Hogyan működik a katódsugárcső? Hogyan működik a TV.

Annyira szereted a tévét, mint én nem?

A tévé általában undorító dolog. Sokkal hasznosabb, mint órákat a „kék képernyő” előtt ülni, egészséges életmódot folytatni: lassan, egy csésze kávé mellett – a számítógép előtt...

Mindazonáltal azok a dolgok, amelyeket ebben a cikksorozatban elmondok, nagyon hasznosak lehetnek gyakorlati tevékenységünkben.

Tehát most kitaláljuk, hogyan továbbítják a videojelet. Megfontoljuk a fájdalmasan natív SECAM rendszert, mivel hazánkban (nevezetesen az Orosz Föderációban) ezt a televíziós rendszert hivatalosan is elfogadták. Azonban – az első dolog.

Hogyan működik egy tévé?

A TV a nap 24 órájában, a hét 7 napján működik. Ez világos.
Képernyője - 1 darab és hangszórója - 1-től a végtelenségig van, az egység "trükkjétől" függően. Van antennája és távirányítója is. De minket most már csak a képernyő érdekel. És lefordítva a háziasszonyok nyelvéről a bölcs macskák nyelvére - képcső(katódsugárcső - CRT).

Tökéletesen megértem, hogy a mi plazma és folyadékkristály korunkban a katódsugár-kineszkóp valakinek az ókor emlékének tűnik. A TV működési elvének megértéséhez azonban a legegyszerűbb a CRT-vel foglalkozni.

Katódsugárcső

Mi az. És mi a helyzet az elektronokkal? És mi a helyzet a sugarakkal?

A helyzet az, hogy a képernyőn lévő képet elektronsugár segítségével rajzolják meg. Az elektronsugár nagyon hasonlít a fénysugárhoz. De a fénysugár fotonokból áll, az elektronsugár pedig elektronokból, és nem látjuk. Egy csomó elektron rohanva rohan egyenes vonalban A pontból B pontba. Így jön létre a "nyaláb".

A B pont az anód. Közvetlenül a képernyő hátulján található. Ezenkívül a képernyőt (a hátoldalon) egy speciális anyaggal - foszforral - kenik be. Amikor egy elektron nyaktörő sebességgel ütközik egy foszforral, az utóbbi látható fényt bocsát ki. Minél gyorsabban repült az elektron az ütközés előtt, annál világosabb lesz a fény. Vagyis a foszfor az elektronsugár "fényét" emberi szem számára látható fénnyé alakítja.

A B pont foglalkozik. Mi az "A" pont? A az " elektronágyú"A név szörnyű. De nincs benne semmi szörnyű. Nem az a célja, hogy brutálisan lőjön le idegeneket a Marsról. De még mindig tudja, hogyan kell" lőni "- egy elektronsugárral a képernyőre.

Hogy van mindez elrendezve?

Általában a katódsugárcső egy ilyen nagyméretű elektronikus lámpa. Hogyan? Tudod mi az a lámpa? RENDBEN…

Elektronikus lámpák- ezek ugyanazok az erősítő elemek, mint azok a tranzisztorok, amelyeket mindannyian szeretünk. De a lámpák sokkal korábban jelentek meg, mint szilícium "kollégáik", még a múlt század első felében.

Lámpa- Ez egy üvegtartály, amelyből levegőt pumpálnak ki.
A legegyszerűbb lámpában 4 kivezetés van: egy katód, egy anód és két izzószálas kivezetés. Az izzószál a katód melegítéséhez szükséges. És fel kell melegíteni a katódot, hogy elektronok szálljanak ki belőle. És akkor az elektronoknak repülniük kell, hogy a lámpán keresztül elektromos áram keletkezzen. Ehhez általában az izzószálra feszültséget kapcsolnak - 6,3 vagy 12,6 V (a lámpa típusától függően)

Ezenkívül az elektronok repüléséhez nagy feszültségre van szükség a katód és az anód között. Ez az elektródák közötti távolságtól és a lámpa teljesítményétől függ. A hagyományos rádiócsövekben ez a feszültség több száz volt, a katód és az anód közötti távolság az ilyen lámpákban nem haladja meg a néhány millimétert.
Egy kineszkópban az elektronágyúban található katód és a képernyő közötti távolság több tíz centimétert is meghaladhat. Ennek megfelelően ott sokkal nagyobb feszültségre van szükség - 15…30 kV.

Az ilyen brutális feszültségeket egy speciális lépcsős transzformátor hozza létre. Vízszintes transzformátornak is nevezik, mert vízszintes frekvencián működik. De erről majd később.

Amikor egy elektron eléri a képernyőt, a látható fény mellett más sugárzások is „kiütődnek”. Különösen radioaktív. Éppen ezért nem ajánlott a képernyőtől 1 ... 2 méternél közelebb TV-t nézni.

Szóval megkaptuk a gerendát. És olyan gyönyörűen világít, pontosan a képernyő közepén. De szükségünk van rá, hogy vonalakat "húzzunk" a képernyőn. Ez azt jelenti, hogy el kell térnie a középponttól. És ez segít... elektromágnesek. Az a tény, hogy az elektronsugár, ellentétben a fénysugárral, nagyon érzékeny a mágneses térre. Ezért CRT-ben használják.

Két pár eltérítő tekercset kell tennie. Az egyik pár vízszintesen, a másik függőlegesen elhajlik. Ügyesen kezelve a sugarat bárhol körbevezetheti a képernyőn.

És bárhol?

Itt kezdjük történetünket a pontok és horgok vonalairól...

Mese vonalakról, pontokról és horgokról

A TV képernyőjén megjelenő kép annak eredményeként jön létre, hogy a sugár balról jobbra haladva felülről lefelé halad a képernyőn nyaktörő sebességgel. A kép szekvenciális rajzolásának ezt a módszerét " letapogatás".

Mivel a pásztázás nagyon gyors - a szem számára az összes pont vonalakká egyesül, a vonalak pedig egyetlen képkockába.

A PAL és SECAM rendszerekben a sugárnak van ideje egy másodperc alatt 50-szer átfutni a teljes képernyőn.
Az amerikai NTSC rendszerben - még többször - akár 60-szor! Általánosságban elmondható, hogy a PAL és SECAM rendszerek csak a színvisszaadásban különböznek egymástól. Minden más, amijük van, ugyanaz.

A kép annak köszönhető, hogy a "futás" során a sugár a vett videojelnek megfelelően változtatja a fényerejét. Hogyan szabályozható a fényerő?

És nagyon egyszerű! Az a tény, hogy a figyelembe vett elektródák mellett - anódés katód-, a lámpákban van egy harmadik elektróda is - háló. Háló a vezérlő elektróda. Viszonylag alacsony feszültség rákapcsolásával a lámpán átfolyó áram szabályozható. Más szóval, szabályozható a katódról az anódra "repülő" elektronok áramlásának intenzitása.

A CRT-ben egy rácsot használnak a sugár fényerejének megváltoztatására.

A rácsra negatív feszültséget kapcsolva (a katódhoz viszonyítva) lehet gyengíteni a nyalábban az elektronáramlás intenzitását, vagy akár lezárni az elektronok "útját". Erre például akkor lehet szükség, ha egy sugarat az egyik sor végéről a másik elejére mozgat.

Most beszéljünk részletesebben a söprés elveiről.
Először is érdemes megjegyezni néhány egyszerű számot és kifejezést:

Raszter- ez egy "vonal", amelyet a sugár rajzol a képernyőre.
Terület- ezek mind a vonalak, amelyeket a sugár egy függőleges menetben húzott.
Keret- Ez a videósorozat elemi egysége. Minden keret két mezőből áll - páros és páratlan.

Ezt érdemes elmagyarázni: a kép a TV-képernyőn másodpercenként 50 mezővel gördül ki. A televíziós szabvány azonban 25 képkocka/másodperc. Ezért az átvitel során egy képkocka két mezőre van osztva - páros és páratlan. A páros mező csak a keret páros sorait tartalmazza (2,4,6,8…), a páratlan mező csak a páratlanokat tartalmazza. A képernyőn látható kép is a vonalon keresztül "húzódik". Az ilyen söprést "átlapolás".

Még mindig előfordul" progresszív szkennelés"- amikor a teljes keretet egyetlen függőleges sugárlöketben kihelyezik. Számítógép-monitorokban használják.

Szóval most száraz számok. Minden megadott szám PAL és SECAM rendszerekre érvényes.

Mezők száma másodpercenként - 50
Sorok száma képkockánként - 625
Hatékony sorok száma képkockánként - 576
Hatékony pontok száma soronként - 720

És ezek a számok a fentiekből származnak:

Sorok száma a mezőben - 312,5
Vízszintes frekvencia - 15625 Hz
Egy vonal időtartama - 64 µs (a fordított sugárral együtt)

Talán nincs is olyan ember, aki életében ne találkozott volna olyan eszközökkel, amelyek kialakításában katódsugárcső (vagy CRT) szerepel. Most az ilyen megoldásokat aktívan felváltják a modernebb, folyadékkristályos képernyőkön (LCD) alapuló társai. Vannak azonban olyan területek, ahol a katódsugárcső még mindig nélkülözhetetlen. Például az LCD-k nem használhatók nagy pontosságú oszcilloszkópokban. Egy dolog azonban világos: az információs megjelenítő eszközök fejlődése végül a CRT teljes elhagyásához vezet. Ez idő kérdése.

Megjelenés története

A felfedezőnek J. Plücker tekinthető, aki 1859-ben a fémek különféle külső hatások alatti viselkedését tanulmányozva felfedezte az elemi részecskék - elektronok - sugárzásának (emissziójának) jelenségét. A keletkezett részecskenyalábokat katódsugaraknak nevezzük. Arra is felhívta a figyelmet, hogy bizonyos anyagok (foszfor) látható fénye jelenik meg, amikor elektronsugarak érik őket. A modern katódsugárcső ennek a két felfedezésnek köszönhetően képes képet alkotni.

20 év elteltével kísérletileg megállapították, hogy a kibocsátott elektronok mozgási iránya külső mágneses tér hatására szabályozható. Ez könnyen megmagyarázható, ha emlékezünk arra, hogy a mozgó negatív töltéshordozókat mágneses és elektromos mezők jellemzik.

1895-ben K. F. Brown továbbfejlesztette a csőben lévő vezérlőrendszert, és ezzel nemcsak a mezőn keresztül sikerült megváltoztatnia a részecskeáramlás irányvektorát, hanem egy speciális, forgatható tükörrel is, ami teljesen új távlatokat nyitott a találmány alkalmazására. . 1903-ban Wenelt katód-elektródát helyezett el henger formájában a cső belsejében, amely lehetővé tette a kisugárzott fluxus intenzitásának szabályozását.

1905-ben Einstein megfogalmazta a fotoelektromos hatás kiszámításának egyenleteit, és 6 év után bemutattak egy működőképes eszközt a képek távolságokra történő továbbítására. A fénysugarat vezérelték, és a kondenzátor felelt a fényerőért.

Az első katódsugárcsöves modellek piacra dobásakor az iparág még nem állt készen a nagy átlójú képernyők létrehozására, ezért kompromisszumként a nagyító lencséket alkalmazták.

Katódsugárcső eszköz

Azóta a készüléket továbbfejlesztették, de a változások evolúciós jellegűek, hiszen semmi alapvetően új nem került a munka menetébe.

Az üvegtest egy csővel kezdődik, amelynek kúp alakú meghosszabbítása képernyőt képez. A színes képalkotó eszközökben a belső felületet bizonyos osztásközzel háromféle foszfor borítja, amelyek elektronsugárral érve adják ragyogó színüket. Ennek megfelelően három katód (fegyver) van. A defókuszált elektronok kiszűrése és a kívánt nyaláb pontos elérése érdekében a katódrendszer és a foszforréteg közé acélrácsot - maszkot - helyeznek el. Összehasonlítható egy sablonnal, ami levág mindent, ami felesleges.

Az elektronemisszió a fűtött katódok felületéről kezdődik. A cső kúpos részéhez kapcsolódó anód (elektróda, pozitív töltésű) felé rohannak. Ezután a gerendákat egy speciális tekercs fókuszálja, és belép az eltérítő rendszer mezőjébe. A rácson áthaladva a képernyő kívánt pontjaira esnek, ami ragyogássá válik.

Informatika

A CRT monitorokat széles körben használják számítógépes rendszerekben. A tervezés egyszerűsége, a nagy megbízhatóság, a pontos színvisszaadás és a késleltetések (az LCD-n a mátrix válasz ezredmásodperces) hiánya a fő előnyük. Az utóbbi években azonban, ahogy már említettük, a katódsugárcsövet a gazdaságosabb és ergonomikusabb LCD monitorok váltják fel.

A tanulónak tudnia kell : az oszcilloszkóp blokkvázlata; az oszcilloszkóp fő blokkjainak kijelölése; a katódsugárcső berendezése és működési elve; a sweep generátor működési elve (fűrészfog feszültség), egymásra merőleges oszcillációk összeadása.

A tanulónak tudnia kell : empirikusan határozza meg az osztás árát vízszintesen és függőlegesen, mérje meg az állandó feszültség nagyságát, a váltakozó feszültség periódusát, frekvenciáját és amplitúdóját.

Rövid elmélet Az oszcilloszkóp szerkezete

Az elektronikus oszcilloszkóp egy univerzális eszköz, amely lehetővé teszi a gyors elektromos folyamatok (akár 10-12 s) megfigyelését. Oszcilloszkóp segítségével feszültséget, áramot, időintervallumokat mérhet, meghatározhatja a váltakozó áram fázisát és frekvenciáját.

Mert potenciális eltérések keletkeznek az élő szervezetek idegeinek és izomzatának működésében, akkor az elektronikus oszcilloszkópot, vagy annak módosításait széles körben alkalmazzák a különböző szervek, a szív, az idegrendszer, a szem, a gyomor stb. munkájának biológiai és orvosi vizsgálataiban.

Speciális primer jelátalakítók alkalmazása esetén a készülék nem elektromos mennyiségek megfigyelésére és mérésére használható.

Az oszcilloszkópban nincsenek mozgó mechanikai alkatrészek (lásd 1. ábra), hanem az elektronsugár elektromos vagy mágneses térben való eltérítése. Egy keskeny elektronnyaláb, amely egy speciális vegyülettel bevont képernyőhöz ütközik, ezen a ponton világít. Az elektronsugár mozgatásakor a képernyőn lévő világító pont mozgásával követhető.

Az elektronsugár „követi” a vizsgált elektromos tér változását, lépést tart vele, mert az elektronsugár gyakorlatilag inerciamentes.

Rizs. 1. ábra. 2.

A katódsugárcső felépítése Katód és modulátor

Ez az elektronikus oszcilloszkóp nagy előnye a többi rögzítő műszerhez képest.

Egy modern elektronikus oszcilloszkóp a következő fő összetevőkkel rendelkezik: katódsugárcső (CRT), sweep generátor, erősítők és tápegység.

A katódsugárcső berendezése és működése

Fontolja meg egy katódsugárcső kialakítását elektrosztatikus fókuszálással és az elektronsugár elektrosztatikus szabályozásával.

ábrán sematikusan ábrázolt CRT. Az 1. ábra egy speciális alakú üveglombik, amelyben nagy vákuumot hoznak létre (10-7 Hgmm nagyságrendű). A lombik belsejében elektródák vannak, amelyek elektronágyúként működnek, és keskeny elektronnyalábot állítanak elő; sugárterelő lemezek és foszforréteggel bevont szita.

Az elektronágyú egy 1 katódból, egy 2 vezérlő (moduláló) elektródából, egy további 3 árnyékoló elektródából, valamint az első és második 4, 5 anódból áll.

A fűtött katód 1 kisméretű nikkelhengerből készül, melyben egy izzószál található, az elülső részén oxidréteg van, alacsony elektronmunka funkcióval az elektronok kinyerésére (2. ábra).

A katód a vezérlőelektróda vagy modulátor belsejében található, amely egy fém csésze, amelynek végén egy lyuk van, amelyen keresztül az elektronok áthaladhatnak. A vezérlőelektróda negatív potenciállal rendelkezik a katódhoz képest, és ennek a potenciálnak az értékének megváltoztatásával szabályozható a lyukon áthaladó elektronok áramlásának intenzitása, és ezáltal a képernyő fényereje. Ugyanakkor a katód és a modulátor közötti elektromos tér fókuszálja az elektronnyalábot (2. ábra).

A 3 árnyékoló elektróda potenciálja valamivel nagyobb, mint a katódpotenciál, és az elektronok kilépésének megkönnyítésére szolgál, hogy kizárja a 2 vezérlőelektród és az első 4 anód elektromos mezőinek kölcsönhatását.

Az elektronok további fókuszálása és gyorsulása az első és a második anód közötti elektromos tér által történik, amelyek elektronikus lencsét alkotnak. Ezek az anódok hengerek formájában készülnek, amelyekben membránok vannak. Az első anód 4 a katódhoz képest több száz voltos, a második 5 ezer voltos nagyságrendű pozitív potenciállal van ellátva. Az ezen anódok közötti elektromos térerősség vonalakat a 3. ábra mutatja.

Katódsugárcső(CRT) - a CRT-ben kialakított elektronsugár tengelye irányában megnyúlt (gyakran kúpos kiterjesztésű) cső alakú elektronikus eszköz. A CRT egy elektron-optikai rendszerből, egy eltérítő rendszerből és egy fluoreszcens képernyőből vagy céltárgyból áll. TV-javítás Butovóban, kérjük, forduljon hozzánk segítségért.

CRT besorolás

A CRT-k osztályozása rendkívül nehézkes, szélsőségük miatt

a tudományban és a technológiában való széleskörű alkalmazásról és a terv módosításának lehetőségéről egy konkrét műszaki ötlet megvalósításához szükséges műszaki paraméterek elérése érdekében.

A katódsugárcsöves elektronsugaras vezérlési módszertől való függőségek a következőkre oszthatók:

elektrosztatikus (elektrosztatikus sugárelterelő rendszerrel);

elektromágneses (elektromágneses nyalábelterelő rendszerrel).

A CRT céljától függően a következőkre oszthatók:

elektrongrafikus csövek (vevő, televízió, oszcilloszkóp, indikátor, televíziós jelek, kódolás stb.)

optikai-elektronikai átalakító csövek (átvivő televíziócsövek, elektron-optikai átalakítók stb.)

katódsugár kapcsolók (kommutátorok);

más CRT-k.

Elektronikus grafikus CRT

Elektronikus grafikus CRT - katódsugárcsövek csoportja, amelyet a technológia különböző területein használnak elektromos jelek optikaivá alakítására (jel-fény átalakítás).

Az elektronikus grafikus CRT-k a következőkre oszthatók:

Az alkalmazástól függően:

televíziós vétel (kineszkópok, ultra-nagy felbontású CRT speciális televíziós rendszerekhez stb.)

vevő oszcilloszkóp (alacsony frekvenciájú, nagyfrekvenciás, szupermagas frekvenciás, impulzusos nagyfeszültségű stb.)

vételjelző;

emlékezés;

jelvények;

kódolás;

más CRT-k.

Az elektrosztatikus nyalábelterelő rendszerrel ellátott CRT felépítése és működése

A katódsugárcső egy katódból (1), egy anódból (2), egy szintezőhengerből (3), egy képernyőből (4), sík (5) és magasság (6) állítóból áll.

A foto- vagy termikus emisszió hatására az elektronok kiütődnek a katódfémből (vékony vezetőspirál). Mivel az anód és a katód között több kilovoltos feszültség (potenciálkülönbség) marad fenn, ezek az elektronok egy hengerhez igazodva az anód (üreges henger) irányába mozognak. Az anódon átrepülve az elektronok a síkszabályozókhoz jutnak. Mindegyik szabályozó két fémlemez, egymással ellentétes töltéssel. Ha a bal oldali lemez negatív, a jobb oldali pedig pozitívan töltődik, akkor a rajtuk áthaladó elektronok jobbra térnek el, és fordítva. A magasságszabályzók ugyanúgy működnek. Ha ezekre a lemezekre váltakozó áramot alkalmazunk, akkor az elektronok áramlását mind vízszintes, mind függőleges síkban szabályozhatjuk. Útja végén az elektronáram eléri a képernyőt, ahol képeket okozhat.

A katódsugárcső képernyőjére fényporokat visznek fel apró pontok formájában, és ezeket a pontokat hármasban gyűjtik össze; minden hármasban vagy hármasban van egy piros, egy kék és egy zöld pont. Az ábrán több ilyen hármast is bemutattam. Összesen körülbelül 500 000 triád van a cső képernyőjén. A TV-n látható kép mind világító pontokból áll. Ahol a kép részletei világosabbak, ott több elektron éri a pontokat, és fényesebben világítanak. Ennek megfelelően kevesebb elektron esik a kép sötét helyeire. Ha egy színes képen fehér részlet található, akkor minden hármasban mindhárom pont ugyanolyan fényerővel világít ezen a részleten belül mindenhol. Ellenkező esetben, ha egy színes képen van egy piros részlet, akkor minden hármasban csak a piros pontok világítanak végig ezen a részleten, míg a zöld és kék pontok egyáltalán nem világítanak.

Érted, mit jelent színes képet létrehozni a tévéképernyőn? Ez egyrészt arra való, hogy az elektronokat a megfelelő helyekre kényszerítsük, vagyis azokhoz a foszforpontokhoz, amelyeknek világítaniuk kell, és ne essenek más helyekre, vagyis azokra a pontokra, amelyeknek nem kellene világítaniuk. Másodszor, az elektronoknak a megfelelő helyen kell eltalálniuk a megfelelő időben. Hiszen a képernyőn folyamatosan változik a kép, és ahol valamikor például egy élénk narancssárga folt volt, ott egy pillanat múlva mondjuk sötétlilának kell megjelennie. Végül, harmadszor, a megfelelő mennyiségű elektronnak a megfelelő helyre és a megfelelő időben kell eljutnia. Több - ahol a ragyogásnak világosabbnak kell lennie, és kevesebb - ahol a ragyogás sötétebb.

Mivel csaknem másfél millió fényporos pont található a képernyőn, a feladat első pillantásra rendkívül nehéznek tűnik. Valójában semmi bonyolult. Először is, egy katódsugárcsőben nem egy, hanem három különálló fűtött katód van. Pontosan ugyanaz, mint a hagyományos vákuumcsőben. Mindegyik katód elektronokat bocsát ki, és elektronfelhő jön létre körülötte. Minden katód közelében van egy rács és egy anód. A rácson keresztül az anódhoz jutó elektronok száma a rács feszültségétől függ. Eddig minden úgy történik, mint egy hagyományos háromelektródás lámpában - egy triódában.

Mi a különbség? Az anód itt nem tömör, hanem egy lyukkal a közepén. Ezért a katódról az anódra mozgó elektronok többsége nem marad el az anódon - kerek sugár formájában repülnek ki a lyukon keresztül kifelé. A katódból, egy rácsból és egy anódból álló kialakítást elektronágyúnak nevezik. A pisztoly mintegy elektronsugarat lő ki, és a sugárban lévő elektronok száma a rács feszültségétől függ.

Célzó elektronágyúk úgy, hogy az első ágyúból kibocsátott sugár mindig csak a triádok piros pontjait éri, a második fegyver sugara csak a zöld pontokat, a harmadik ágyú sugara pedig csak a kék pontokat. Így a színes képalkotás három feladatából az egyik megoldódik. A szükséges feszültségek rácsatolásával mindhárom fegyver rácsára beállítható a szükséges piros, zöld és kék fény intenzitása, ami azt jelenti, hogy ezek biztosítják az egyes képrészletek kívánt színezését.