Кинескоп

На сегодняшнийдень это самое распространенное выходное устройство в телевидении. Кинескоп представляет из себя электровакуумный прибор, в очень упрощенном виде показанный на рис.22. В горловине трубки размещен электронный прожектор, создающий сфокусированный поток электронов:

· катод;

· модулятор;

· ускоряющий электрод;

· фокусирующий электрод.

Строго говоря, к электронному прожектору относится и второй анод – металлизированная внутренняя коническая поверхность колбы. Как правило, в современных кинескопах фокусировка электростатическая, а отклонение магнитное. Под воздействием ускоряющего поля второго анода электроны попадают на люминофор, покрывающий внутреннюю поверхность экрана. В черно-белых кинескопах в качестве люминофора используется смесь сульфида цинка ZnS и сульфида кадмия CdS, активированных серебром (Ag). Длительность послесвечения люминофора – порядка 20 мс.

В цветных кинескопах, естественно, три разных люминофора. Для синего цвета – как правило, сульфид цинка ZnS, активированный серебром. Для зеленого и красного цвета могут применяться несколько разных люминофоров. Например, сульфид цинка ZnS, активированный медью (Cu) и алюминием (Al) – для зеленого цвета и окись иттрия Y ₂ O ₃ , активированная европием (Eu) – для красного цвета.

Основные проблемы, которые решались разработчиками и производителями кинескопов:

· увеличение размеров экрана;

· укорочение кинескопа (т.е. увеличение угла отклонения);

· увеличение яркости;

· увеличение четкости и контрастности изображения;

· уменьшение геометрических искажений.

Две первых проблемы взаимосвязаны. С технологической точки зрения при умеренных проблемах и стоимости достижима диагональ экрана 65...70 см. Чтобы кинескоп не был слишком длинным, приходится увеличивать угол отклонения луча (до 90°...110° по диагонали). Такие кинескопы называются широкоугольными. Чтобы не было затенения углов экрана, переход от цилиндрической горловины к конической колбе делают плавным.

С точки зрения телезрителей экран лучше иметь абсолютно плоским, но из соображений механической прочности (атмосферное давление) чаще его делают сферическим с радиусом кривизны сферы порядка 100 см.

Яркость свечения люминофора растет с увеличением тока луча и ускоряющего напряжения второго анода. Увеличивать ток свыше 100...200 мкА нельзя из-за ухудшения фокусировки (т.е. четкости). Есть предел и для величины ускоряющего напряжения. Для черно-белых кинескопов это напряжение обычно не превышает 10...15 кВ, для цветных – 25 кВ. При более высоких напряжениях в цветных кинескопах возникает рентгеновское излучение.

Для увеличения яркости на поверхность люминофора напыляют тонкую (доли мкм) пленку алюминия. Она отражает в сторону телезрителя около 50 % света, идущего от люминофора внутрь колбы кинескопа. Одновременно эта пленка защищает люминофор от разрушения отрицательными ионами, образующимися в кинескопе из-за неидеального вакуума.

*

L U мод

Рис. 34.

Модуляционная характеристика кинескопа довольно нелинейна, особенно при малых яркостях.

Напряжение отсечки для кинескопов с диагональю 50...67 см лежит в районе 70 В. Как правило, модулирующее напряжение не доводят до нуля из-за расфокусировки луча и возможности появления тока модулятора.

Из соображений механической прочности лобовое стекло кинескопа приходится делать довольно толстым – порядка 6 мм. Это приводит к уменьшению контраста, причем прежде всего в мелких деталях (т.е. к потере четкости) из-за возникновения ореолов. Для ослабления этого эффекта лобовое стекло делают дымчатым (серым) с коэффициентом прозрачности 0,45...0,65.

*

Рис. 35.

Отраженные лучи проходят больший путь в поглощающем стекле и ослабляются сильнее, чем прямой луч, что и приводит к ослаблению ореолов. Попутно ослабляется и та часть внешних засветок, которая отражается от внутренней поверхности экрана.

Цветные кинескопы, используемые сегодня, как правило, масочные. Это название происходит из того, что перед трехцветным экраном (на расстоянии порядка 12 мм) располагается маска – стальной лист (толщина около 0,15 мм) с отверстиями. Исторически первыми были кинескопы с D - расположением трех прожекторов в горловине кинескопа и мозаичным экраном, причем RGB элементы мозаики также расположены в виде треугольника (разумеется, зеркально по отношению к прожекторам). Количество отверстий и триад мозаики порядка pZ ² . Диаметр отверстий для кинескопа с диагональю 50…60 см –около 0,25 мм.

*

B G R R G R B G

Рис. 36.

Оси прожекторов наклонены к оси кинескопа под углом чуть больше 1°, из-за чего три луча должны сойтись в одном отверстии маски и, расходясь после этого, должны попасть каждый на свой элемент триады. Из-за технологических погрешностей при изготовлении кинескопа эти задачи сами собой не решаются. Нужна система сведения лучей. В центральной части экрана работает система статического сведения, состоящая из шести постоянных магнитов: трех магнитов радиального сведения, одного магнита тангенциального сведения синего и двух магнитов чистоты цвета.

Тем не менее, на периферии экрана лучи расслаиваются (хотя бы потому, что радиус отклонения луча не совпадает с радиусом кривизны экрана). Для сведения лучей на периферии экрана применяется система динамического сведения, состоящая из шести катушек, размещенных попарно на магнитопроводах магнитов радиального сведения. Через катушки протекают токи строчной и кадровой частоты. Форма токов – сумма пилы и параболы. Реально эта система потребляет энергию от генераторов развертки и довольно сложна в регулировке (да и конструктивно тоже).

Прозрачность маски с круглыми отверстиями невелика – около 15...20 %. Это значит, что около 80...85% электронов не создают свечения, а только разогревают маску. Для увеличения яркости приходится увеличивать ток лучей и повышать до 25 кВ напряжение второго анода.

Более современный вариант – кинескоп со щелевой маской. В таком кинескопе маска имеет вид вертикальных щелей (в идеальном варианте – проволочки, но это возможно только при плоском экране, хотя бы по вертикали). Ширина щелей порядка 0,15 мм, шаг около 0,6 мм. Из соображений механической прочности щель выполняется не сплошной, а с перемычками. Люминофор нанесен на экран в виде вертикальных полосок. Каждой щели соответствуют три полосы (R, G, B), причем зеленая – посередине. Прожекторы расположены в горловине кинескопа горизонтально в одну линию. Отсюда и название – кинескопы с планарным расположением прожекторов (in-line).

*

B G R R G B R G

Рис. 37.

Прозрачность щелевой маски примерно в три раза выше, чем маски D-кинескопа. Это увеличивает яркость даже при меньшем токе лучей. Уменьшение тока лучей позволяет уменьшить размеры катодов, что при расположении прожекторов в линию позволяет уменьшить диаметр горловины кинескопа. Это, в свою очередь, уменьшает токи отклонения.

Линейное расположение щелей уменьшает расслоение лучей при отклонении. Смещение лучей по вертикали вообще не вызывает изменения цвета. Расположение зеленого прожектора по центру дополнительно упрощает задачу. Как оказалось, расслоение лучей на краях экрана можно теоретически свести к нулю, если заменить равномерное магнитное поле отклоняющей системы астигматическим («бочка» по горизонтали и «подушка» по вертикали). На практике оказалось возможным отказаться от системы динамического сведения лучей, ограничившись магнитостатическим сводящим устройством (МСУ), которое не потребляет энергии. Чаще всего в МСУ три пары кольцевых магнитов: пара двухполюсных, пара четырехполюсных и пара шестиполюсных. На заводе, изготовляющем кинескопы, подбирают комплект кинескоп – ОС – МСУ. Довольно часто элементы комплекта склеиваются и в процессе эксплуатации разборке и регулировке не подлежат. Такие кинескопы называют кинескопами с самосведением лучей (хотя с точки зрения русского языка термин само сведение выглядит несколько спорным).

Планарные кинескопы заметно менее, чем D-кинескопы, чувствительны к внешним магнитным полям, в том числе и к магнитному полю Земли.