Как работи електронно-лъчева тръба? Как работи телевизията.

Обичаш ли телевизия толкова, колкото аз не?

Телевизията като цяло е отвратително нещо. От това да седите с часове пред "синия екран", много по-полезно е да водите здравословен начин на живот: бавно, с чаша кафе - пред компютъра ...

Независимо от това, нещата, които ще разкажа в тази поредица от статии, може да са доста полезни в нашите практически дейности.

И така, сега ще разберем как се предава видеосигналът. Ще разгледаме болезнено родната система SECAM, тъй като в нашата страна (а именно Руската федерация) тази телевизионна система е официално приета. Все пак – първо на първо място.

Как работи един телевизор?

Телевизорът е включен 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата. Това е ясно.
Има екран - 1 брой и високоговорител - от 1 до безкрайност в зависимост от "триковете" на уреда. Има и антена и дистанционно. Но сега се интересуваме само от екрана. И превеждайки от езика на домакините на езика на мъдрите котки - кинескоп(електронно-лъчева тръба - CRT).

Разбирам отлично, че в нашата епоха на плазма и течни кристали катодно-лъчевият кинескоп изглежда на някого като реликва от древността. Въпреки това, за да разберете принципа на работа на телевизора, най-лесният начин е да се справите с CRT.

Електроннолъчева тръба

Какво е. А какво ще кажете за електроните? А какво ще кажете за лъчите?

Факт е, че картината на екрана е нарисувана с помощта на електронен лъч. Електронният лъч е много подобен на светлинния лъч. Но светлинният лъч се състои от фотони, а електронният лъч се състои от електрони и ние не можем да го видим. Куп електрони се втурват с главоломна скорост по права линия от точка А до точка Б. Така се образува "лъч".

Точка Б е анодът. Намира се точно на гърба на екрана. Също така екранът (от обратната страна) се намазва със специално вещество - фосфор. Когато електрон се сблъска с главоломна скорост с фосфор, последният излъчва видима светлина. Колкото по-бързо е летял електронът преди сблъсъка, толкова по-ярка ще бъде светлината. Тоест, фосфорът е преобразувател на "светлината" на електронния лъч в светлина, видима за човешкото око.

Точка Б се разглежда. Какво е точка "А"? А е " електронно оръжие"Името е ужасно. Но в него няма нищо ужасно. Не е предназначено да стреля брутално извънземни от Марс. Но все пак знае как да" стреля "- с електронен лъч към екрана.

Как е подредено всичко?

Като цяло CRT е толкова голяма електронна лампа. Как? Знаете ли какво е лампа? ДОБРЕ…

Електронни лампи- това са същите усилващи елементи като транзисторите, които всички обичаме. Но лампите се появяват много по-рано от техните силициеви "колеги", още през първата половина на миналия век.

лампа- Това е стъклен съд, от който се изпомпва въздух.
В най-простата лампа има 4 извода: катод, анод и два извода с нажежаема жичка. Нажежаемата жичка е необходима за нагряване на катода. И трябва да загреете катода, за да излитат електрони от него. И тогава електроните трябва да летят, така че през лампата да възникне електрически ток. За да направите това, обикновено се прилага напрежение към нажежаемата жичка - 6,3 или 12,6 V (в зависимост от вида на лампата)

Освен това, за да летят електроните, е необходимо високо напрежение между катода и анода. Зависи от разстоянието между електродите и от мощността на лампата. В конвенционалните радиолампи това напрежение е няколкостотин волта; разстоянието от катода до анода в такива лампи не надвишава няколко милиметра.
В кинескоп разстоянието от катода, разположен в електронния пистолет, до екрана може да надвишава няколко десетки сантиметра. Съответно там е необходимо много повече напрежение - 15…30 kV.

Такива брутални напрежения се създават от специален усилващ трансформатор. Нарича се още хоризонтален трансформатор, защото работи на хоризонтална честота. Но повече за това по-късно.

Когато електрон удари екрана, освен видимата светлина, други лъчения също се „избиват“. Особено радиоактивни. Ето защо не се препоръчва да гледате телевизия на по-близо от 1 ... 2 метра от екрана.

И така, получихме гредата. И свети толкова красиво точно в центъра на екрана. Но ние имаме нужда от него, за да "чертаем" линии на екрана. Тоест, трябва да го накарате да се отклони от центъра. И това ще ви помогне ... електромагнити. Факт е, че електронният лъч, за разлика от светлинния лъч, е много чувствителен към магнитно поле. Следователно, той се използва в CRT.

Трябва да поставите два чифта отклоняващи намотки. Едната двойка ще се отклони хоризонтално, другата - вертикално. Умело ги управлявайки, можете да задвижвате лъча около екрана навсякъде.

И някъде?

Тук започваме нашата история за линиите от точки и куки...

Приказка за линии, точки и куки

Картината на телевизионния екран се формира в резултат на факта, че лъчът дърпа отляво надясно отгоре надолу през екрана с главоломна скорост. Този метод за последователно рисуване на изображението се нарича " сканиране".

Тъй като сканирането е много бързо - за окото всички точки се сливат в линии, а линиите в един кадър.

В системите PAL и SECAM лъчът има време да премине през целия екран 50 пъти за една секунда.
В американската NTSC система - дори повече - цели 60 пъти! Най-общо казано, системите PAL и SECAM се различават само по възпроизвеждане на цветовете. Всичко друго, което имат, е същото.

Картината се формира поради факта, че по време на "бягане" лъчът променя своята яркост в съответствие с получения видео сигнал. Как се контролира яркостта?

И много просто! Факт е, че в допълнение към разглежданите електроди - аноди катод, в лампите има и трети електрод - нето. Нете контролният електрод. Чрез прилагане на относително ниско напрежение към мрежата, токът, протичащ през лампата, може да бъде контролиран. С други думи, възможно е да се контролира интензивността на потока от електрони, "летящи" от катода към анода.

В CRT мрежата се използва за промяна на яркостта на лъча.

Чрез прилагане на отрицателно напрежение към мрежата (спрямо катода) е възможно да се отслаби интензитетът на потока на електроните в лъча или дори да се затвори „пътя“ за електрони. Това може да е необходимо например при преместване на лъч от края на една линия в началото на друга.

Сега нека поговорим по-подробно за принципите на почистване.
Като начало си струва да запомните няколко прости числа и термини:

растер- това е една "линия", която лъчът чертае на екрана.
Поле- това са всички линии, които лъчът нарисува с едно вертикално преминаване.
Кадър- Това е елементарната единица на видео последователността. Всеки кадър се състои от две полета - четно и нечетно.

Това си струва да се обясни: изображението на телевизионния екран се развива със скорост от 50 полета в секунда. Въпреки това, телевизионният стандарт е 25 кадъра в секунда. Следователно един кадър по време на предаване се разделя на две полета - четно и нечетно. Четното поле съдържа само четните линии на рамката (2,4,6,8...), нечетното поле съдържа само нечетните. Изображението на екрана също се „начертава” през линията. Такова почистване се нарича "преплитане".

Все още се случва" прогресивно сканиране"- когато цялата рамка е разгърната в един вертикален ход на лъча. Използва се в компютърни монитори.

И така, сега сухи числа. Всички посочени номера са валидни за системите PAL и SECAM.

Брой полета в секунда - 50
Брой линии на кадър - 625
Брой ефективни линии на кадър - 576
Брой ефективни точки на ред - 720

И тези числа са получени от горното:

Брой редове в полето - 312.5
Хоризонтална честота - 15625 Hz
Продължителност на една линия - 64 µs (заедно с обратния лъч)

Може би няма такъв човек, който не би се сблъсквал с устройства в живота си, чийто дизайн включва електронно-лъчева тръба (или CRT). Сега такива решения активно се заменят от техните по-модерни колеги, базирани на екрани с течни кристали (LCD). Въпреки това, има редица области, в които електронно-лъчева тръба все още е незаменима. Например LCD дисплеите не могат да се използват във високо прецизни осцилоскопи. Едно обаче е ясно – напредъкът на устройствата за показване на информация в крайна сметка ще доведе до пълното изоставяне на CRT. Въпрос на време е.

История на външния вид

Откривателят може да се счита Й. Плюкер, който през 1859 г., изучавайки поведението на металите при различни външни влияния, открива феномена на излъчване (излъчване) на елементарни частици – електрони. Генерираните лъчи от частици се наричат ​​катодни лъчи. Той също така обърна внимание на появата на видимо сияние на определени вещества (люминофор), когато електронни лъчи ги ударят. Съвременната електронно-лъчева тръба е в състояние да създаде изображение благодарение на тези две открития.

След 20 години експериментално е установено, че посоката на движение на излъчените електрони може да се контролира от действието на външно магнитно поле. Това е лесно да се обясни, ако си спомним, че движещите се носители на отрицателен заряд се характеризират с магнитни и електрически полета.

През 1895 г. К. Ф. Браун подобрява системата за управление в тръбата и по този начин успява да промени вектора на посоката на потока на частиците не само чрез полето, но и чрез специално огледало, способно да се върти, което отваря напълно нови перспективи за използване на изобретението . През 1903 г. Wenelt поставя катод-електрод под формата на цилиндър вътре в тръбата, което дава възможност да се контролира интензитетът на излъчения поток.

През 1905 г. Айнщайн формулира уравненията за изчисляване на фотоелектричния ефект и след 6 години е демонстрирано работещо устройство за предаване на изображения на разстояния. Лъчът беше контролиран и кондензаторът беше отговорен за стойността на яркостта.

Когато бяха пуснати първите CRT модели, индустрията не беше готова да създава екрани с голям диагонал, така че увеличителните лещи бяха използвани като компромис.

Устройство с електронно-лъчева тръба

Оттогава устройството е подобрено, но промените имат еволюционен характер, тъй като нищо принципно ново не е добавено към хода на работа.

Стъкленото тяло започва с тръба с конусообразно разширение, образуващо екран. При устройствата за цветно изображение вътрешната повърхност с определена стъпка е покрита с три вида люминофор, които придават цвета на сиянието си при удар от електронен лъч. Съответно има три катода (пушки). За да се филтрират разфокусираните електрони и да се гарантира, че желаният лъч удря точно желаната точка на екрана, между катодната система и фосфорния слой се поставя стоманена решетка - маска. Може да се сравни с шаблон, който отрязва всичко излишно.

Електронното излъчване започва от повърхността на нагретите катоди. Те се втурват към анода (електрод, с положителен заряд), свързан към конусната част на тръбата. След това лъчите се фокусират от специална намотка и влизат в полето на отклоняващата система. Преминавайки през решетката, те попадат върху желаните точки на екрана, причинявайки превръщането им в сияние.

Компютърно инженерство

CRT мониторите се използват широко в компютърните системи. Простотата на дизайна, високата надеждност, точното възпроизвеждане на цветовете и отсъствието на закъснения (тези милисекунди на реакцията на матрицата в LCD) са основните им предимства. Въпреки това през последните години, както вече споменахме, CRT се заменя с по-икономични и ергономични LCD монитори.

Ученикът трябва да знае : блокова схема на осцилоскопа; назначаване на основните блокове на осцилоскопа; устройство и принцип на действие на електронно-лъчева тръба; принципът на действие на генератора на размах (напрежение на трион), добавянето на взаимно перпендикулярни трептения.

Ученикът трябва да може : определете емпирично цената на разделяне хоризонтално и вертикално, измервайте величината на постоянното напрежение, период, честота и амплитуда на променливото напрежение.

Кратка теория Структура на осцилоскопа

Електронният осцилоскоп е универсално устройство, което ви позволява да наблюдавате бързи електрически процеси (до 10 -12 s). С помощта на осцилоскоп можете да измервате напрежение, ток, времеви интервали, да определяте фазата и честотата на променливия ток.

Защото Възникват потенциални разлики във функциониращите нерви и мускули на живите организми, тогава електронният осцилоскоп или неговите модификации се използва широко в биологичните и медицински изследвания на работата на различни органи, сърцето, нервната система, очите, стомаха и др.

Устройството може да се използва за наблюдение и измерване на неелектрически величини, ако се използват специални първични преобразуватели.

В осцилоскопа няма движещи се механични части (виж фиг. 1), а по-скоро отклонението на електронния лъч в електрически или магнитни полета. Тесен сноп от електрони, удрящ екран, покрит със специално съединение, го кара да свети в тази точка. Когато премествате електронния лъч, можете да го следвате чрез движението на светещата точка на екрана.

Електронният лъч „проследява“ изменението на изучаваното електрическо поле, като го следва, т.к. електронният лъч е практически безинерционен.

Ориз. 1. Фиг. 2.

Структура на електронно-лъчева тръба Катод и модулатор

Това е голямо предимство на електронния осцилоскоп в сравнение с други записващи инструменти.

Съвременният електронен осцилоскоп има следните основни компоненти: електронно-лъчева тръба (CRT), генератор на размах, усилватели и захранване.

Устройството и работата на електронно-лъчева тръба

Помислете за дизайна на електронно-лъчева тръба с електростатично фокусиране и електростатично управление на електронния лъч.

CRT, схематично изобразена на фиг. 1 е стъклена колба със специална форма, в която се създава висок вакуум (от порядъка на 10 -7 mmHg). Вътре в колбата има електроди, които действат като електронен пистолет за производство на тесен сноп от електрони; отклоняващи лъча пластини и екран, покрит със слой от фосфор.

Електронният пистолет се състои от катод 1, контролен (модулиращ) електрод 2, допълнителен екраниращ електрод 3 и първи и втори аноди 4, 5.

Нагретият катод 1 е направен под формата на малък никелов цилиндър, вътре в който има нажежаема жичка, има оксиден слой на предната крайна част с ниска работна работа на електрони за получаване на електрони (фиг. 2).

Катодът е разположен вътре в управляващия електрод или модулатора, който представлява метална чаша с отвор в края, през който могат да преминават електрони. Контролният електрод има отрицателен потенциал спрямо катода и чрез промяна на стойността на този потенциал е възможно да се контролира интензивността на потока от електрони, преминаващи през неговия отвор, и по този начин да се промени яркостта на екрана. В същото време електрическото поле между катода и модулатора фокусира електронния лъч (фиг. 2).

Екраниращият електрод 3 има потенциал, малко по-висок от потенциала на катода и служи за улесняване на излизането на електрони, за да се изключи взаимодействието на електрическите полета на контролния електрод 2 и първия анод 4.

Допълнително фокусиране и ускорение на електроните се осъществява чрез електрическо поле между първия и втория анод, които образуват електронна леща. Тези аноди са направени под формата на цилиндри с диафрагми вътре. На първия анод 4 се захранва с положителен потенциал по отношение на катода от порядъка на стотици волта, на втория 5 от порядъка на хиляда волта. Линиите на силата на електрическото поле между тези аноди са показани на фиг.3.

Електроннолъчева тръба(CRT) - електронно устройство под формата на тръба, удължена (често с конично разширение) по посока на оста на електронния лъч, който се образува в CRT. CRT се състои от електронно-оптична система, отклонителна система и флуоресцентен екран или мишена. Ремонт на телевизори в Бутово, моля свържете се с нас за помощ.

CRT класификация

Класификацията на CRT е изключително трудна, поради тяхната екстремност

за широко приложение в науката и техниката и възможността за модифициране на дизайна с цел получаване на техническите параметри, които са необходими за реализацията на конкретна техническа идея.

Зависимостите от метода за управление на електронен лъч на CRT се разделят на:

електростатичен (с електростатична система за отклонение на лъча);

електромагнитни (със система за отклоняване на електромагнитния лъч).

В зависимост от предназначението CRT се разделят на:

електронно-графични тръби (приемни, телевизионни, осцилоскопи, индикатори, телевизионни знаци, кодиране и др.)

оптично-електронни преобразуващи тръби (предавателни телевизионни тръби, електронно-оптични преобразуватели и др.)

катодни превключватели (комутатори);

други CRT.

Електронна графична CRT

Електронна графична CRT - група от електронно-лъчеви тръби, използвани в различни области на технологиите за преобразуване на електрически сигнали в оптични (преобразуване на сигнал в светлина).

Електронните графични CRT са подразделени:

В зависимост от приложението:

телевизионен прием (кинескопи, CRT със свръхвисока разделителна способност за специални телевизионни системи и др.)

приемащ осцилоскоп (нискочестотен, високочестотен, свръхвисокочестотен, импулсен високоволтов и др.)

индикатор за приемане;

запомняне;

значки;

кодиране;

други CRT.

Структурата и работата на CRT с електростатична система за отклонение на лъча

Електронно-лъчевата тръба се състои от катод (1), анод (2), нивелирен цилиндър (3), екран (4), равнина (5) и регулатори на височина (6).

Под действието на фото или термична емисия електроните се избиват от метала на катода (тънка спирала на проводника). Тъй като напрежението (потенциалната разлика) от няколко киловолта се поддържа между анода и катода, тези електрони, подравнявайки се с цилиндър, се движат в посока на анода (кух цилиндър). Прелитайки през анода, електроните достигат до равнинните регулатори. Всеки регулатор представлява две метални пластини, противоположно заредени. Ако лявата плоча е заредена отрицателно, а дясната положително, тогава преминаващите през тях електрони ще се отклонят надясно и обратно. Регулаторите за височина работят по същия начин. Ако към тези плочи се приложи променлив ток, тогава ще бъде възможно да се контролира потокът от електрони както в хоризонталната, така и във вертикалната равнина. В края на пътя си електронният поток удря екрана, където може да предизвика изображения.

Люминофорите се нанасят върху екрана на електронно-лъчева тръба под формата на малки точки и тези точки се събират по три; във всяка тройка или триада има една червена, една синя и една зелена точка. На фигурата ви показах няколко такива триади. Общо на екрана на тръбата има около 500 000 триади. Картината, която виждате по телевизията, е изцяло съставена от светещи точки. Когато детайлите на изображението са по-светли, повече електрони удрят точките и те светят по-ярко. Съответно по-малко електрони попадат върху тъмните места на изображението. Ако има бял детайл в цветно изображение, тогава и трите точки във всяка триада светят с еднаква яркост навсякъде в този детайл. Обратно, ако има червен детайл в цветно изображение, тогава само червените точки на всяка триада светят в целия този детайл, докато зелените и сините точки изобщо не светят.

Разбирате ли какво означава да създадете цветно изображение на телевизионен екран? Това е, първо, да принуди електроните да стигнат до правилните места, тоест до онези фосфорни точки, които трябва да светят, а не да попаднат на други места, тоест до онези точки, които не трябва да светят. Второ, електроните трябва да ударят правилните места в точното време. В крайна сметка изображението на екрана непрекъснато се променя и там, където в даден момент, например, имаше ярко оранжево петно, след момент трябва да се появи, да речем, тъмно лилаво. И накрая, трето, правилното количество електрони трябва да стигне до правилното място и в точното време. Повече - там, където сиянието трябва да е по-ярко, и по-малко - където сиянието е по-тъмно.

Тъй като на екрана са поставени почти милион и половина фосфорни точки, задачата на пръв поглед изглежда изключително трудна. Всъщност - нищо сложно. На първо място, в електронно-лъчева тръба има не един, а три отделни нагрявани катода. Точно същото като в обикновена вакуумна тръба. Всеки катод излъчва електрони и около него се създава електронен облак. Близо до всеки катод има решетка и анод. Броят на електроните, преминаващи през мрежата към анода, зависи от напрежението на мрежата. Досега всичко се случва, както в обикновена триелектродна лампа - триод.

Каква е разликата? Анодът тук не е плътен, а с дупка в самия център. Следователно повечето от електроните, движещи се от катода към анода, не се задържат върху анода - те излитат през отвора под формата на кръгъл лъч. Конструкцията, състояща се от катод, решетка и анод, се нарича: електронен пистолет. Пистолетът сякаш изстрелва сноп от електрони, а броят на електроните в лъча зависи от напрежението в мрежата.

Насочени електронни оръдия така че лъчът, излъчен от първото оръдие, винаги удря само червените точки на триадите, лъчът от второто оръдие удря само зелените точки, а лъчът от третото оръжие само сините точки. Така се решава една от трите задачи за формиране на цветно изображение. Чрез прилагане на необходимите напрежения към решетките на всеки от трите пистолета се задават необходимите интензитети на червената, зелената и синя светлина, което означава, че те осигуряват желаното оцветяване на всеки детайл от изображението.