Kineskop (z jiného řeckého κινέω „pohybuji se“ + σκοπέω „koukám“) [1] , také katodová trubice ( CRT ) je katodové zařízení , které přeměňuje elektrické signály na světlo .
Dříve široce používané v televizorech a monitorech : až do poloviny 90. let se používaly pouze zařízení na bázi kineskopů.
V roce 1859 objevil Julius Plücker katodové paprsky , proud elektronů. V roce 1879 vytvořil William Crookes katodovou trubici . Zjistil, že katodové paprsky se šíří lineárně, ale mohou být vychylovány magnetickým polem , a také zjistil, že když katodové paprsky dopadají na některé látky, tyto začnou zářit.
V roce 1897 vytvořil německý fyzik Karl Ferdinand Braun katodovou trubici založenou na Crookesově trubici, která se nazývala Brownova trubice [2] . Paprsek byl vychylován pomocí elektromagnetu pouze v jednom rozměru, druhý směr byl nasazen pomocí rotačního zrcadla. Brown se rozhodl nepatentovat svůj vynález, ale udělal mnoho veřejných demonstrací a publikací ve vědeckém tisku [3] . Hnědá trubice byla používána a vylepšena mnoha vědci. V roce 1903 umístil Arthur Wenelt do trubice válcovou elektrodu ( Weneltův válec ), která umožňovala měnit intenzitu elektronového paprsku, a tedy i jas luminoforu.
V roce 1906 získali Brownovi zaměstnanci M. Dickman a G. Glage patent na použití Brownovy trubice pro přenos obrazu a v roce 1909 M. Dickman navrhl myšlenku fototelegrafního zařízení pro přenos obrazu pomocí Brownovy trubice; ve výstružníku byl použit disk Nipkow .
Od roku 1902 pracuje Boris Lvovich Rosing s Brownovou dýmkou . 25. července 1907 požádal o vynález "Metoda elektrického přenosu obrazů na vzdálenosti." Paprsek byl v trubici snímán magnetickými poli a signál byl modulován (změnil se jas) pomocí kondenzátoru, který dokázal paprsek vertikálně vychýlit, čímž se měnil počet elektronů procházejících na stínítko přes clonu. 9. května 1911 na setkání Ruské technické společnosti předvedl Rosing přenos televizních obrazů jednoduchých geometrických tvarů a jejich příjem s přehráváním na CRT obrazovce.
Na počátku a polovině 20. století se na vývoji CRT významně podíleli Vladimir Zworykin , Allen Dumont
Podle způsobu vychylování elektronového paprsku jsou všechny CRT rozděleny do dvou skupin: s elektromagnetickým vychylováním ( indikační CRT a kineskopy) a s elektrostatickým vychylováním ( oscilografické CRT a velmi malá část indikátorových CRT).
Podle schopnosti ukládat nahraný obraz se CRT dělí na elektronky bez paměti a elektronky s pamětí (indikátor a osciloskop), jejichž konstrukce počítá se speciálními paměťovými prvky (uzly), s jejichž pomocí může jednou zaznamenaný obraz přehrát mnohokrát.
Podle barvy záře obrazovky se CRT dělí na monochromatické a vícebarevné. Monochromatický může mít jinou barvu záře: bílou, zelenou, modrou, červenou a další. Vícebarevné se dělí podle principu působení na dvoubarevné a tříbarevné. Dvoubarevné - indikační CRT, jejichž barva záře obrazovky se mění buď v důsledku přepínání vysokého napětí, nebo v důsledku změny hustoty proudu elektronového paprsku. Tříbarevné (podle základních barev) - barevné kineskopy, jejichž vícebarevnou záři obrazovky zajišťují speciální konstrukce elektronově-optického systému, barevně dělící masky a stínítka.
Oscilografické CRT se dělí na nízkofrekvenční a mikrovlnné trubice . V jejich návrzích je použit poměrně složitý systém vychylování elektronového paprsku.
Kineskopy se dělí na televizní, monitorové a projekční. Monitorové kineskopy mají menší rozteč masky než televizní. Projekční kineskopy mají velikost od 7 do 12 palců , zvýšený jas obrazovky, jsou monochromatické a reprodukují jednu ze tří základních barev RGB – červenou, zelenou, modrou (viz CRT videoprojektor ).
Hlavní části:
Ve válci 9 vzniká hluboké vakuum - nejprve se odčerpá vzduch, poté se všechny kovové části kineskopu zahřejí induktorem , aby se uvolnily pohlcené plyny, k postupnému pohlcení zbývajícího vzduchu se použije getr .
K vytvoření elektronového paprsku 2 se používá zařízení zvané elektronové dělo . Katoda 8 vyhřívaná vláknem 5 emituje elektrony. Pro zvýšení emise elektronů je katoda potažena látkou, která má nízkou pracovní funkci (největší výrobci CRT k tomu používají vlastní patentované technologie). Změnou napětí mezi řídící elektrodou ( modulátorem ) 12 a katodou můžete měnit intenzitu elektronového paprsku a tím i jas obrazu. Pistole moderních CRT obsahuje kromě řídící elektrody také zaostřovací elektrodu (do roku 1961 používaly domácí kineskopy elektromagnetické zaostřování pomocí zaostřovací cívky 3 s jádrem 11 ), určenou k zaostření bodu na obrazovce kineskopu do bodu, resp. urychlovací elektroda pro dodatečné urychlení elektronů v pistoli a anodě. Po opuštění pistole jsou elektrony urychlovány anodou 14 , což je pokovený povlak vnitřního povrchu kužele obrazovky, připojený ke stejnojmenné elektrodě pistole. U barevných kineskopů s vnitřní elektrostatickou clonou je připojena k anodě. V řadě kineskopů raných modelů, jako je 43LK3B, byl kužel vyroben z kovu a byl vlastně anodou. Napětí na anodě je v rozsahu od 7 do 30 kilovoltů . V řadě malých oscilografických CRT je anoda pouze jednou z elektrod elektronového děla a je napájena napětím až několik set voltů.
Dále paprsek prochází vychylovacím systémem 1 , který může změnit směr paprsku (na obrázku je magnetický vychylovací systém). V televizních CRT se používá systém magnetického vychylování, protože poskytuje velké úhly vychýlení. V osciloskopických CRT se používá elektrostatický vychylovací systém, protože poskytuje rychlejší odezvu.
Elektronový paprsek dopadá na stínítko 10 potažené fosforem 4 . Z bombardování elektrony se fosfor rozzáří a rychle se pohybující bod s proměnlivým jasem vytvoří na obrazovce obraz.
Fosfor získá od elektronů záporný náboj a může začít sekundární emise - samotný fosfor může začít emitovat elektrony. Výsledkem je, že celá trubice může získat záporný náboj. Aby k tomu nedocházelo, je po celém povrchu trubice s anodou ( 6 ) spojena vrstva aquadagu , vodivé směsi na bázi grafitu .
Kineskop je připojen přes svorky 13 a vysokonapěťovou zásuvku 7 .
U černobílých televizorů je složení fosforu zvoleno tak, aby svítil neutrální šedou barvou. Ve videoterminálech, radarech atd. je fosfor často žlutý nebo zelený, aby se snížila únava očí.
Úhel vychýlení paprsku CRT je maximální úhel mezi dvěma možnými polohami elektronového paprsku uvnitř baňky, při kterém je na stínítku stále viditelný světelný bod. Poměr úhlopříčky (průměru) obrazovky k délce CRT závisí na úhlu. U oscilografických CRT je to obvykle do 40°, což je spojeno s nutností zvýšit citlivost paprsku na účinky vychylovacích desek a zajistit linearitu vychylovací charakteristiky. U prvních sovětských televizních kineskopů s kulatou obrazovkou byl úhel vychýlení 50°, u černobílých kineskopů pozdějších verzí 70°, od 60. let se zvýšil na 110° u černobílých (jeden z prvních takových kineskopů je 43LK9B) , pro barevné lidi - začátkem 80. let. Na konci éry kineskopů byl úhel zvýšen na 120 °.
S rostoucím úhlem vychýlení paprsku se rozměry a hmotnost kineskopu zmenšují, nicméně:
To vše vedlo k tomu, že se v některých oblastech stále používají 70stupňové kineskopy. Také úhel 70° se nadále používá u malých černobílých kineskopů (například 16LK1B), kde délka nehraje tak významnou roli.
Protože je nemožné vytvořit dokonalé vakuum uvnitř CRT, některé molekuly vzduchu zůstávají uvnitř. Při srážce s elektrony z nich vznikají ionty , které mají hmotnost mnohonásobně větší než hmotnost elektronů, prakticky se nevychylují, postupně vypalují fosfor ve středu stínítka a tvoří tzv. iontovou skvrnu . . Aby se tomu zabránilo, až do poloviny 60. let se používal princip „iontové pasti“: osa elektronového děla byla umístěna v určitém úhlu k ose kineskopu a nastavitelný magnet umístěný vně poskytoval pole, které otáčelo elektron. proudit směrem k ose. Masivní ionty, pohybující se přímočaře, padly do skutečné pasti.
Tato konstrukce si však vynutila zvětšení průměru hrdla kineskopu, což vedlo ke zvýšení potřebného výkonu v cívkách vychylovacího systému.
Počátkem 60. let byl vyvinut nový způsob ochrany fosforu: navíc hliníkování obrazovky, které umožnilo zdvojnásobit maximální jas kineskopu a zmizela potřeba iontové pasti.
U televizoru, jehož horizontální snímání je prováděno na lampách, se napětí na anodě kineskopu objeví až po zahřátí výstupní lampy horizontálního snímání a tlumicí diody. Katody těchto lamp jsou velmi masivní a vyžadují vysokou teplotu (výbojky jsou dimenzovány na velký provozní proud katody) a světelné katody kineskopu v tuto chvíli již mají čas se zahřát na provozní teplotu.
Zavedením celopolovodičových obvodů do horizontálních snímacích uzlů vznikl problém zrychleného opotřebení katod kineskopu v důsledku napětí přiváděného na anodu kineskopu současně se zapínáním. Pro boj s tímto jevem byly vyvinuty amatérské uzly, které zajišťovaly zpoždění dodávky napětí do anody nebo modulátoru kineskopu. Zajímavé je, že v některých z nich, přestože byly určeny pro instalaci do celopolovodičových televizorů, byla jako zpožďovací prvek použita radiová elektronka. Později se začaly vyrábět průmyslové televizory, u kterých bylo takové zpoždění zpočátku zajištěno.
Pro vytvoření obrazu na stínítku musí elektronový paprsek neustále procházet přes stínítko vysokou frekvencí – alespoň 25krát za sekundu. Tento proces se nazývá rozbalení . Existuje několik způsobů, jak skenovat obrázek.
Elektronový paprsek prochází celou obrazovkou v řadách. Jsou dvě možnosti:
Elektronový paprsek se pohybuje podél čar obrazu. Vektorové skenování bylo použito v herní konzoli Vectrex .
První radary používaly všestranný indikátor ("kruhová značka"), kde elektronový paprsek prochází podél poloměrů kulaté obrazovky. Servisní informace (čísla, písmena, topografické znaky ) jsou buď zobrazovány vektorovou metodou, nebo jsou rozmístěny dodatečně prostřednictvím znakové matice (umístěné v elektronovém dělu).
Televizní rastr, progresivní skenování
Televizní rastr, prokládané skenování
Vektorový způsob skenování obrázku
Barevný kineskop se od černobílého liší tím, že má tři pistole – „červenou“, „zelenou“ a „modrou“ ( 1 ). V souladu s tím jsou na stínítko 7 aplikovány tři typy fosforu v určitém pořadí - červený, zelený a modrý ( 8 ).
V závislosti na typu použité masky jsou pistole v krku kineskopu uspořádány ve tvaru delta (v rozích rovnostranného trojúhelníku) nebo rovinně (na stejné čáře). Některé elektrody stejného jména z různých elektronových děl jsou propojeny vodiči uvnitř kineskopu. Jsou to urychlovací elektrody, fokusační elektrody, ohřívače (zapojené paralelně) a často i modulátory. Takové opatření je nutné pro úsporu počtu výstupů kineskopu, vzhledem k omezené velikosti jejího krku.
Pouze paprsek z červené pistole dopadá na červený luminofor, pouze paprsek ze zelené pistole dopadá na zelený atd. Toho je dosaženo tím, že mezi pistole a stínítko je instalována kovová mřížka zvaná maska ( 6 ). V moderních kineskopech je maska vyrobena z Invaru, oceli s malým koeficientem tepelné roztažnosti .
Existují dva typy masek:
Mezi těmito maskami neexistuje jasný vůdce: maska stínu poskytuje vysoce kvalitní linie, maska apertury poskytuje sytější barvy a vysokou účinnost. Slit kombinuje přednosti stínu a clony, ale má sklon k moaré .
Čím menší jsou fosforové prvky, tím vyšší kvalitu obrazu je elektronka schopna produkovat. Indikátorem kvality obrazu je krok masky .
U moderních monitorů CRT je rozteč masky na úrovni 0,25 mm . Televizní kineskopy, které jsou pozorovány z větší vzdálenosti, používají kroky do 0,6 mm .
Vzhledem k tomu, že poloměr zakřivení obrazovky je mnohem větší než vzdálenost od ní k elektronově-optickému systému až do nekonečna u plochých kineskopů a bez použití speciálních opatření, je bod průsečíku paprsků barevné kineskopu na konstantní vzdálenost od elektronových děl, je nutné zajistit, aby tento bod byl přesně na povrchu stínící masky, jinak dojde k chybnému soutisku tří barevných složek obrazu, které se zvětšuje od středu obrazovky k okrajům. Aby k tomu nedocházelo, je nutné elektronové paprsky správně posunout. U kineskopů s uspořádáním pistolí ve tvaru delty se to děje speciálním elektromagnetickým systémem řízeným samostatným zařízením, které bylo u starých televizorů pro periodické úpravy umístěno v samostatné jednotce - míchací jednotce. U kineskopů s plošným uspořádáním pistolí se nastavení provádí pomocí speciálních magnetů umístěných na hrdle kineskopu. V průběhu času, zejména u kineskopů s uspořádáním elektronových děl ve tvaru delta, je konvergence narušena a vyžaduje další úpravu. Většina společností zabývajících se opravami počítačů nabízí službu úpravy paprsku monitoru.
U barevných kineskopů je nutné odstranit zbytkovou nebo náhodnou magnetizaci stínící masky a elektrostatického stínítka, která ovlivňuje kvalitu obrazu .
K demagnetizaci dochází v důsledku výskytu v tzv. demagnetizační smyčce - velkoprůměrové ohebné cívce umístěné po obvodu obrazovky kineskopu - pulzu rychle se měnícího tlumeného magnetického pole. Aby se tento proud po zapnutí televizoru postupně snižoval, používají se termistory . Nejčastěji se používá obvod se dvěma termistory, mezi kterými je vytvořen tepelný kontakt. Druhý termistor dodatečně zahřívá první, čímž se zvyšuje jeho odpor, díky čemuž klesá proud demagnetizační cívkou v ustáleném stavu. Mnoho monitorů kromě termistorů obsahuje relé , které na konci procesu demagnetizace kineskopu vypne napájení tohoto obvodu, aby se termistor ochladil. Poté můžete pomocí speciálního tlačítka nebo speciálního příkazu v nabídce monitoru spustit toto relé a kdykoli znovu demagnetizovat, aniž byste se museli uchylovat k vypnutí a zapnutí napájení monitoru. Na televizoru Electronics Ts-430 termistor neřídí přímo cívku, ale tranzistorový spínač. Pomocí relé, na kterém je tento klíč nabitý, se na demagnetizační cívku vybije předem nabitý papírový kondenzátor a ve výsledném oscilačním obvodu dochází k tlumeným oscilacím.
Trineskop je konstrukce sestávající ze tří černobílých kineskopů, světelných filtrů a průsvitných zrcadel (neboli dichroických zrcadel, která kombinují funkce průsvitných zrcadel a filtrů) sloužících k získání barevného obrazu [5] .
Kineskopy se používají v rastrových zobrazovacích systémech: různé typy televizorů , monitorů , videosystémů .
Oscilografické CRT se nejčastěji používají ve funkčních závislostních zobrazovacích systémech: osciloskopy , wobblescopes , také jako zobrazovací zařízení na radarových stanicích, ve speciálních zařízeních; v sovětských letech byly také používány jako vizuální pomůcky při studiu návrhu katodových zařízení obecně.
CRT pro tisk znaků se používají v různých zařízeních pro speciální účely.
Označení sovětských a ruských CRT se skládá ze čtyř prvků: [6]
Ve zvláštních případech může být k označení přidán pátý prvek, který nese dodatečné informace.
Příklad: 50LK2B - černobílá kineskop s úhlopříčkou obrazovky 50 cm , druhý model, 3LO1I - tubus osciloskopu s průměrem obrazovky zeleného žhavení 3 cm , první model.
Toto záření nevytváří samotný kineskop, ale vychylovací systém. Elektronky s elektrostatickou výchylkou, zejména trubice osciloskopu, jej nevyzařují.
U monitorových kineskopů je pro potlačení tohoto záření vychylovací systém často pokryt feritovými misky. Televizní kineskopy takové stínění nevyžadují, protože divák obvykle sedí v mnohem větší vzdálenosti od televizoru než od monitoru.
V kineskopech existují dva typy ionizujícího záření.
Prvním je samotný elektronový paprsek, což je ve skutečnosti proud beta částic o nízké energii ( 25 keV ). Toto záření nejde ven a nepředstavuje nebezpečí pro uživatele.
Druhým je rentgenové brzdné záření, které vzniká, když elektrony bombardují stínítko. V případě poruchy televizoru nebo monitoru, vedoucí k výraznému zvýšení anodového napětí, se však může úroveň tohoto záření zvýšit na znatelné hodnoty. Aby se takovým situacím předešlo, jsou horizontální snímací jednotky vybaveny ochrannými uzly.
V barevných televizorech vyrobených před polovinou 70. let 20. století mohou být další zdroje rentgenového záření - stabilizační triody zapojené paralelně k kineskopu a používané ke stabilizaci anodového napětí a tím i velikosti obrazu. V sovětských televizorech "Raduga-5" a "Rubin-401-1" se používají triody 6S20S, v raných modelech řady ULPCT - GP -5 . Vzhledem k tomu, že sklo válce takové triody je mnohem tenčí než sklo kineskopu a není legováno olovem, je mnohem intenzivnějším zdrojem rentgenového záření než samotný kineskop, takže je umístěno ve speciální ocelové cloně . Pozdější modely ULPCT televizorů používají jiné metody stabilizace vysokého napětí a tento zdroj rentgenového záření je vyloučen.
Paprsek CRT monitoru, tvořící obraz na obrazovce, způsobí, že částice fosforu září. Před vytvořením dalšího snímku mají tyto částice čas zhasnout, takže můžete pozorovat „blikání obrazovky“. Čím vyšší je snímková frekvence, tím méně patrné blikání. To lze jasně pozorovat periferním viděním.
Při vytváření obrazu se každou sekundu změní 25 snímků , což při zohlednění prokládání je 50 polí (půlsnímků) za sekundu. Při práci za obrazovkou monitoru je blikání pociťováno silněji, protože vzdálenost od očí k kineskopu je mnohem menší než při sledování televize. Minimální doporučená obnovovací frekvence monitoru je 85 Hz . Dřívější modely monitorů a televizorů neumožňovaly pracovat s obnovovací frekvencí vyšší než 70-75 Hz, u pozdějších modelů se tato frekvence zvyšuje na 100 Hz .
Obraz na katodové trubici je ve srovnání s jinými typy obrazovek rozmazaný. Na kvalitních monitorech je obraz celkem čistý.
CRT používá vysoké napětí. Zbytkové napětí v řádu tisíců voltů, pokud se nepodnikne žádná akce, může na CRT a "páskovacích" obvodech přetrvávat týdny. Do obvodů se proto přidávají vybíjecí rezistory, díky kterým je televizor během pár minut po vypnutí zcela bezpečný.
Napětí anody CRT může být smrtelné, pokud má člověk srdeční vady. Může také vést ke zranění, včetně smrti, nepřímo, když se člověk odtažením ruky dotkne jiných obvodů obsahujících extrémně život ohrožující napětí (a takové obvody jsou přítomny ve všech modelech televizorů a monitorů používajících CRT), stejně jako např. mechanická poranění.spojená s náhlým nekontrolovaným pádem v důsledku křeče z úrazu elektrickým proudem.
CRT mohou obsahovat látky škodlivé pro zdraví a životní prostředí. Mezi nimi jsou sloučeniny barya v katodách, fosfory. Nefunkční CRT jsou ve většině zemí považovány za nebezpečný odpad a podléhají recyklaci nebo likvidaci na samostatných skládkách.
Vzhledem k tomu, že uvnitř CRT je vysoké vakuum v důsledku tlaku vzduchu , má obrazovka samotného 17palcového monitoru zatížení asi 800 kg – hmotnost malého auta . Při provozu raných modelů kineskopů vyžadovaly bezpečnostní předpisy použití ochranných rukavic, masky a brýlí. Před obrazovkou kineskopu na televizoru byla instalována skleněná ochranná clona a podél okrajů byla instalována kovová ochranná maska.
Od druhé poloviny 60. let je nebezpečná část kineskopu překryta speciálním kovovým nevýbušným obvazem , vyrobeným ve formě celokovové lisované konstrukce nebo navinutého v několika vrstvách ocelové pásky. Tento obvaz eliminuje možnost samovolného výbuchu . U některých modelů kineskopů byla navíc k překrytí obrazovky použita ochranná fólie.
I přes použití ochranných systémů není vyloučeno, že při úmyslném rozbití kineskopu budou lidé zasaženi úlomky. V tomto ohledu při ničení druhého z bezpečnostních důvodů nejprve odlomí shtengel - technologickou skleněnou trubici na konci hrdla pod plastovou základnou, kterou se při výrobě odčerpává vzduch.
| zařízení s elektronovým paprskem | ||
|---|---|---|
| Vysílače | Crookesova trubice | |
| Podporovat | ||
| vzpomínání | ||
| Elektronový mikroskop | ||
| jiný |
| |
| Hlavní části |
| |
| Koncepty | ||
| Technologie displeje | |
|---|---|
| Zobrazí se video |
|
| Bez videa |
|
| 3D displeje |
|
| Statický |
|
| viz také |
|
| TV komponenty | |
|---|---|
| rádiová cesta | |
| Cesta analogového videa |
|
| Cesta digitálního videa |
|
| Analogová audio cesta | |
| Digitální audio cesta |
|
| Výstružníky a kineskop |
|
| LCD obrazovka | Displej z tekutých krystalů |
| plazmová obrazovka | Maticové síto pro vypouštění plynu |
| jiný | |