Cum funcționează un tub catodic? Cum funcționează televizorul.

Îți place televizorul la fel de mult ca mine?

Televizorul este în general un lucru dezgustător. Decât să stai ore în șir în fața „ecranului albastru”, este mult mai util să duci un stil de viață sănătos: încet, cu o ceașcă de cafea - la computer...

Cu toate acestea, lucrurile pe care le voi spune în această serie de articole pot fi destul de utile în activitățile noastre practice.

Deci, acum ne vom da seama cum este transmis semnalul video. Vom lua în considerare sistemul SECAM dureros de nativ, deoarece în țara noastră (și anume, Federația Rusă) acest sistem de televiziune a fost adoptat oficial. Cu toate acestea, primul lucru.

Cum funcționează un televizor?

Televizorul este pornit 24 de ore pe zi, 7 zile pe săptămână. Acest lucru este clar.
Are un ecran - 1 bucată și un difuzor - de la 1 la infinit, în funcție de „trucurile” unității. Are, de asemenea, o antenă și o telecomandă. Dar acum ne interesează doar ecranul. Și traducerea din limba gospodinelor în limba pisicilor înțelepte - cinescop(tub catodic - CRT).

Înțeleg perfect că în epoca noastră a plasmei și a cristalelor lichide, kinescopul cu fascicul catodic pare cuiva o relicvă a antichității. Cu toate acestea, pentru a înțelege principiul de funcționare al televizorului, cea mai ușoară modalitate este de a trata CRT.

Tub catodic

Ce este. Și cum rămâne cu electronii? Și cum rămâne cu razele?

Faptul este că imaginea de pe ecran este desenată folosind un fascicul de electroni. Un fascicul de electroni este foarte asemănător cu un fascicul de lumină. Dar un fascicul de lumină este format din fotoni, iar un fascicul de electroni este format din electroni și nu îl putem vedea. O grămadă de electroni se năpustesc cu o viteză vertiginoasă în linie dreaptă de la punctul A la punctul B. Așa se formează un „fascicul”.

Punctul B este anodul. Este chiar pe spatele ecranului. De asemenea, ecranul (pe verso) este uns cu o substanță specială - un fosfor. Când un electron se ciocnește cu o viteză vertiginoasă cu un fosfor, acesta din urmă emite lumină vizibilă. Cu cât electronul a zburat mai repede înainte de coliziune, cu atât lumina va fi mai strălucitoare. Adică, un fosfor este un convertor al „luminii” fasciculului de electroni în lumină vizibilă pentru ochiul uman.

Punctul B este tratat. Ce este punctul "A"? A este " tun cu electroni„Numele este îngrozitor. Dar nu este nimic îngrozitor în el. Nu este destinat să împuște cu brutalitate extratereștrii de pe Marte. Dar încă știe să „împuște” – cu un fascicul de electroni la ecran.

Cum este aranjat totul?

În general, un CRT este o lampă electronică atât de mare. Cum? Știi ce este o lampă? BINE…

Lămpi electronice- acestea sunt aceleași elemente de amplificare ca și tranzistoarele pe care le iubim cu toții. Dar lămpile au apărut mult mai devreme decât „colegii” lor din siliciu, în prima jumătate a secolului trecut.

Lampă- Acesta este un recipient de sticlă din care este pompat aer.
În cea mai simplă lampă, există 4 terminale: un catod, un anod și două terminale cu filament. Filamentul este necesar pentru a încălzi catodul. Și trebuie să încălziți catodul pentru ca electronii să zboare din el. Și electronii trebuie să zboare atunci, astfel încât prin lampă să apară un curent electric. Pentru a face acest lucru, filamentului i se aplică de obicei o tensiune - 6,3 sau 12,6 V (în funcție de tipul de lampă)

În plus, pentru ca electronii să zboare, este nevoie de o tensiune înaltă între catod și anod. Depinde de distanța dintre electrozi și de puterea lămpii. În tuburile radio convenționale, această tensiune este de câteva sute de volți; distanța de la catod la anod în astfel de lămpi nu depășește câțiva milimetri.
Într-un kinescop, distanța de la catodul situat în tunul cu electroni până la ecran poate depăși câteva zeci de centimetri. În consecință, este nevoie de mult mai multă tensiune acolo - 15…30 kV.

Astfel de tensiuni brutale sunt create de un transformator special. Se mai numește și transformator orizontal deoarece funcționează la frecvență orizontală. Dar mai multe despre asta mai târziu.

Când un electron lovește un ecran, pe lângă lumina vizibilă, și alte radiații sunt „eliminate”. În special radioactiv. De aceea, nu este recomandat să te uiți la televizor la mai puțin de 1 ... 2 metri de ecran.

Deci, am primit fasciculul. Și strălucește atât de frumos exact în centrul ecranului. Dar avem nevoie de el pentru a „desena” linii pe ecran. Adică trebuie să-l faci să devieze de la centru. Și asta te va ajuta... electromagneți. Faptul este că un fascicul de electroni, spre deosebire de un fascicul de lumină, este foarte sensibil la un câmp magnetic. Prin urmare, este utilizat în CRT.

Trebuie să puneți două perechi de bobine de deviere. O pereche se va devia pe orizontală, cealaltă pe verticală. Gestionându-le cu pricepere, puteți conduce fasciculul în jurul ecranului oriunde.

Și oriunde?

Aici începem povestea despre liniile de puncte și cârlige...

O poveste despre linii, puncte și cârlige

Imaginea de pe ecranul televizorului se formează ca urmare a faptului că fasciculul trage de la stânga la dreapta de sus în jos pe ecran cu o viteză vertiginoasă. Această metodă de desen secvenţial a imaginii se numeşte " scanează".

Deoarece scanarea este foarte rapidă - pentru ochi toate punctele se îmbină în linii, iar liniile într-un singur cadru.

În sistemele PAL și SECAM, fasciculul are timp să traverseze întregul ecran de 50 de ori într-o secundă.
În sistemul american NTSC - chiar mai mult - de 60 de ori! În general, sistemele PAL și SECAM diferă doar prin reproducerea culorilor. Tot ce au ei este la fel.

Imaginea se formează datorită faptului că în timpul „rulării”, fasciculul își schimbă luminozitatea în funcție de semnalul video primit. Cum se controlează luminozitatea?

Și foarte simplu! Faptul este că, pe lângă electrozii considerați - anodși catod, în lămpi există și un al treilea electrod - net. Net este electrodul de control. Prin aplicarea unei tensiuni relativ scăzute la rețea, curentul care curge prin lampă poate fi controlat. Cu alte cuvinte, este posibil să se controleze intensitatea fluxului de electroni care „zboară” de la catod la anod.

Într-un CRT, o grilă este folosită pentru a modifica luminozitatea fasciculului.

Prin aplicarea unei tensiuni negative la grilă (față de catod), este posibil să slăbiți intensitatea fluxului de electroni în fascicul sau chiar să închideți „drumul” pentru electroni. Acest lucru poate fi necesar, de exemplu, atunci când mutați un fascicul de la sfârșitul unei linii la începutul alteia.

Acum să vorbim mai detaliat despre principiile măturii.
Pentru început, merită să ne amintim câteva numere și termeni simpli:

Raster- aceasta este o „linie” pe care raza o desenează pe ecran.
Camp- acestea sunt toate liniile pe care raza le-a trasat într-o singură trecere verticală.
Cadru- Aceasta este unitatea elementară a secvenței video. Fiecare cadru este format din două câmpuri - par și impar.

Acest lucru merită explicat: imaginea de pe ecranul televizorului se derulează cu o rată de 50 de câmpuri pe secundă. Cu toate acestea, standardul de televiziune este de 25 de cadre pe secundă. Prin urmare, un cadru în timpul transmisiei este împărțit în două câmpuri - par și impar. Câmpul par conține doar liniile pare ale cadrului (2,4,6,8...), câmpul impar le conține doar pe cele impare. Imaginea de pe ecran este, de asemenea, „desenată” prin linie. O astfel de măturare se numește „împletire".

Se mai intampla" scanare progresivă„- când întregul cadru este desfășurat într-o singură cursă verticală a fasciculului. Este folosit la monitoarele computerelor.

Deci, acum numere uscate. Toate numerele date sunt valabile pentru sistemele PAL și SECAM.

Numărul de câmpuri pe secundă - 50
Număr de linii pe cadru - 625
Numărul de linii efective pe cadru - 576
Numărul de puncte efective pe linie - 720

Și aceste numere sunt derivate din cele de mai sus:

Număr de linii în câmp - 312,5
Frecvența orizontală - 15625 Hz
Durata unei linii - 64 µs (împreună cu fasciculul invers)

Poate că nu există o astfel de persoană care să nu fi întâlnit dispozitive în viața sa, al căror design include un tub catodic (sau CRT). Acum, astfel de soluții sunt înlocuite în mod activ de omologii lor mai moderni bazați pe ecrane cu cristale lichide (LCD). Cu toate acestea, există o serie de domenii în care tubul cu raze catodice este încă indispensabil. De exemplu, LCD-urile nu pot fi utilizate în osciloscoapele de înaltă precizie. Cu toate acestea, un lucru este clar - progresul dispozitivelor de afișare a informațiilor va duce în cele din urmă la abandonarea completă a CRT. Este o chestiune de timp.

Istoria apariției

Descoperitorul poate fi considerat J. Plücker, care în 1859, studiind comportamentul metalelor sub diferite influențe externe, a descoperit fenomenul radiației (emisiei) particulelor elementare - electroni. Fasciculele de particule generate se numesc raze catodice. De asemenea, a atras atenția asupra apariției unei străluciri vizibile a anumitor substanțe (fosfor) atunci când fasciculele de electroni le lovesc. Tubul catodic modern este capabil să creeze o imagine datorită acestor două descoperiri.

După 20 de ani, s-a stabilit experimental că direcția de mișcare a electronilor emiși poate fi controlată prin acțiunea unui câmp magnetic extern. Acest lucru este ușor de explicat dacă ne amintim că purtătorii de sarcină negativă în mișcare sunt caracterizați de câmpuri magnetice și electrice.

În 1895, K. F. Brown a îmbunătățit sistemul de control în tub și, prin urmare, a reușit să schimbe vectorul de direcție al fluxului de particule nu numai pe câmp, ci și printr-o oglindă specială capabilă să se rotească, ceea ce a deschis perspective complet noi pentru utilizarea invenției. . În 1903, Wenelt a plasat un electrod catod sub formă de cilindru în interiorul tubului, ceea ce a făcut posibilă controlul intensității fluxului radiat.

În 1905, Einstein a formulat ecuațiile pentru calcularea efectului fotoelectric și după 6 ani a fost demonstrat un dispozitiv de lucru pentru transmiterea imaginilor la distanțe. Fasciculul era controlat, iar condensatorul era responsabil pentru valoarea luminozității.

Când au fost lansate primele modele CRT, industria nu era pregătită să creeze ecrane cu o diagonală mare, așa că lentilele de mărire au fost folosite ca compromis.

Dispozitiv cu tub cu raze catodice

De atunci, dispozitivul a fost îmbunătățit, dar modificările sunt de natură evolutivă, deoarece nu s-a adăugat nimic fundamental nou la cursul muncii.

Corpul de sticlă începe cu un tub cu o extensie în formă de con care formează un ecran. În dispozitivele de imagine color, suprafața interioară cu un anumit pas este acoperită cu trei tipuri de fosfor, care își dau culoarea strălucitoare atunci când sunt lovite de un fascicul de electroni. În consecință, există trei catozi (tunuri). Pentru a filtra electronii defocalizati și pentru a vă asigura că fasciculul dorit atinge punctul dorit de pe ecran cu precizie, un grătar de oțel - o mască - este plasat între sistemul catodic și stratul de fosfor. Poate fi comparat cu un șablon care taie tot ce este de prisos.

Emisia de electroni începe de la suprafața catozilor încălziți. Ele se repezi spre anodul (electrod, cu sarcină pozitivă) conectat la partea conică a tubului. În continuare, fasciculele sunt focalizate printr-o bobină specială și intră în câmpul sistemului de deflectare. Trecând prin zăbrele, ele cad în punctele dorite ale ecranului, provocând transformarea lor într-o strălucire.

Inginerie calculator

Monitoarele CRT sunt utilizate pe scară largă în sistemele informatice. Simplitatea designului, fiabilitatea ridicată, reproducerea corectă a culorilor și absența întârzierilor (acele milisecunde de răspuns matricei într-un LCD) sunt principalele lor avantaje. Cu toate acestea, în ultimii ani, așa cum am menționat deja, CRT-ul este înlocuit cu monitoare LCD mai economice și mai ergonomice.

Elevul trebuie să știe : schema bloc a osciloscopului; numirea blocurilor principale ale osciloscopului; dispozitivul și principiul de funcționare al unui tub catodic; principiul de funcționare a generatorului de măturare (tensiune dinți de ferăstrău), adăugarea de oscilații reciproc perpendiculare.

Elevul trebuie să fie capabil : determinați empiric prețul de divizare pe orizontală și pe verticală, măsurați mărimea tensiunii constante, perioada, frecvența și amplitudinea tensiunii alternative.

Scurtă teorie Structura osciloscopului

Un osciloscop electronic este un dispozitiv universal care vă permite să monitorizați procesele electrice rapide (până la 10 -12 s). Folosind un osciloscop, puteți măsura tensiunea, curentul, intervalele de timp, puteți determina faza și frecvența curentului alternativ.

pentru că diferențe potențiale apar în funcționarea nervilor și mușchilor organismelor vii, apoi un osciloscop electronic sau modificările acestuia sunt utilizate pe scară largă în studiile biologice și medicale ale activității diferitelor organe, inimii, sistemului nervos, ochilor, stomacului etc.

Dispozitivul poate fi utilizat pentru a observa și măsura mărimi neelectrice dacă se folosesc traductoare primare speciale.

Nu există părți mecanice în mișcare într-un osciloscop (vezi Fig. 1), ci mai degrabă deviația fasciculului de electroni în câmpuri electrice sau magnetice. Un fascicul îngust de electroni, lovind un ecran acoperit cu un compus special, îl face să strălucească în acel punct. Când mutați fasciculul de electroni, îl puteți urmări prin mișcarea punctului luminos de pe ecran.

Fasciculul de electroni „urmărește” modificarea câmpului electric studiat, ținând pasul cu aceasta, deoarece fasciculul de electroni este practic lipsit de inerție.

Orez. 1. Fig. 2.

Structura unui tub catodic Catod și modulator

Acesta este un mare avantaj al unui osciloscop electronic în comparație cu alte instrumente de înregistrare.

Un osciloscop electronic modern are următoarele componente principale: un tub catodic (CRT), un generator de baleiaj, amplificatoare și o sursă de alimentare.

Dispozitivul și funcționarea tubului catodic

Luați în considerare proiectarea unui tub catodic cu focalizare electrostatică și control electrostatic al fasciculului de electroni.

CRT, reprezentat schematic în fig. 1 este un balon de sticlă de formă specială, în care se creează un vid înalt (de ordinul a 10 -7 mmHg). În interiorul balonului sunt electrozi care acționează ca un tun de electroni pentru a produce un fascicul îngust de electroni; plăci de deviere a fasciculului și un ecran acoperit cu un strat de fosfor.

Tunul de electroni constă dintr-un catod 1, un electrod de control (modulator) 2, un electrod de ecranare suplimentar 3 și primul și al doilea anod 4, 5.

Catodul încălzit 1 este realizat sub forma unui cilindru mic de nichel, în interiorul căruia se află un filament, are un strat de oxid pe partea frontală cu o funcție de lucru scăzută a electronilor pentru obținerea de electroni (Fig. 2).

Catodul este situat în interiorul electrodului de control sau al modulatorului, care este o cupă de metal cu un orificiu în capăt prin care pot trece electronii. Electrodul de control are un potențial negativ în raport cu catodul și, prin modificarea valorii acestui potențial, este posibil să se controleze intensitatea fluxului de electroni care trec prin orificiul său și, prin urmare, să se modifice luminozitatea ecranului. În același timp, câmpul electric dintre catod și modulator focalizează fasciculul de electroni (Fig. 2).

Electrodul de ecranare 3 are un potențial puțin mai mare decât potențialul catodului și servește la facilitarea ieșirii electronilor, pentru a exclude interacțiunea câmpurilor electrice ale electrodului de control 2 și primului anod 4.

Focalizarea și accelerarea suplimentară a electronilor au loc printr-un câmp electric între primul și al doilea anod, care formează o lentilă electronică. Acești anozi sunt realizați sub formă de cilindri cu diafragme în interior. Pe primul anod 4 este alimentat cu un potențial pozitiv față de catodul de ordinul sutelor de volți, pe al doilea 5 de ordinul a mii de volți. Liniile de intensitate a câmpului electric dintre acești anozi sunt prezentate în Fig.3.

Tub catodic(CRT) - un dispozitiv electronic sub formă de tub, alungit (adesea cu o prelungire conică) în direcția axei fasciculului de electroni, care se formează în CRT. Un CRT constă dintr-un sistem electron-optic, un sistem de deviere și un ecran sau țintă fluorescent. Reparație TV în Butovo, vă rugăm să ne contactați pentru ajutor.

Clasificare CRT

Clasificarea CRT-urilor este extrem de dificilă, din cauza extremei lor

despre aplicarea largă în știință și tehnologie și posibilitatea modificării designului în vederea obținerii parametrilor tehnici care sunt necesari implementării unei idei tehnice specifice.

Dependențele de metoda de control al fasciculului de electroni CRT sunt împărțite în:

electrostatic (cu un sistem de deviere a fasciculului electrostatic);

electromagnetic (cu sistem de deviere a fasciculului electromagnetic).

În funcție de scopul CRT sunt împărțite în:

tuburi electro-grafice (recepție, televiziune, osciloscop, indicator, semne de televiziune, codare etc.)

tuburi de conversie optic-electronice (tuburi de televiziune de transmisie, convertoare electron-optice etc.)

Comutatoare cu fascicul catodic (comutatoare);

alte CRT-uri.

CRT grafic electronic

CRT grafic electronic - un grup de tuburi catodice utilizate în diverse domenii ale tehnologiei pentru a converti semnalele electrice în cele optice (conversie semnal-în-lumină).

CRT-urile grafice electronice sunt subdivizate:

În funcție de aplicație:

recepția televiziunii (kinescoape, CRT cu rezoluție ultra-înaltă pentru sisteme speciale de televiziune etc.)

osciloscop de recepție (de joasă frecvență, de înaltă frecvență, de superînaltă frecvență, puls de înaltă tensiune etc.)

indicator de recepție;

amintirea;

insigne;

codificare;

alte CRT-uri.

Structura și funcționarea unui CRT cu un sistem de deviere a fasciculului electrostatic

Tubul cu raze catodice este format dintr-un catod (1), un anod (2), un cilindru de nivelare (3), un ecran (4), reglatori plan (5) și înălțime (6).

Sub acțiunea foto sau a emisiei termice, electronii sunt scoși din metalul catodului (spirala conductor subțire). Întrucât între anod și catod se menține o tensiune (diferență de potențial) de câțiva kilovolți, acești electroni, aliniându-se cu un cilindru, se deplasează în direcția anodului (cilindru gol). Zburând prin anod, electronii ajung la regulatoarele plane. Fiecare regulator este format din două plăci metalice, încărcate opus. Dacă placa din stânga este încărcată negativ și placa dreaptă pozitiv, atunci electronii care trec prin ele se vor abate spre dreapta și invers. Comenzile de înălțime funcționează în același mod. Dacă pe aceste plăci se aplică un curent alternativ, atunci va fi posibil să se controleze fluxul de electroni atât în ​​plan orizontal, cât și în plan vertical. La sfârșitul traseului său, fluxul de electroni lovește ecranul, unde poate provoca imagini.

Fosforii sunt aplicați pe ecranul unui tub catodic sub formă de puncte minuscule, iar aceste puncte sunt colectate în trei; în fiecare triplă, sau triadă, există un punct roșu, unul albastru și unul verde. În figură, ți-am arătat mai multe astfel de triade. În total, sunt aproximativ 500.000 de triade pe ecranul tubului. Imaginea pe care o vedeți la televizor este formată din puncte luminoase. Acolo unde detaliile imaginii sunt mai ușoare, mai mulți electroni lovesc punctele și strălucesc mai puternic. În mod corespunzător, mai puțini electroni cad pe locurile întunecate ale imaginii. Dacă există un detaliu alb într-o imagine color, atunci toate cele trei puncte din fiecare triadă strălucesc cu aceeași luminozitate peste tot în acest detaliu. În schimb, dacă există un detaliu roșu într-o imagine color, atunci numai punctele roșii ale fiecărei triade strălucesc în acest detaliu, în timp ce punctele verzi și albastre nu strălucesc deloc.

Înțelegi ce înseamnă să creezi o imagine color pe ecranul televizorului? Aceasta înseamnă, în primul rând, să forțezi electronii să ajungă în locurile potrivite, adică la acele puncte de fosfor care ar trebui să strălucească, și să nu cadă în alte locuri, adică la acele puncte care nu ar trebui să strălucească. În al doilea rând, electronii trebuie să lovească locurile potrivite la momentul potrivit. La urma urmei, imaginea de pe ecran se schimbă constant și unde la un moment dat, de exemplu, a existat o pată portocalie strălucitoare, după un moment, să zicem, ar trebui să apară violet închis. În cele din urmă, în al treilea rând, cantitatea potrivită de electroni ar trebui să ajungă la locul potrivit și la momentul potrivit. Mai mult - acolo unde strălucirea ar trebui să fie mai strălucitoare și mai puțin - unde strălucirea este mai întunecată.

Deoarece aproape un milion și jumătate de puncte de fosfor sunt plasate pe ecran, sarcina la prima vedere pare a fi extrem de dificilă. De fapt, nimic complicat. În primul rând, într-un tub catodic nu există unul, ci trei catozi încălziți separați. Exact la fel ca într-un tub cu vid convențional. Fiecare catod emite electroni și se creează un nor de electroni în jurul lui. Lângă fiecare catod sunt o grilă și un anod. Numărul de electroni care trec prin rețea către anod depinde de tensiunea rețelei. Până acum, totul se întâmplă, ca într-o lampă convențională cu trei electrozi - o triodă.

Care este diferența? Anodul de aici nu este solid, ci cu o gaură în centru. Prin urmare, majoritatea electronilor care se deplasează de la catod la anod nu rămân pe anod - ei zboară prin gaură sub forma unui fascicul rotund. Designul, constând dintr-un catod, o grilă și un anod, se numește: un tun cu electroni. Pistolul, așa cum spune, trage un fascicul de electroni, iar numărul de electroni din fascicul depinde de tensiunea de pe rețea.

Țintind tunurile cu electroni astfel încât fasciculul emis de primul pistol lovește întotdeauna doar punctele roșii ale triadelor, fasciculul de la al doilea pistol lovește doar punctele verzi, iar fasciculul de la al treilea tun lovește doar punctele albastre. Astfel, una dintre cele trei sarcini de formare a unei imagini color este rezolvată. Prin aplicarea tensiunilor necesare pe grilele fiecaruia dintre cele trei tunuri se stabilesc intensitatile necesare de lumina rosie, verde si albastra, ceea ce inseamna ca acestea asigura colorarea dorita a fiecarui detaliu al imaginii.