Телевидение. Электронно-лучевая трубка

Этот вид электронно-лучевой трубки с системой фокусировки и отклонения электронного луча при помощи электрического поля, который нашёл наиболее широкое применение в различных устройствах для осциллографирования быстро протекающих процессов.

Устройство этого прибора изображено на рис.1.

Баллон трубки имеет цилиндрическую форму с расширением в виде конуса. На внутреннюю поверхность основания расширенной части 10 нанесён люминесцирующий экран – слой вещества, способного давать свечение под ударами быстро летящих электронов. Внутри трубки расположены электроды, имеющие выводы на штырьки цоколя.

 

Рисунок 1 ‒ Устройство электронно-лучевой трубки (а), условное обозначение (б): 1 – нить накала; 2 – катод; 3 – модулятор; 4 – ускоряющий электрод; 5, 6 – первый и второй аноды; 7, 8 – отклоняющие пластины; 9 – экранирующее покрытие; 10 – экран; 11 – стеклянная колба

 

Катод 2 предназначен для создания эмиссии электронов; выполняется в виде цилиндра, внутри которого располагается подогреватель в виде нити накала 1. На донышко катода наносится оксидный слой – смесь окислов щелочных металлов, который снижает работу выхода электрона из металла и улучшает, таким образом, эмиссионную способность катода. Вокруг катода располагается управляющий электрод, называемый модулятором 3, цилиндрической формы с отверстием в донышке. Этот электрод служит для управления плотностью электронного потока и для его предварительной фокусировки. На модулятор подаётся небольшое отрицательное напряжение относительно катода.

Следующие электроды 5 и 6 также цилиндрической формы называются анодами. В простейшем случае их только два. На второй анод 6 подаётся очень высокое напряжение относительно катода 1, а на первом аноде 5 напряжение несколько меньше. Внутри анодов обычно устанавливают перегородки с отверстиями, называемые диафрагмами.

Под действием высокого напряжения, подаваемого на аноды 5 и 6, возникает сильное электрическое поле. При включении подогрева катода 2 он нагревается и начинает эмитировать электроны. Под действием сильного электрического поля электроны начинают разгоняться, причём, поскольку на их пути стоит модулятор 3 с отрицательным потенциалом относительно катода, то они испытывают с его стороны отталкивающее, тормозящее действие. Поэтому электроны преодолевают модулятор по самому центру его отверстия, собираясь в узкий пучок. Если увеличивать отрицательный потенциал модулятора, то всё меньшее количество электронов будет проходить через его отверстие, а при некотором значении этого потенциала электронный поток вообще прекратится, так как все электроны будут отталкиваться модулятором назад к катоду. Если электроны преодолели модулятор, то затем они будут ускоренно двигаться по направлению к анодам, но поскольку напряжение на втором аноде 6 значительно выше, чем на первом, от электроны пролетают первый анод насквозь, причём, пролетая сквозь диафрагмы с отверстиями, электроны подвергаются действию электрических полей этих диафрагм, которые играют роль электронных линз, обеспечивающих окончательную фокусировку электронного луча. Скорость электронов возрастает настолько, что они пролетают насквозь и второй анод и продолжают движение к люминесцирующему экрану 10.

Рассмотренное устройство, состоящее из катода, модулятора и анодов, называется электронной пушкой. Далее на пути следования электронного луча устанавливают две пары металлических отклоняющих пластин, вертикальных 7 и горизонтальных 8. Разность потенциалов, подаваемая на две пластины, заставляет электронный луч отклоняться в сторону положительной пластины.

Таким образом, две пары отклоняющих пластин позволяют управлять электронным лучом в горизонтальной и вертикальной плоскости. Попадая на экран, поток быстролетящих электронов вызывает свечение люминофора, и на экране будет видно светящееся пятно, которое можно перемещать в любую точку экрана и изменять интенсивность его свечения.

Электроны, попадая на экран, передают ему свой заряд, и в результате создаётся электрическое поле, тормозящее движение электронов. Яркость свечения станет уменьшаться и может вообще прекратиться попадание электронов на экран. Поэтому необходимо отводить отрицательный заряд с экрана. Для этого служит экранирующее покрытие 9. Это слой графита, который наносится на внутреннюю поверхность баллона и соединяется со вторым анодом 6. Электроны, попадая на экран с большой скоростью, выбивают с его поверхности вторичные электроны, которые тут же направляются к проводящему слою. Поэтому потенциал на экране и на проводящем слое примерно одинаковый. Цепи питания электронно-лучевой трубки показаны на рис.2

 

 

Рисунок 2 ‒ Схема подачи напряжения на электронно-лучевую трубку

Постоянные напряжения на электроды подаются от двух источников с напряжениями Е1 и Е2 Источник Е1 должен быть высоковольтным, а Е2 – низковольтным. Питание электронной пушки осуществляется через делитель напряжения R1 ‒ R2 ‒ R3 ‒ R4. Потенциометр R1 является регулятором яркости. С его помощью изменяется отрицательный потенциал модулятора.

Для фокусировки электронного луча служит потенциометр R3. Следует отметить, что системе питания электронно-лучевой трубки обычно заземляется положительный электрод высоковольтного источника E1, а на катоде и особенно на модуляторе, следовательно, будет большой отрицательный потенциал. Поэтому при работе с электроннолучевой трубкой следует соблюдать осторожность и не допускать соприкосновения с этими электродами во избежание поражения электрическим током.

Питание отклоняющей системы осуществляется от источника E2 через делитель напряжения R9 ‒ R10 и потенциометры R5 и R6, при помощи которых устанавливают среднее положение луча. Если теперь на горизонтальные отклоняющие пластины подавать с какой-либо частотой пилообразное напряжение (линейно возрастающее напряжение), то тогда луч будет совершать в горизонтальном направлении возвратно-поступательные движения, называемые развёрткой. Если же теперь подать на вертикально отклоняющие пластины какой-то исследуемый электрический сигнал, то на экране электронно-лучевой трубки можно будет наблюдать графическое изображение этого сигнала во времени.

Этот принцип широко используется в осциллографах для визуального наблюдения исследуемых сигналов. Подбирая частоту напряжения развёртки равной или кратной частоте исследуемого сигнала, можно получить на экране неподвижную во времени картину его изменения. Этот процесс называется синхронизацией.

В принципе, на экране электронно-лучевой трубки, можно непосредственно наблюдать магнитные характеристики какого-либо материала (рис.3). В цепь первичной обмотки трансформатора T включено сопротивление R0. При протекании первичного тока на этом сопротивлении возникает падение напряжения, пропорциональное намагничивающей силе H:

 

 

 

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора U2

 

ЭДС вторичной обмотки:

 

 

 

 

 

Рисунок 3 ‒ Измерение при помощи осциллографа магнитных характеристик материалов

 

Если напряжение подать на горизонтально отклоняющие пластины, а напряжение подать на вертикально отклоняющие пластины, то на экране луч будет изменяться в координатах B=(H), то есть на экране можно будет наблюдать намагничивание сердечника трансформатора.

Аналогичным образом можно непосредственно на экране электронно-лучевой трубки получить вольтамперные характеристики различных полупроводниковых приборов, если на горизонтальный вход подавать сигнал пропорциональный току прибора, а на вертикальный вход – пропорциональный напряжению на приборе.

Рассмотренная конструкция электронно-лучевой трубки не является единственной. Существует большое количество различных вариантов её построения, подключения, использования. Кроме рассмотренной системы фокусировки и отклонения луча широкое распространение получили магнитные системы, когда на движущиеся электроны воздействуют магнитным полем. При этом возникает сила Лоренца

 

 

где q– заряд электрона; V– вектор скорости электрона; B– вектор магнитной индукции.

Изменяя величину этой силы можно изменять степень влияния на движущийся электронный пучок.

 

5 Запоминающая  электронно-лучевая трубка (трубка  Уильямса)

 

 

Запоминающая электронно-лучевая трубка (также известная как трубка Уильямса, трубка Вильямса или трубка Уильямса ‒ Килберна ‒ запоминающее устройство на основе электронно-лучевой трубки. Запоминающие трубки использовались в качествепамяти на некоторых ранних компьютерах.

 

5.1 Принцип работы трубка  Уильямса

 

При попадании электронного луча на точку p на люминофорном экране ЭЛТ, происходит вторичная эмиссия, и участок люминофора в точке p обретает положительный заряд. Если луч отключается сразу, то благодаря электрическому сопротивлению люминофорного слоя, точка положительного заряда некоторое время (долю секунды) держится на экране. Однако если луч не отключается, а отклоняется в сторону от p, рисуя «тире» на экране трубки, то электроны, испущенные в процессе вторичной эмиссии под лучом, поглощаются люминофором в точке p, и точка p обретает нейтральный заряд. Таким образом, выделив на экране некое количество точек p1…pN, можно записать N битов информации (точка без заряда означает 1, точка с положительным зарядом ‒ 0).

Для считывания информации, к внешней стороне экрана прикрепляется пластина с электродами. На точку p снова направляется электронный луч. Происходит вторичная эмиссия электронов и точка обретает положительный заряд независимо от того, какой заряд она имела до этого. Электрод на внешней стороне экрана позволяет измерить величину изменения заряда точки, то есть определить её изначальный заряд, и следовательно, значение данного бита. Процесс считывания уничтожает информацию, которая хранится в точке, следовательно, после считывания каждого бита необходимо повторно записать значение бита на люминофор.

Люминофор быстро теряет заряд, поэтому необходимо регулярно считывать и перезаписывать записанную информацию (аналогично процессу регенерации в современной памяти DRAM).

 

6 Принцип работы  электронно-лучевой трубки

 

 

 

Рисунок 4 ‒ Устройство электронно-лучевой трубки

 

Компьютерная программа иллюстрирует принцип работы электронно-лучевой трубки. Демонстрируется общая схема устройства ЭЛТ, наглядно показаны элементы управления ЭЛТ, процессы получения электронного пучка и его отклонения управляющими элементами

В баллоне ЭЛТ создан глубокий вакуум. Для создания электронного луча применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод, нагреваемый нитью накала, испускает электроны. Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом. Далее луч проходит через отклоняющую систему, 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. Электронный луч попадает в экран, покрытый люминофором. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

Модель может быть использована в режиме ручного переключения кадров и в режиме автоматической демонстрации.

 

Заключение

 

 

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) – общее название ряда электронно-лучевых приборов для преобразования электрических сигналов, например в видимые изображения (осциллографические, индикаторные электронно-лучевые трубки, кинескопы и др.), оптических изображений в электрические сигналы (телевизионные передающие трубки).

Магнитные системы получили наиболее широкое применение в электронно-лучевых трубках телевизионных приёмников (кинескопах), а также в индикаторных электронно-лучевых трубках радиолокационных станций.

Любая электроника (в том числе ЭЛТ) содержит вещества, вредные для здоровья и окружающей среды. В числе их: соединения бария в катодах, люминофоры.

Использованные ЭЛТ в большинстве стран считаются опасным мусором и подлежат вторичной переработке или захоронению на отдельных полигонах.

Поскольку внутри ЭЛТ вакуум, за счёт давления воздуха на один только экран 17-дюймового монитора приходится нагрузка около 800 кг ‒ вес микролитражного легкового автомобиля. 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 1960-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.

 

Список использованных источников

 

 

1 Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения.-М.:Горячая линия –Телеком,2001.- 224с.

2 Мамчев Г.В. Основы цифрового телевидения/ Сиб. гос. Ун-т телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2003. – 248с.

3   http://medialaw.asia/old/book/export/html/3116