Kako deluje katodna cev? Kako deluje TV.

Ali imate radi televizijo tako kot jaz ne?

TV je na splošno odvratna stvar. Kot ure in ure sedeti pred "modrim zaslonom", je veliko bolj koristno voditi zdrav življenjski slog: počasi, s skodelico kave - za računalnikom ...

Kljub temu so stvari, ki jih bom povedal v tej seriji člankov, lahko zelo koristne pri naših praktičnih dejavnostih.

Torej, zdaj bomo ugotovili, kako se video signal prenaša. Upoštevali bomo boleče domači sistem SECAM, saj je bil pri nas (in sicer Ruska federacija) ta televizijski sistem uradno sprejet. Vendar – najprej o vsem.

Kako deluje TV?

Televizor je vklopljen 24 ur na dan, 7 dni v tednu. To je jasno.
Ima zaslon - 1 kos in zvočnik - od 1 do neskončnosti, odvisno od "trikov" enote. Ima tudi anteno in daljinski upravljalnik. Toda zdaj nas zanima samo zaslon. In prevajanje iz jezika gospodinj v jezik modrih mačk - kineskop(katodna cev - CRT).

Dobro razumem, da se v naši dobi plazme in tekočih kristalov katodni kineskop zdi nekomu relikt antike. Vendar pa je za razumevanje načela delovanja televizorja najlažje obravnavati CRT.

Katodna cev

Kaj je to. Kaj pa elektroni? In kaj je z žarki?

Dejstvo je, da je slika na zaslonu narisana z uporabo elektronskega žarka. Elektronski žarek je zelo podoben svetlobnemu žarku. Toda svetlobni žarek je sestavljen iz fotonov, elektronski žarek pa iz elektronov in ga ne vidimo. Kup elektronov z vrtoglavo hitrostjo hiti v ravni črti od točke A do točke B. Tako nastane "žarek".

Točka B je anoda. Na zadnji strani zaslona je. Prav tako je zaslon (na hrbtni strani) zamazan s posebno snovjo - fosforjem. Ko elektron z vrtoglavo hitrostjo trči v fosfor, slednji oddaja vidno svetlobo. Hitreje kot je elektron letel pred trkom, svetlejša bo svetloba. To pomeni, da je fosfor pretvornik "svetlobe" elektronskega žarka v svetlobo, ki je vidna človeškemu očesu.

Točka B je obravnavana. Kaj je točka "A"? A je " elektronsko pištolo"Ime je grozno. Toda v njem ni nič groznega. Ni namenjen brutalno streljanju na tujce z Marsa. Še vedno pa zna" streljati "- z elektronskim žarkom na zaslonu.

Kako je vse urejeno?

Na splošno je CRT tako velika elektronska svetilka. Kako? Ali veste, kaj je svetilka? V REDU…

Elektronske svetilke- to so enaki ojačevalni elementi kot tranzistorji, ki jih imamo vsi radi. Toda svetilke so se pojavile veliko prej kot njihovi silicijevi "kolegi", že v prvi polovici prejšnjega stoletja.

Svetilka- To je steklena posoda, iz katere se črpa zrak.
V najpreprostejši svetilki so 4 terminali: katoda, anoda in dva terminala z žarilno nitko. Filament je potreben za segrevanje katode. In katodo morate segreti, da iz nje odletijo elektroni. In elektroni morajo tedaj leteti, tako da skozi svetilko nastane električni tok. Da bi to naredili, se na žarilno nitko običajno uporablja napetost - 6,3 ali 12,6 V (odvisno od vrste žarnice)

Poleg tega je za letenje elektronov potrebna visoka napetost med katodo in anodo. Odvisno je od razdalje med elektrodama in od moči žarnice. V običajnih radijskih ceveh je ta napetost nekaj sto voltov, razdalja od katode do anode v takšnih žarnicah ne presega nekaj milimetrov.
V kineskopu lahko razdalja od katode, ki se nahaja v elektronski pištoli, do zaslona presega nekaj deset centimetrov. V skladu s tem je tam potrebna veliko več napetosti - 15…30 kV.

Takšne brutalne napetosti ustvarja poseben pospeševalni transformator. Imenuje se tudi horizontalni transformator, ker deluje na vodoravni frekvenci. Toda več o tem kasneje.

Ko elektron zadene zaslon, se poleg vidne svetlobe "izbijejo" tudi druga sevanja. Še posebej radioaktivno. Zato ni priporočljivo gledati televizije bližje od 1 ... 2 metra od zaslona.

Torej, dobili smo žarek. In tako lepo sveti točno na sredini zaslona. Potrebujemo pa ga za "risanje" črt na zaslonu. To pomeni, da morate narediti, da odstopa od središča. In to vam bo pomagalo ... elektromagneti. Dejstvo je, da je elektronski žarek za razliko od svetlobnega žarka zelo občutljiv na magnetno polje. Zato se uporablja v CRT.

Postaviti morate dva para odklonskih tuljav. En par se bo odklonil vodoravno, drugi pa navpično. Če jih spretno upravljate, lahko poganjate žarek po zaslonu kjer koli.

In kje?

Tu začnemo našo zgodbo o linijah pik in kavljev ...

Zgodba o črtah, pikah in kljukah

Slika na TV zaslonu nastane kot posledica dejstva, da žarek vleče od leve proti desni od zgoraj navzdol po zaslonu z vrtoglavo hitrostjo. Ta metoda zaporednega risanja slike se imenuje " skeniranje".

Ker je skeniranje zelo hitro - za oko se vse točke zlijejo v črte in črte v en sam okvir.

V sistemih PAL in SECAM ima žarek čas, da preleti celoten zaslon 50-krat v eni sekundi.
V ameriškem sistemu NTSC – še več – kar 60-krat! Na splošno se sistema PAL in SECAM razlikujeta le po barvni reprodukciji. Vse ostalo, kar imajo, je enako.

Slika nastane zaradi dejstva, da med "tekom" žarek spremeni svojo svetlost v skladu s prejetim video signalom. Kako se nadzoruje svetlost?

In zelo preprosto! Dejstvo je, da poleg obravnavanih elektrod - anodo in katoda, v svetilkah je tudi tretja elektroda - mreža. Mreža je kontrolna elektroda. Z uporabo razmeroma nizke napetosti na omrežje je mogoče nadzorovati tok, ki teče skozi žarnico. Z drugimi besedami, mogoče je nadzorovati intenzivnost toka elektronov, ki "letijo" od katode do anode.

V CRT se za spreminjanje svetlosti žarka uporablja mreža.

Z dovajanjem negativne napetosti na mrežo (glede na katodo) je mogoče oslabiti intenzivnost toka elektronov v žarku ali celo zapreti "cesto" za elektrone. To je morda potrebno, na primer pri premikanju žarka s konca ene vrstice na začetek druge.

Zdaj pa se pogovorimo podrobneje o načelih pometanja.
Za začetek si je vredno zapomniti nekaj preprostih številk in izrazov:

Raster- to je ena "črta", ki jo žarek nariše na zaslonu.
Polje- to so vse črte, ki jih je žarek narisal v enem navpičnem prehodu.
Okvir- To je osnovna enota video sekvence. Vsak okvir je sestavljen iz dveh polj - sodo in liho.

To je vredno razložiti: slika na TV zaslonu se odvija s hitrostjo 50 polj na sekundo. Vendar pa je televizijski standard 25 sličic na sekundo. Zato je en okvir med prenosom razdeljen na dve polji - sodo in liho. Sodo polje vsebuje samo sode vrstice okvirja (2,4,6,8…), liho polje pa samo lihe. Skozi črto se »vleče« tudi slika na zaslonu. Takšen pomet se imenuje "prepletanje".

Še vedno se dogaja" progresivno skeniranje"- ko je celoten okvir razporejen v eni navpični potezi žarka. Uporablja se v računalniških monitorjih.

Torej, zdaj suhe številke. Vse navedene številke veljajo za sisteme PAL in SECAM.

Število polj na sekundo - 50
Število vrstic na okvir - 625
Število učinkovitih vrstic na okvir - 576
Število učinkovitih točk na vrstico - 720

In te številke so izpeljane iz zgornjega:

Število vrstic na polju - 312,5
Horizontalna frekvenca - 15625 Hz
Trajanje ene vrstice - 64 µs (skupaj z vzvratnim žarkom)

Morda ni takšne osebe, ki se v svojem življenju ne bi srečala z napravami, katerih zasnova vključuje katodno cev (ali CRT). Zdaj takšne rešitve aktivno nadomeščajo njihove sodobnejše kolege, ki temeljijo na zaslonih s tekočimi kristali (LCD). Vendar pa obstajajo številna področja, na katerih je katodna cev še vedno nepogrešljiva. LCD zaslonov na primer ni mogoče uporabiti v visoko natančnih osciloskopih. Vendar je ena stvar jasna - napredek naprav za prikaz informacij bo sčasoma privedel do popolne opustitve CRT. To je vprašanje časa.

Zgodovina videza

Za odkritelja lahko štejemo J. Plückerja, ki je leta 1859, ko je preučeval obnašanje kovin pod različnimi zunanjimi vplivi, odkril pojav sevanja (emisije) elementarnih delcev - elektronov. Ustvarjeni žarki delcev se imenujejo katodni žarki. Opozoril je tudi na pojav vidnega sijaja določenih snovi (fosfora), ko jih zadenejo elektronski žarki. Sodobna katodna cev je sposobna ustvariti sliko po zaslugi teh dveh odkritij.

Po 20 letih je bilo eksperimentalno ugotovljeno, da je smer gibanja oddanih elektronov mogoče nadzorovati z delovanjem zunanjega magnetnega polja. To je enostavno razložiti, če se spomnimo, da so za premikajoče se nosilce negativnega naboja značilna magnetna in električna polja.

Leta 1895 je K. F. Brown izboljšal krmilni sistem v cevi in ​​s tem uspel spremeniti vektor smeri toka delcev ne le s poljem, temveč tudi s posebnim ogledalom, ki se lahko vrti, kar je odprlo povsem nove možnosti za uporabo izuma. . Leta 1903 je Wenelt v cev postavil katodo-elektrodo v obliki valja, ki je omogočila nadzor intenzivnosti sevanega toka.

Leta 1905 je Einstein oblikoval enačbe za izračun fotoelektričnega učinka in po 6 letih je bila demonstrirana delujoča naprava za prenos slik na razdalje. Žarek je bil nadzorovan in kondenzator je bil odgovoren za vrednost svetlosti.

Ko so bili predstavljeni prvi modeli CRT, industrija ni bila pripravljena ustvariti zaslonov z veliko diagonalo, zato so bile kot kompromis uporabljene povečevalne leče.

Naprava s katodno cevjo

Od takrat se je naprava izboljšala, vendar so spremembe evolucijske narave, saj v poteku dela ni bilo dodanega nič bistveno novega.

Stekleno telo se začne s cevjo s stožčastim podaljškom, ki tvori zaslon. Pri napravah za barvno slikanje je notranja površina z določenim korakom prekrita s tremi vrstami fosforja, ki dajo svojo barvo sijanja, ko nanjo zadene elektronski žarek. V skladu s tem obstajajo tri katode (puške). Da bi filtrirali defokusirane elektrone in zagotovili, da želeni žarek natančno zadene želeno točko na zaslonu, je med katodnim sistemom in fosforno plastjo nameščena jeklena rešetka - maska. Primerjamo ga lahko s šablono, ki odreže vse odvečno.

Emisija elektronov se začne s površine segretih katod. Hitijo proti anodi (elektrodi, s pozitivnim nabojem), ki je povezana s stožčastim delom cevi. Nato se žarki fokusirajo s posebno tuljavo in vstopijo v polje odklonskega sistema. Ko prehajajo skozi rešetko, padejo na želene točke zaslona, ​​kar povzroči njihovo preoblikovanje v sijaj.

Računalniški inženiring

CRT monitorji se pogosto uporabljajo v računalniških sistemih. Enostavnost zasnove, visoka zanesljivost, natančna barvna reprodukcija in odsotnost zamud (tistih zelo milisekund odziva matrike v LCD-ju) so njihove glavne prednosti. Vendar pa v zadnjih letih, kot že omenjeno, CRT nadomeščajo varčnejši in ergonomični LCD monitorji.

Študent mora vedeti : blokovni diagram osciloskopa; določitev glavnih blokov osciloskopa; naprava in princip delovanja katodne cevi; načelo delovanja generatorja zamaha (žagasta napetost), dodajanje medsebojno pravokotnih nihanj.

Študent mora biti sposoben : empirično določite ceno delitve vodoravno in navpično, izmerite velikost enosmerne napetosti, obdobje, frekvenco in amplitudo izmenične napetosti.

Kratka teorija zgradbe osciloskopa

Elektronski osciloskop je univerzalna naprava, ki omogoča spremljanje hitrih električnih procesov (do 10 -12 s). Z osciloskopom lahko merite napetost, tok, časovne intervale, določite fazo in frekvenco izmeničnega toka.

Ker potencialne razlike nastanejo v delujočih živcih in mišicah živih organizmov, potem se elektronski osciloskop ali njegove modifikacije pogosto uporablja v bioloških in medicinskih študijah delovanja različnih organov, srca, živčnega sistema, oči, želodca itd.

Naprava se lahko uporablja za opazovanje in merjenje neelektričnih veličin, če se uporabljajo posebni primarni pretvorniki.

V osciloskopu ni premikajočih se mehanskih delov (glej sliko 1), temveč odklon elektronskega snopa v električnem ali magnetnem polju. Ozek snop elektronov, ki zadene zaslon, prevlečen s posebno spojino, povzroči, da na tej točki zažari. Ko premikate elektronski žarek, mu lahko sledite s premikanjem svetleče pike na zaslonu.

Elektronski žarek "sledi" spremembi preučevanega električnega polja in sledi temu, ker elektronski žarek je praktično brez vztrajnosti.

riž. 1. sl. 2.

Zgradba katodne cevi Katoda in modulator

To je velika prednost elektronskega osciloskopa v primerjavi z drugimi snemalnimi instrumenti.

Sodobni elektronski osciloskop ima naslednje glavne sestavne dele: katodno cev (CRT), generator za pomikanje, ojačevalnike in napajalnik.

Naprava in delovanje katodne cevi

Razmislite o zasnovi katodne cevi z elektrostatičnim fokusiranjem in elektrostatičnim nadzorom elektronskega žarka.

CRT, shematično prikazano na sl. 1 je steklena bučka posebne oblike, v kateri nastane visok vakuum (reda 10 -7 mm Hg). V notranjosti bučke so elektrode, ki delujejo kot elektronska puška za proizvodnjo ozkega snopa elektronov; plošče za odklon žarka in zaslon, prevlečen s plastjo fosforja.

Elektronska pištola je sestavljena iz katode 1, krmilne (modulacijske) elektrode 2, dodatne zaščitne elektrode 3 ter prve in druge anode 4, 5.

Ogrevana katoda 1 je izdelana v obliki majhnega nikljevega valja, znotraj katerega je žarilna nitka, na sprednjem koncu ima oksidno plast z nizko delovno funkcijo elektronov za pridobivanje elektronov (slika 2).

Katoda se nahaja znotraj krmilne elektrode ali modulatorja, ki je kovinska skodelica z luknjo na koncu, skozi katero lahko prehajajo elektroni. Krmilna elektroda ima negativen potencial glede na katodo in s spreminjanjem vrednosti tega potenciala je mogoče nadzorovati intenzivnost toka elektronov, ki gredo skozi njeno luknjo, in s tem spremeniti svetlost zaslona. Hkrati električno polje med katodo in modulatorjem usmerja elektronski žarek (slika 2).

Zaščitna elektroda 3 ima potencial nekoliko višji od katodnega potenciala in služi za olajšanje izstopa elektronov, za izključitev interakcije električnih polj krmilne elektrode 2 in prve anode 4.

Dodatno fokusiranje in pospeševanje elektronov se pojavi z električnim poljem med prvo in drugo anodo, ki tvorita elektronsko lečo. Te anode so izdelane v obliki valjev z diafragmami v notranjosti. Na prvi anodi 4 je pozitiven potencial glede na katodo reda sto voltov, na drugi 5 pa tisoč voltov. Črte jakosti električnega polja med temi anodami so prikazane na sliki 3.

Katodna cev(CRT) - elektronska naprava v obliki cevi, podolgovata (pogosto s stožčastim podaljškom) v smeri osi elektronskega snopa, ki se oblikuje v CRT. CRT je sestavljen iz elektronsko-optičnega sistema, odklonskega sistema in fluorescenčnega zaslona ali tarče. Popravilo TV v Butovu, za pomoč se obrnite na nas.

CRT klasifikacija

Razvrstitev CRT-jev je zaradi njihove skrajnosti izjemno težka

o široki uporabi v znanosti in tehnologiji ter možnosti spreminjanja zasnove za pridobitev tehničnih parametrov, ki so potrebni za izvedbo določene tehnične ideje.

Odvisnosti od metode krmiljenja elektronskega snopa CRT so razdeljene na:

elektrostatična (z elektrostatičnim sistemom za odklon žarka);

elektromagnetni (s sistemom za odklon elektromagnetnega žarka).

Glede na namen so CRT razdeljeni na:

elektronsko-grafske cevi (sprejem, televizija, osciloskop, indikator, televizijski znaki, kodiranje itd.)

optično-elektronske pretvorbene cevi (oddajne televizijske cevi, elektronsko-optični pretvorniki itd.)

stikala za katodne žarke (komutatorji);

drugi CRT.

Elektronski grafični CRT

Elektronski grafični CRT - skupina katodnih cevi, ki se uporabljajo na različnih področjih tehnologije za pretvorbo električnih signalov v optične (pretvorba signala v svetlobo).

Elektronski grafični CRT so razdeljeni:

Odvisno od aplikacije:

televizijski sprejem (kineskopi, CRT z ultra visoko ločljivostjo za posebne televizijske sisteme itd.)

sprejemni osciloskop (nizkofrekvenčni, visokofrekvenčni, supervisokofrekvenčni, impulzni visokonapetostni itd.)

indikator sprejema;

spominjanje;

značke;

kodiranje;

drugi CRT.

Struktura in delovanje CRT z elektrostatičnim sistemom odklona žarka

Katodna cev je sestavljena iz katode (1), anode (2), izravnalnega cilindra (3), zaslona (4), ravnine (5) in regulatorja višine (6).

Pod delovanjem foto ali toplotne emisije se elektroni izločijo iz kovine katode (tanka spirala prevodnika). Ker se med anodo in katodo vzdržuje napetost (potencialna razlika) več kilovoltov, se ti elektroni, ki se poravnajo z valjem, premikajo v smeri anode (votel cilinder). Ko letijo skozi anodo, elektroni pridejo do ravninskih regulatorjev. Vsak regulator je dve kovinski plošči, nasprotno nabiti. Če je leva plošča nabita negativno, desna pa pozitivno, se bodo elektroni, ki gredo skozi njih, odmaknili v desno in obratno. Kontrole višine delujejo na enak način. Če se na te plošče uporabi izmenični tok, bo mogoče nadzorovati pretok elektronov tako v vodoravni kot navpični ravnini. Na koncu svoje poti tok elektronov zadene zaslon, kjer lahko povzroči slike.

Fosfor se nanese na zaslon katodne cevi v obliki drobnih pik, te pike pa so zbrane po tri; v vsaki trojki ali triadi so ena rdeča, ena modra in ena zelena pika. Na sliki sem vam pokazal več takšnih triad. Skupno je na zaslonu cevi približno 500.000 triad. Slika, ki jo vidite na televiziji, je sestavljena iz svetlečih pik. Kjer so podrobnosti slike svetlejše, več elektronov zadene pike in svetijo svetleje. Ustrezno temu pade manj elektronov na temna mesta slike. Če je na barvni sliki bela podrobnost, potem vse tri točke v vsaki triadi žarijo z enako svetlostjo povsod znotraj te podrobnosti. Nasprotno, če je na barvni sliki rdeča podrobnost, potem v tem detajlu svetijo samo rdeče pike vsake triade, medtem ko zelene in modre pike sploh ne svetijo.

Ali razumete, kaj pomeni ustvariti barvno sliko na TV zaslonu? To je, prvič, prisiliti elektrone, da pridejo na prava mesta, torej do tistih fosfornih pik, ki bi morale svetiti, in da ne padejo na druga mesta, torej do tistih pik, ki ne bi smele svetiti. Drugič, elektroni morajo zadeti prava mesta ob pravem času. Konec koncev se slika na zaslonu nenehno spreminja in tam, kjer se je v nekem trenutku na primer pojavila svetlo oranžna lisa, bi se čez trenutek morala pojaviti, recimo, temno vijolična. Končno, tretjič, prava količina elektronov bi morala priti na pravo mesto in ob pravem času. Več – tam, kjer bi moral biti sijaj svetlejši, in manj – tam, kjer je sijaj temnejši.

Ker je na zaslonu postavljenih skoraj milijon in pol fosfornih pik, se zdi naloga na prvi pogled izjemno težka. Pravzaprav - nič zapletenega. Prvič, v katodni cevi ni ena, ampak tri ločene ogrevane katode. Popolnoma enako kot v običajni vakuumski cevi. Vsaka katoda oddaja elektrone in okoli nje nastane elektronski oblak. V bližini vsake katode sta mreža in anoda. Število elektronov, ki prehajajo skozi mrežo do anode, je odvisno od napetosti omrežja. Doslej se vse dogaja, kot v običajni trielektrodni svetilki - triodi.

Kaj je razlika? Anoda tukaj ni trdna, ampak z luknjo v samem središču. Zato se večina elektronov, ki se premikajo od katode do anode, ne zadržuje na anodi - letijo skozi luknjo v obliki okroglega žarka. Zasnova, sestavljena iz katode, mreže in anode, se imenuje: elektronska pištola. Pištola tako rekoč izstreli snop elektronov, število elektronov v žarku pa je odvisno od napetosti na omrežju.

Ciljne elektronske puške tako da žarek, ki ga oddaja prva puška, zadene vedno samo rdeče pike triad, žarek iz druge puške zadene samo zelene pike, žarek iz tretje puške pa le modre pike. Tako je rešena ena od treh nalog oblikovanja barvne slike. Z dovajanjem potrebnih napetosti na mreže vsake od treh pušk se nastavi zahtevana intenzivnost rdeče, zelene in modre svetlobe, kar pomeni, da zagotavljajo želeno obarvanost vsakega detajla slike.