нанесенным на никелевый колпачок с расположенной внутри него нитью накала. Подогреватель обеспечивает нагревание катода до температуры 850-880 С, при которой и происходит испускание (эмиссия) электронов с поверхности катода. Остальные электроды трубки используются для ускорения и формирования пучка электронов. Соответственно каждая из трех электронных пушек создаёт пучок электронов для формирования своего цвета. При этом различают ЭЛТ с дельтовидным и планарным расположением пушек.

В случае дельтовидного расположения электронные пушки размещаются в вершинах равностороннего треугольника под углом 1 градус к оси кинескопа. Ошибка в значении угла наклона не должна превышать 1'. Наклон пушек выбирается таким образом, чтобы электронные лучи пересекались в некоторой точке (точке схождения) и дальше, расходясь на определенный угол, образовывали на маске небольшой круг, в пределах которого одновременно может находиться только одно отверстие теневой маски и одна RGB-триада (три точки люминофора основных цветов). Соответственно точки люминофора при этом также располагают по вершинам равностороннего треугольника, образующего эту триаду. Центр каждого отверстия в теневой маске расположен напротив оси симметрии данной триады точек люминофора. Электронные лучи, расходясь после теневой маски, попадают на точки люминофора соответствующего цвета и заставляют их светиться.

 

2 Классификация мониторов ЭЛТ по типу маски

 

 

Современные мониторы с любой маской имеют практически плоскую форму экрана, благодаря которой существенно снижаются искажения геометрии, особенно по углам. Поэтому тип маски по форме экрана определить не так просто. На сегодняшний день в ЭЛТ-дисплеях используются три основные технологии формирования матриц и масок для RGB-триад:

- трехточечная теневая маска (DOT-TRIO SHADOW-MASK CRT); 

- щелевая апертурная решетка (APERTURE-GRILLE CRT); 

- гнездовая маска (SLOT-MASK CRT). 

Тип маски можно определить, посмотрев на экран в 10-20-кратную лупу. Однако при создании мониторов помимо масок используются различные отклоняющие системы и другая электроника. Хотя сам экран и является наиболее важным фактором, определяющим эксплуатационные параметры дисплея, отклоняющая система и видеоусилитель также играют важную роль. Поэтому не следует думать, что при использовании одного и того же типа матрицы изготовители получают мониторы с одинаковыми параметрами. Изготовители различных моделей говорят о больших преимуществах именно своей технологии, но тот факт, что на рынке предлагается несколько моделей и, кроме того, многие производители мониторов выпускают модели с различными типами матриц, показывает, что однозначного выбора не бывает. Предпочтения определяются только вкусами пользователя и его задачами.

 

2.1 ЭЛТ-мониторы с трёхточечной теневой маской

 

Наиболее старая и широко используемая технология с так называемой теневой маской использует перфорированную металлическую пластину, помещаемую перед люминофором. Она маскирует три отдельных луча, каждый из которых управляется собственной электронной пушкой. Маскирование обеспечивает необходимую концентрацию каждого луча и обеспечивает его попадание только на нужный цветовой участок люминофора. Однако практика показывает, что ни один из мониторов не обеспечивает идеального выполнения этой задачи по всей поверхности экрана. Ранние ЭЛТ-дисплеи с теневой маской имели выраженную криволинейную (сферическую) поверхность. Это позволяло добиваться лучшей фокусировки и уменьшало нежелательные эффекты и отклонения, вызываемые нагревом. В настоящее время большинство профессиональных и специализированных мониторов имеет практически плоский прямоугольный экран (типа FST). Мониторы с теневой маской имеют свои преимущества: 

-текст выглядит лучше (особенно при малом размере точек); 

-цвета «натуральнее» и точнее (что особенно важно для компьютерной графики и в полиграфии); 

-отлаженная технология обеспечивает лучшее соотношение стоимости и эксплуатационных качеств. 

Из недостатков можно отметить меньшую яркость таких мониторов, недостаточную контрастность изображения и более короткий срок службы, по сравнению с другими типами дисплеев.

 

2.2 ЭЛТ-мониторы с щелевой апертурной решёткой

 

Новую технологию изготовления CRT-дисплеев ‒ с апертурной решеткой вместо традиционной точечной маски ‒ впервые предложила фирма Sony, выпустив мониторы с трубкой Trinitron. В электронных пушках этих трубок используются динамические квадрупольные магнитные линзы, позволяющие формировать очень тонкий и точно направленный пучок электронов. Благодаря такому решению значительно снижается астигматизм ‒ рассеивание электронного пучка, приводящее к недостаточной резкости и контрастности изображения (особенно по горизонтали). Но главное отличие от технологии с теневой маской здесь состоит в том, что вместо металлической пластины с круглыми отверстиями, выполняющей функции маски, здесь используется вертикальная проволочная сетка (апертурная решетка) и люминофор наносится не в виде точек, а в виде вертикальных полос. Мониторы с апертурной решеткой имеют следующие преимущества: 

-в тонкой сетке меньше металла, что позволяет использовать больше энергии электронов на реакцию с люминофором, а значит, меньше рассеивается на решетке и уходит в тепло; 

-увеличенная площадь покрытия люминофором позволяет повысить яркость излучения при той же интенсивности пучка электронов; 

-в связи со значительным общим повышением яркости можно использовать более темное стекло и получать на экране более контрастное изображение; 

-экран монитора с апертурной решеткой более плоский, чем у дисплеев с теневой маской, а в последних моделях даже не цилиндрический, как раньше, а почти абсолютно ровный, что гораздо удобнее в работе и уменьшает количество бликов и отражений. 

Из недостатков можно отметить только «неприятные» горизонтальные нити ограничители, используемые в таких мониторах для придания проволочной сетке дополнительной жесткости. Хотя проволочки в апертурной решетке туго натянуты, в процессе работы они могут вибрировать под воздействием пучков электронов. Демпферная нить (а в экранах больших размеров ‒ две нити) служит для ослабления колебаний и гашения вибрации. По этим нитям мониторы с трубкой Trinitron можно отличить от других моделей. Кроме того, если в процессе работы такого монитора его слегка качнуть, колебания изображения будут видны даже невооруженным глазом. Именно поэтому мониторы с этими трубками не рекомендуется ставить на системные блоки типа desktop. Остается добавить, что в электронно-лучевых трубках SonyTrinitron используется система трех пучков электронов, излучаемых одной пушкой, а в трубках с подобной апертурной решеткой компании Mitsubishi ‒ Diamondtron -система из трех лучей с тремя пушками. 

 

 

 

2.3 ЭЛТ-мониторы с гнездовой маской

 

Последний, комбинированный тип электронно-лучевой трубки, так называемый CromaClear/OptiClear (впервые предложенный фирмой NEC) ‒ это вариант теневой маски, в которой используются не круглые отверстия, а щели, как в апертурной решетке, только короткие ‒ «пунктиром», и люминофор наносится в виде таких же эллиптических полосок, а полученные таким образом гнезда для большей равномерности расположены в «шахматном» порядке. Такая гибридная технология позволяет сочетать все преимущества вышеописанных типов при отсутствии их недостатков. Четкий и ясный текст, натуральные, но достаточно яркие цвета и высокая контрастность изображения неизменно привлекают к этим мониторам все группы пользователей.

 

3 Классификация электронно-лучевых трубок

 

 

По способу отклонения электронного луча все ЭЛТ делятся на две группы: с электромагнитным отклонением (индикаторные ЭЛТ и кинескопы) и с электростатическим отклонением (осциллографические ЭЛТ и очень небольшая часть индикаторных ЭЛТ).

По способности сохранять записанное изображение ЭЛТ делят на трубки без памяти, и трубки с памятью (индикаторные и осциллографические), в конструкции которых предусмотрены специальные элементы (узлы) памяти, с помощью которых единожды записанное изображение может многократно воспроизводиться.

По цвету свечения экрана ЭЛТ подразделяются на монохромные и многоцветные. Монохромные могут иметь разный цвет свечения: белый, зелёный, синий, красный и другие. Многоцветные подразделяются по принципу действия на двухцветные и трёхцветные. Двухцветные ‒ индикаторные ЭЛТ, цвет свечения экрана которых меняется или за счет переключения высокого напряжения, или за счет изменения плотности тока электронного луча. Трёхцветные (по основным цветам) ‒ цветные кинескопы, многоцветность свечения экрана которых обеспечивается специальными конструкциями электронно-оптической системы, цветоделительной маски и экрана.

Осциллографические ЭЛТ подразделяют на трубки низкочастотного и СВЧ диапазонов. В конструкциях последних применена достаточно сложная система отклонения электронного луча.

Кинескопы подразделяют на телевизионные, мониторные и проекционные (применяются в видеопроекторах). Мониторные кинескопы имеют меньший шаг маски, чем телевизионные, а проекционные кинескопы имеют повышенную яркость свечения экрана. Они являются монохромными и имеют красный, зелёный и синий цвет свечения экрана.

 

4  Устройство электростатической электронно-лучевой трубки