Переработка кинескопов: тенденции и проблемы. Как работает кинескопный телевизор? Другие виды электронно-лучевых приборов

Отслужившие свой срок кинескопы — источник большого количества полезных материалов, использование которых сэкономит природные ресурсы и поможет снизить влияние опасных производств на экологию.

В 2008 г. закончился век электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). По сведениям аналитиков , объем продаж ЭЛТ-мониторов составил всего лишь 0,1 % (600 тыс. шт.) от общей доли рынка, хотя еще в 2004 г. занимал 68 % (3,18 млн шт.). В 2008 году крупнейшие мировые компании объявили о прекращении производства мониторов и телевизоров с электронно-лучевой трубкой. С 2008 года распродаются остатки со складов. Поэтому тенденцию по развитию рынка ЭЛТ лучше всего рассматривать на примере 2004-2005 гг. Как показывает статистика, большая часть кинескопов выбрасывается на свалку, а не перерабатывается . (кинескоп — электронно-лучевой прибор, преобразующий электрические сигналы в световые. Его основные части: электронная пушка, формирующая пучок электронов, экран, покрытый люминофором, светящимся при попадании пучка, отклоняющая система, управляющая лучом). Экологи предупреждают, что все кинескопы должны быть переработаны в ближайшие десятилетия, иначе это отразится на окружающей среде . Но утилизировать их по правилам довольно сложно, а сфера применения продуктов рециклинга до недавнего времени неуклонно сокращалась, поэтому переработчики предпочитают хранить ЭЛТ.

От общих формулировок к конкретным правилам

На Западе над разработкой правил утилизации кинескопов трудятся не только государственные органы, но и ассоциации переработчиков, которые стараются как можно более четко и подробно описать требования к процессу утилизации. В России же пока деятельность компаний основывается на общих нормативных актах, таких как: Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ и Положение о лицензировании деятельности по обезвреживанию и размещению отходов I-IV классов опасности, утвержденное постановлением Правительства РФ от 28 марта 2012 г. № 255.

В США до 2009 г. предприятия, занимающиеся утилизацией телевизоров и мониторов, предпочитали захоронение рециклингу. Некоторые нерадивые компании даже продавали электронный скрап в Африку и Китай. Показательна статистика Альянса отраслей электронной промышленности (Electronic Industries Alliance (EIA)) — организации, разрабатывающей электрические и функциональные стандарты с идентификатором RS (Recommended Standards) : в 2000 г. только в Америке продали 530,9 тыс. т легированного стекла, предназначенного для производства ЭЛТ, а утилизировали из них всего 8,24 %.

29 января 2009 г. Агентство по охране окружающей среды (U.S. Environmental Protection Agency (EPA) упростило правила сбора и рециклинга кинескопов, тем самым увеличив долю их переработки. Неповрежденные ЭЛТ разрешили хранить как обычные отходы, но в соответствующих условиях (например, при температуре, исключающей возможность испарения свинца). Только фирмы-переработчики обязаны были утилизировать принадлежащие им кинескопы после года хранения. Поврежденные ЭЛТ хранились лишь в течение года и только в специальных контейнерах.

Проблемы переработки и реализации

Практически 42% массы любого монитора и телевизора составляет кинескоп , и именно его переработка является основной проблемой фирм, занимающихся утилизацией этих приборов. В среднем 87% массы кинескопа составляет стекло трех сортов. Экран содержит стронций, барий, свинец, защищающие зрителя от рентгеновского излучения, возникающего при работе трубки. Производители используют разные технологии защиты, наиболее распространенная из них — технология добавления в стекло до 12% стронция. Конус ЭЛТ и область электронной пушки защищены добавлением оксида свинца. Нельзя игнорировать потенциальную возможность выщелачивания при захоронении ЭЛТ токсичного свинца, хотя вероятность этого достаточно мала.

Рассмотрим два направления утилизации кинескопов: во-первых, это использование ЭЛТ-стекла как такового и, во-вторых, разделение его на составляющие (очищенное стекло и свинец) и их переработка.

Первый вариант был в свое время самым популярным и массовым. ЭЛТ-стекло использовалось в основном в производстве кинескопов. Также экранные стекла применялись в качестве шихты в производстве металла или керамики.

Но как оказалось, на стекольных заводах предпочитали использовать природные ресурсы. Тому было две причины. Во-первых, каждый изготовитель легированного стекла добавлял в него свои запатентованные примеси, состав которых не всегда афишировался. А любое лишнее вещество могло загрязнить стекловаренную печь так, что производство пришлось бы останавливать на несколько часов, а то и дней. И не было ни одного эффективного способа определения заранее точного состава сырья. Во-вторых, сбыт стекла сильно сократился, когда производство кинескопов сошло на нет в 2008 г. В итоге конкурентоспособность легированного стекла оставляла желать лучшего.

Второй вариант (рециклинг стекла) позволял экономить природные ресурсы, но стекольным заводам опять же было выгоднее покупать первичное сырье. К тому же не все переработчики оперировали технологиями, гарантирующими определенный химический состав продуктов и отсутствие выбросов. На настоящий момент они уже изобретены, поэтому постепенно эта проблема должна уйти в прошлое .

В целом компаниям до сих пор проще захоронить на полигонах отслужившие электронно-лучевые трубки, чем их переработать и утилизировать. По мнению участников совещания, проводимого Агентством по охране окружающей среды в январе 2013 г. , в США незаконно хранится 660 млн фунтов стекла, которые могли бы быть переработаны.

Сейчас на Западе уже пришли к тому, что нужна государственная поддержка и повышение конкурентоспособности ЭЛТ-стекла. Это единственный способ сделать утилизацию кинескопов рентабельной.

Ассоциации переработчиков начали выстраивать диалог с властью. Их представители уверены, что именно государство обязано контролировать качество переработки отслуживших кинескопов. Помимо этого оно должно ввести принцип расширенной ответственности производителя, то есть переложить финансовую ответственность за утилизацию ЭЛТ на плечи производителей . Также желательно, чтобы власть способствовала поиску новых технологий рециклинга, ведь повышение их конкурентоспособности по большей части зависит от уровня их развития. Тут важны и методы сортировки, применяемые в целях исключения смешивания стекла с разным процентным содержанием свинца, и методы определения примесей. Если компании смогут гарантировать состав рециклируемого сырья, это позволит на равных конкурировать с поставщиками природного сырья.

Влияние ЭЛТ-мониторов на здоровье людей и экологию

Следующая проблема, с которой столкнулись экологи и переработчики, это нарастающая паника, что кинескопы являются источниками радиации и токсичного свинца . Действительно, в них содержатся опасные вещества, но без соответствующих исследований сложно говорить, насколько вредно захоронение. Чтобы правильно оценить серьезность проблемы, нужно проследить весь жизненный цикл кинескопов: добыча сырья — производство — использование — утилизация.

По исследованиям Агентства по охране окружающей среды США , производство ЭЛТ влияет на экологию гораздо сильнее, чем их захоронение. Например, в России выбросы свинца в атмосферу стекольными заводами оцениваются в 100-200 т/год .

Больше всего пугают общественность два вещества, использованные при производстве кинескопов. Это стронций и свинец. Первый подозревают в радиоактивном излучении. Этот щелочноземельный металл по своим свойствам очень похож на кальций. Оксид стронция в составе твердого раствора оксидов других щелочноземельных металлов — кальция и бария — используется в качестве активного слоя катодов косвенного накала в электронной пушке.

Но не следует путать природный стронций и его радиоактивные изотопы. Первый нерадиоактивен и малотоксичен, он является составной частью микроорганизмов, растений и животных. Как аналог кальция, стронций лучше всего откладывается в костях, однако влияет на здоровье человека он крайне редко и только при наличии сопутствующих негативных факторов: нехватки кальция, витамина D, селена и т. д. Стронций используется в качестве заменителя кальция на производствах в металлургической и керамической промышленности, в пиротехнике (окрашивает пламя в карминово-красный цвет) и в медицине (для лечения остеопороза).

Второй металл, свинец, относится к классу высокоопасных веществ из-за его отравляющих свойства и способности накапливаться в организме живых существ. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью. Следует отметить, что вероятность выщелачивания свинца из ЭЛТ-стекол достаточно мала.

По данным Агентства по охране окружающей среды США , в ЭЛТ-мониторах содержится более чем в 40 тыс. раз больше свинца, чем в ЖК-мониторах (989 г против 0,025), однако его негативное влияние на экологию и здоровье людей гораздо меньше, чем у обычного стекла или меди. Опасен он по большей части только для работников стекольных и перерабатывающих заводов, которые могут отравиться пылью или парами свинца.

Пока не будет проведено серьезных исследований и собрано достаточно статистических данных, трудно говорить о степени угрозы природе. Но перерабатывать кинескопы надо не только из-за возможного загрязнения почвы, воды или воздуха, но и потому, что кинескопы — источник большого количества полезных материалов, использование которых сэкономит природные ресурсы и поможет снизить влияние опасных производств на экологию.

Проблемы, вставшие перед компаниями, решаются по-разному. Это и государственный контроль переработки кинескопов, и постоянный мониторинг сведений фирм об их переработке, и законодательный запрет выброса на свалку ЭЛТ-мониторов. К тому же существует тенденция применения финансовой ответственности производителя за утилизацию отслужившего свой срок оборудования. Увеличить этот срок использования помогут перепродажа или дарение мониторов нуждающимся (в школах, медучреждениях и других организациях).

Переработчики активно ищут новые точки сбыта своей продукции, а также расширяют линейку товаров. На данный момент сектор применения очищенного от свинца стекла огромен: от мельчайших компонентов для электронной промышленности до огромных элементов огнеупорного остекления, от бытовых плит до фармацевтической промышленности и солнечной энергетики . Современные технологии позволяют контролировать с высокой точностью наличие или отсутствие примесей.

В 1906 году сотрудники Брауна М. Дикман и Г. Глаге получили патент на использование трубки Брауна для передачи изображений, а в 1909 году М. Дикман предложил в статье фототелеграфное устройство для передачи изображений с помощью трубки Брауна, в устройстве для развёртки применялся диск Нипкова .

С 1902 года с трубкой Брауна работает Борис Львович Розинг . 25 июля 1907 года он подал заявку на изобретение «Способ электрической передачи изображений на расстояния». Развертка луча в трубке производилась магнитными полями, а модуляция сигнала (изменение яркости) - с помощью конденсатора, который мог отклонять луч по вертикали, изменяя тем самым число электронов, проходящих на экран через диафрагму. 9 мая 1911 года на заседании Русского технического общества Розинг продемонстрировал передачу телевизионных изображений простых геометрических фигур и приём их с воспроизведением на экране ЭЛТ.

В начале и середине XX века значительную роль в развитии ЭЛТ сыграли Владимир Зворыкин , Аллен Дюмонт и другие.

Классификация

По способу отклонения электронного луча все ЭЛТ делятся на две группы: с электромагнитным отклонением (индикаторные ЭЛТ и кинескопы) и с электростатическим отклонением (осциллографические ЭЛТ и очень небольшая часть индикаторных ЭЛТ).

По способности сохранять записанное изображение ЭЛТ делят на трубки без памяти, и трубки с памятью (индикаторные и осциллографические), в конструкции которых предусмотрены специальные элементы (узлы) памяти, с помощью которых единожды записанное изображение может многократно воспроизводиться.

По цвету свечения экрана ЭЛТ подразделяются на монохромные и многоцветные. Монохромные могут иметь разный цвет свечения: белый, зелёный, синий, красный и другие. Многоцветные подразделяются по принципу действия на двухцветные и трёхцветные. Двухцветные - индикаторные ЭЛТ, цвет свечения экрана которых меняется или за счет переключения высокого напряжения, или за счет изменения плотности тока электронного луча. Трёхцветные (по основным цветам) - цветные кинескопы, многоцветность свечения экрана которых обеспечивается специальными конструкциями электронно-оптической системы, цветоделительной маски и экрана.

Осциллографические ЭЛТ подразделяют на трубки низкочастотного и СВЧ диапазонов. В конструкциях последних применена достаточно сложная система отклонения электронного луча.

Кинескопы подразделяют на телевизионные, мониторные и проекционные (применяются в видеопроекторах). Мониторные кинескопы имеют меньший шаг маски, чем телевизионные, а проекционные кинескопы имеют повышенную яркость свечения экрана. Они являются монохромными и имеют красный, зелёный и синий цвет свечения экрана.

Устройство и принцип работы

Общие принципы

Устройство чёрно-белого кинескопа.

В баллоне 9 создан глубокий вакуум - сначала выкачивается воздух, затем все металлические детали кинескопа нагреваются индуктором для выделения поглощённых газов, для постепенного поглощения остатков воздуха используется геттер .

Для того, чтобы создать электронный луч 2 , применяется устройство, именуемое электронной пушкой . Катод 8 , нагреваемый нитью накала 5 , испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода (крупнейшие производители ЭЛТ для этого применяют собственные запатентованные технологии). Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе ) 12 можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных кинескопах применялась электромагнитная фокусировка при помощи фокусирующей катушки 3 с сердечником 11 ), предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом 14 , представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединённое с одноимённым электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом. В ряде кинескопов ранних моделей, таких, как 43ЛК3Б, конус был выполнен из металла и представлял анод сам собой. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ анод представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт.

Далее луч проходит через отклоняющую систему 1 , которая может менять направление луча (на рисунке показана магнитная отклоняющая система). В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие.

Электронный луч попадает в экран 10 , покрытый люминофором 4 . От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

Люминофор от электронов приобретает отрицательный заряд, и начинается вторичная эмиссия - люминофор сам начинает испускать электроны. В результате вся трубка приобретает отрицательный заряд. Для того, чтобы этого не было, по всей поверхности трубки находится соединённый с анодом слой аквадага - проводящей смеси на основе графита (6 ).

Кинескоп подключается через выводы 13 и высоковольтное гнездо 7 .

В чёрно-белых телевизорах состав люминофора подбирают таким, чтобы он светился нейтрально-серым цветом. В видеотерминалах, радарах и т. д. люминофор часто делают жёлтым или зелёным для меньшего утомления глаз.

Угол отклонения луча

Углом отклонения луча ЭЛТ называется максимальный угол между двумя возможными положениями электронного луча внутри колбы, при которых на экране ещё видно светящееся пятно. От величины угла зависит отношение диагонали (диаметра) экрана к длине ЭЛТ. У осциллографических ЭЛТ составляет как правило до 40°, что связано с необходимостью повысить чувствительность луча к воздействию отклоняющих пластин и обеспечить линейность характеристики отклонения. У первых советских телевизионных кинескопов с круглым экраном угол отклонения составлял 50°, у чёрно-белых кинескопов более поздних выпусков был равен 70°, начиная с 1960-х годов увеличился до 110° (один из первых подобных кинескопов - 43ЛК9Б). У отечественных цветных кинескопов составляет 90°.

При увеличении угла отклонения луча уменьшаются габариты и масса кинескопа, однако:

увеличивается мощность, потребляемая узлами развёртки. Для решения этой проблемы уменьшался диаметр горловины кинескопа, что, однако, потребовало изменения конструкции электронной пушки.
возрастают требования к точности изготовления и сборки отклоняющей системы, что было реализовано путём компоновки кинескопа с отклоняющей системой в единый модуль и сборки его в заводских условиях.
возрастает число необходимых элементов настройки геометрии растра и сведения .

Всё это привело к тому, что в некоторых областях до сих пор применяются 70-градусные кинескопы. Также угол в 70° продолжает применяться в малогабаритных чёрно-белых кинескопах (например, 16ЛК1Б), где длина не играет такой существенной роли.

Ионная ловушка

Так как внутри ЭЛТ невозможно создать идеальный вакуум, внутри остаётся часть молекул воздуха. При столкновении с электронами из них образуются ионы , которые, имея массу, многократно превышающую массу электронов, практически не отклоняются, постепенно выжигая люминофор в центре экрана и образуя так называемое ионное пятно. Для борьбы с этим до середины 1960-х годов применялся принцип «ионной ловушки»: ось электронной пушки была расположена под некоторым углом к оси кинескопа, а расположенный снаружи регулируемый магнит обеспечивал поле, поворачивающее поток электронов к оси. Массивные же ионы, двигаясь прямолинейно, попадали в собственно ловушку.

Однако данное построение вынуждало увеличивать диаметр горловины кинескопа, что приводило к росту необходимой мощности в катушках отклонящей системы.

В начале 1960-х годов был разработан новый способ защиты люминофора: алюминирование экрана, кроме того, позволившее вдвое повысить максимальную яркость кинескопа, и необходимость в ионной ловушке отпала.

Задержка подачи напряжения на анод либо модулятор

В телевизоре, строчная развёртка которого выполнена на лампах, напряжение на аноде кинескопа появляется только после прогрева выходной лампы строчной развёртки и демпферного диода. Накал кинескопа к этому моменту успевает разогреться.

Внедрение в узлы строчной развёртки полностью полупроводниковой схемотехники породило проблему ускоренного износа катодов кинескопа по причине подачи напряжения на анод кинескопа одновременно с включением. Для борьбы с этим явлением были разработаны любительские узлы, обеспечивавшие задержку подачи напряжения на анод либо модулятор кинескопа. Интересно, что в некоторых из них, несмотря на то, что они были предназначены для установки в полностью полупроводниковые телевизоры, в качестве элемента задержки использовалась радиолампа. Позднее начали выпускаться телевизоры промышленного производства, в которых такая задержка предусмотрена изначально.

Развёртка

Чтобы создать на экране изображение, электронный луч должен постоянно проходить по экрану с высокой частотой - не менее 25 раз в секунду. Этот процесс называется развёрткой . Есть несколько способов развёртки изображения.

Растровая развёртка

Электронный луч проходит весь экран по строкам. Возможны два варианта:

1-2-3-4-5-… (построчная развёртка);
1-3-5-7-…, затем 2-4-6-8-… (чересстрочная развёртка).

Векторная развёртка

Электронный луч проходит вдоль линий изображения. Векторная развёртка применялась в игровой консоли Vectrex .

Развёртка на экране радара

В случае использования экрана кругового обзора, т. н. тайпотрона, электронный луч проходит по радиусам экрана (экран при этом имеет форму круга). Служебная информация (цифры, буквы, топографические знаки) либо отображается векторным методом, либо развёртывается дополнительно сквозь знаковую матрицу (находится в электронно-лучевой пушке).

Цветные кинескопы

Устройство цветного кинескопа. 1 -Электронные пушки. 2 - Электронные лучи. 3 - Фокусирующая катушка. 4 - Отклоняющие катушки. 5 - Анод. 6 - Маска, благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, и т. д. 7 - Красные, зелёные и синие зёрна люминофора. 8 - Маска и зёрна люминофора (увеличенно).

Цветной кинескоп отличается от чёрно-белого тем, что в нём три пушки - «красная», «зелёная» и «синяя» (1 ). Соответственно, на экран 7 нанесены в некотором порядке три вида люминофора - красный, зелёный и синий (8 ).

В зависимости от типа применённой маски, пушки в горловине кинескопа расположены дельтообразно (в углах равностороннего треугольника) либо планарно (на одной линии). Некоторые одноимённые электроды разных электронных пушек соединены проводниками внутри кинескопа. Это ускоряющие электроды, фокусирующие электроды, подогреватели (соединены параллельно) и, часто, модуляторы. Такая мера необходима для экономии количества выводов кинескопа, ввиду ограниченных размеров его горловины.

На красный люминофор попадает только луч от красной пушки, на зелёный - только от зелёной, и т. д. Это достигается тем, что между пушками и экраном установлена металлическая решётка, именуемая маской (6 ). В современных кинескопах маска выполнена из инвара - сорта стали с небольшим коэффициентом температурного расширения.

Типы масок

Существует два типа масок:

Среди этих масок нет явного лидера: теневая обеспечивает высокое качество линий, апертурная даёт более насыщенные цвета и высокий КПД. Щелевая сочетает достоинства теневой и апертурной, но склонна к муарам .

Чем меньше элементы люминофора, тем более высокое качество изображения способна дать трубка. Показателем качества изображения является шаг маски .

Для теневой решётки шаг маски - расстояние между двумя ближайшими отверстиями маски (соответственно, расстояние между двумя ближайшими элементами люминофора одного цвета).
Для апертурной и щелевой решётки шаг маски определяется как расстояние по горизонтали между щелями маски (соответственно, горизонтальное расстояние между вертикальными полосами люминофора одного цвета).

В современных мониторных ЭЛТ шаг маски находится на уровне 0,25 мм. Телевизионные кинескопы, просмотр изображения на которых осуществляется с большего расстояния, используют шаги до 0,6 мм.

Сведение лучей

Так как радиус кривизны экрана много больше расстояния от него до электронно-оптической системы вплоть до бесконечности в плоских кинескопах, а без применения специальных мер точка пересечения лучей цветного кинескопа находится на постоянном расстоянии от электронных пушек, необходимо добиться того, чтобы эта точка находилась точно на поверхности теневой маски, в противном случае образуется рассовмещение трёх цветовых составляющих изображения, увеличивающееся от центра экрана к краям. Чтобы этого не происходило, необходимо должным образом сместить электронные лучи. В кинескопах с дельтообразным расположением пушек это делается специальной электромагнитной системой, управляемой отдельно устройством, которое в старых телевизорах была вынесена в отдельный блок - блок сведения - для периодических регулировок. В кинескопах с планарным расположением пушек регулировка производится при помощи специальных магнитов, расположенных на горловине кинескопа. Со временем, особенно у кинескопов с дельтообразным расположением электронных пушек, сведение нарушается и нуждается в дополнительной регулировке. Большинство компаний по ремонту компьютеров предлагают услугу повторного сведения лучей монитора.

Размагничивание

Свечение выключенного из сети цветного кинескопа - нормальное явление.

Необходимо в цветных кинескопах для снятия влияющей на качество изображения остаточной или случайной намагниченности теневой маски и электростатического экрана.

Размагничивание происходит благодаря возникновению в так называемой петле размагничивания - кольцеобразной гибкой катушке большого диаметра, расположенной на поверхности кинескопа - импульса быстропеременного затухающего магнитного поля. Для того, чтобы этот ток после включения телевизора постепенно уменьшался, используются терморезисторы . Многие мониторы дополнительно к терморезисторам содержат реле , которое по окончании процесса размагничивания кинескопа отключает питание этой цепи, чтобы терморезистор остыл. После этого можно специальной клавишей, либо, чаще, особой командой в меню монитора, вызвать срабатывание этого реле и провести повторное размагничивание в любой момент, не прибегая к отключению и включению питания монитора.

Тринескоп

Тринескопом называется конструкция, состоящая из трёх чёрно-белых кинескопов, светофильтров и полупрозрачных зеркал (либо дихроичных зеркал, объединяющих функции полупрозрачных зеркал и фильтров), используемая для получения цветного изображения .

Применение

Кинескопы используются в системах растрового формирования изображения: различного рода телевизорах , мониторах , видеосистемах .

Осциллографические ЭЛТ наиболее часто используются в системах отображения функциональных зависимостей: осциллографах , вобулоскопах, также в качестве устройства отображения на радиолокационных станциях, в устройствах специального назначения; в советские годы использовались и в качестве наглядных пособий при изучении устройства электронно-лучевых приборов в целом.

Знакопечатающие ЭЛТ используются в различной аппаратуре специального назначения.

Обозначение и маркировка

Обозначение отечественных ЭЛТ состоит из четырёх элементов:

Первый элемент: число, указывающее диагональ прямоугольного либо диаметр круглого экрана в сантиметрах;
Второй элемент: две буквы, указывающие на принадлежность ЭЛТ к определённому конструктивному виду. ЛК - кинескоп, ЛМ - трубка с электромагнитным отклонением луча, ЛО - трубка с электростатическим отклонением луча, ЛН - трубки с памятью (индикаторные и осциллографические);
Третий элемент: число, указывающие номер модели данной трубки с данной диагональю, при этом для осциллографических трубок СВЧ -диапазона нумерация начинается с номера 101;
Четвёртый элемент: буква, указывающая цвет свечения экрана. Ц - цветной, Б - белого свечения, И - зелёного свечения, В - жёлто-зелёного свечения, С - оранжевого свечения, П - красного свечения, А - синего свечения. Х - обозначает экземпляр, имеющий худшие светотехнические параметры по сравнению с прототипом.

В особых случаях к обозначению может добавляться пятый элемент, несущий дополнительную информацию.

Пример: 50ЛК2Б - чёрно-белый кинескоп с диагональю экрана 50 см, вторая модель, 3ЛО1И - осциллографическая трубка с диаметром экрана зелёного свечения 3 см, первая модель.

Воздействие на здоровье

Электромагнитное излучение

Это излучение создаётся не самим кинескопом, а отклоняющей системой. Трубки с электростатическим отклонением, в частности, осциллографические, его не излучают.

В мониторных кинескопах для подавления этого излучения отклоняющую систему часто закрывают ферритовыми чашками. Телевизионные кинескопы такой экранировки не требуют, поскольку зритель обычно сидит на значительно большем расстоянии от телевизора, чем от монитора.

Ионизирующее излучение

В кинескопах присутствует ионизирующее излучение двух видов.

Первое из них - это сам электронный луч, представляющий собой, по сути, поток бета-частиц низкой энергии (25 кЭв). Наружу это излучение не выходит, и опасности для пользователя не представляет.

Второе - тормозное рентгеновское излучение, которое возникает при бомбардировке экрана электронами. Для ослабления выхода этого излучения наружу до полностью безопасных величин стекло легируют свинцом (см. ниже). Однако, в случае неисправности телевизора или монитора, приводящей к значительному повышению анодного напряжения, уровень этого излучения может увеличиться до заметных величин. Для предотвращения таких ситуаций блоки строчной развёртки оборудуют узлами защиты.

В отечественных и зарубежных телевизорах цветного изображения, выпущенных до середины 1970-х годов, могут встречаться дополнительные источники рентгеновского излучения - стабилизирующие триоды, подключаемые параллельно кинескопу, и служащие для стабилизации анодного напряжения, а значит, и размеров изображения. В телевизорах «Радуга-5» и «Рубин-401-1» используются триоды 6С20С, в ранних моделях УЛПЦТ - ГП-5 . Поскольку стекло баллона такого триода значительно тоньше, чем у кинескопа, и не легировано свинцом, он является значительно более интенсивным источником рентгеновского излучения, чем сам кинескоп, поэтому его помещают в специальный стальной экран. В более поздних моделях телевизоров УЛПЦТ используются иные методы стабилизации высокого напряжения, и этот источник рентгеновского излучения исключён.

Мерцание

Монитор Mitsubishi Diamond Pro 750SB (1024x768, 100 Гц), снятый с выдержкой 1/1000 с. Яркость искусственно завышена; показана реальная яркость изображения в разных точках экрана.

Луч ЭЛТ-монитора, формируя изображение на экране, заставляет светиться частицы люминофора. До момента формирования следующего кадра эти частицы успевают погаснуть, поэтому можно наблюдать «мерцание экрана». Чем выше частота смены кадров, тем менее заметно мерцание. Низкая частота ведет к усталости глаз и наносит вред здоровью в том числе приступы эпилепсий у людей, страдающих фотосенситивной эпилепсией, а также приступы мигрени у людей, страдающих мигренью.

У большинства телевизоров на базе электронно-лучевой трубки ежесекундно сменяется 25 кадров, что с учётом чересстрочной развёртки составляет 50 полей (полукадров) в секунду (Гц). В современных моделях телевизоров эта частота искусственно завышается до 100 герц. При работе за экраном монитора мерцание чувствуется сильнее, так как при этом расстояние от глаз до кинескопа намного меньше, чем при просмотре телевизора. Минимальной рекомендуемой частотой обновления экрана монитора является частота 85 герц. Ранние модели мониторов не позволяют работать с частотой развёртки более 70-75 Гц. Мерцание ЭЛТ явно можно наблюдать боковым зрением.

Нечёткое изображение

Изображение на электронно-лучевой трубке является размытым по сравнению с другими видами экранов. Считается, что размытое изображение - один из факторов, способствующих усталости глаз у пользователя. С другой стороны, при использовании качественных мониторов, размытие не оказывает сильного влияния на здоровье человека, а сам эффект размытия позволяет не использовать сглаживание экранных шрифтов на мониторе, что отображается на качестве восприятия картинки, отсутствуют искажения шрифтов, присущие ЖК-дисплеям . На качественных мониторах изображение получается довольно чётким.

Высокое напряжение

В работе ЭЛТ применяется высокое напряжение. Остаточное напряжение в сотни вольт, если не принимать никаких мер, может задерживаться на ЭЛТ и схемах «обвязки» неделями. Поэтому в схемы добавляют разряжающие резисторы, которые делают телевизор вполне безопасным уже через несколько минут после выключения.

Вопреки распространённому мнению, напряжение анода ЭЛТ обычно неспособно убить человека из-за небольшой мощности преобразователя напряжения - будет лишь ощутимый удар током. Однако, и он может оказаться смертельным при наличии у человека пороков сердца. Он может также приводить к травмам, включая летальные, косвенным образом, когда, отдёрнув руку, человек касается других цепей телевизора и монитора, содержащих чрезвычайно опасные для жизни напряжения - а такие цепи присутствуют во всех моделях телевизоров и мониторов, использующих ЭЛТ, - а также включая чисто механические травмы, сопряженные со внезапным бесконтрольным падением, вызванным электрической судорогой.

Ядовитые вещества

Любая электроника (в том числе ЭЛТ) содержит вещества, вредные для здоровья и окружающей среды. В числе их: соединения бария в катодах , люминофоры .

Использованные ЭЛТ в большинстве стран считаются опасным мусором и подлежат вторичной переработке или захоронению на отдельных полигонах.

Взрыв ЭЛТ

Поскольку внутри ЭЛТ вакуум, за счёт давления воздуха на один только экран 17-дюймового монитора приходится нагрузка около 800 кг - вес микролитражного легкового автомобиля . При работе с ранними моделями кинескопов правила техники безопасности требовали использования защитных рукавиц, маски и очков. Перед экраном кинескопа в телевизоре устанавливался стеклянный защитный экран, а по краям - металлическая защитная маска.

Начиная со второй половины 1960-х годов опасная часть кинескопа прикрывается специальным металлическим взрывозащитным бандажом , выполненным в виде цельнометаллической штампованной конструкции либо намотанной в несколько слоёв ленты. Такой бандаж исключает возможность самопроизвольного взрыва . В некоторых моделях кинескопов дополнительно использовалась защитная плёнка, покрывавшая экран.

Несмотря на применение защитных систем, не исключается поражение людей осколками при умышленном разбивании кинескопа. В связи с этим при уничтожении последнего для безопасности предварительно разбивают штенгель - технологическую стеклянную трубку в торце горловины под пластмассовым цоколем, через которую при производстве осуществляется откачка воздуха.

Малогабаритные ЭЛТ и кинескопы с диаметром или диагональю экрана до 15 см опасности не представляют и взрывозащитными приспособлениями не оснащаются.

Другие виды электронно-лучевых приборов

Кроме кинескопа, к электронно-лучевым приборам относят:

Квантоскоп (лазерный кинескоп) - разновидность кинескопа, экран которого представляет собой матрицу полупроводниковых лазеров , накачиваемых электронным лучом. Квантоскопы применяются в проекторах изображения.
Знакопечатающая электронно-лучевая трубка.
Индикаторная электронно-лучевая трубка используются в индикаторах радиолокационных станциий.
Запоминающая электронно-лучевая трубка .
- Тайпотрон
- Графекон
Передающая телевизионная трубка преобразует световые изображения в электрические сигналы.
Моноскоп - передающая электронно-лучевая трубка, преобразующая единственное изображение, выполненное непосредственно на фотокатоде, в электрический сигнал. Применялся для передачи изображения телевизионной испытательной таблицы (например, ТИТ-0249).
Кадроскоп - электронно-лучевая трубка с видимым изображением, предназначенная для настройки блоков разверток и фокусировки луча в аппаратуре, использующей электронно-лучевые трубки без видимого изображения (графеконы, моноскопы, потенциалоскопы). Кадроскоп имеет цоколевку и привязочные размеры, аналогичные электронно-лучевой трубке, используемой в аппаратуре. Более того, основная ЭЛТ и кадроскоп подбираются по параметрам с очень высокой точностью и поставляются только комплектом. При настройке вместо основной трубки подключают кадроскоп.

См. также

Примечания

Литература

Д. Бриллиантов, Ф. Игнатов, В. Водычко. Однолучевой цветной кинескоп - хромоскоп 25ЛК1Ц. Радио № 9, 1976. С. 32, 33.
Бурак Я. И., Огирко И. В. Об определении термоупругого состояния оболочки экрана кинескопа с учетом температурной зависимости характеристик материала // Качество, прочность, надежность и технологичность электровакуумных приборов. - Киев: Наук. думка, 1976. - С.59-62.

Ссылки

С. В. Новаковский. 90 лет электронному телевидению // Электросвязь № 6, 1997
П. Соколов. Мониторы // iXBT, 1999
Mary Bellis. The History of the Cathode Ray Tube // About:Inventors
Евгений Козловский. Старый друг лучше «Компьютерра» № 692, 27 июня 2007
Мухин И. А. Как выбрать ЭЛТ-монитор Компьютер-бизнес-маркет № 49(286), ноябрь-декабрь 2004. С. 366-371

Пассивные твердотельные	Резистор · Переменный резистор · Подстроечный резистор · Варистор · Конденсатор · Переменный конденсатор · Подстроечный конденсатор · Катушка индуктивности · Кварцевый резонатор · Предохранитель · Самовосстанавливающийся предохранитель · Трансформатор
Активные твердотельные	Диод · Светодиод · Фотодиод · Полупроводниковый лазер · Диод Шоттки · Стабилитрон · Стабистор · Варикап · Вариконд · Диодный мост · Лавинно-пролётный диод ·

Пассивные твердотельные

Резистор · Переменный резистор · Подстроечный резистор · Варистор · Конденсатор · Переменный конденсатор · Подстроечный конденсатор · Катушка индуктивности · Кварцевый резонатор · Предохранитель · Самовосстанавливающийся предохранитель · Трансформатор

Активные твердотельные

Диод · Светодиод · Фотодиод · Полупроводниковый лазер · Диод Шоттки · Стабилитрон · Стабистор · Варикап · Вариконд · Диодный мост · Лавинно-пролётный диод ·

Подойдем к экрану включенного телевизора и пристально приглядимся к нему (лучше, через увеличительное стекло). Мы увидим, что изображение состоит из мельчайших точек или полосок . Эти точки переливаются цветами, становятся то тусклее, то ярче, но стоит отойти от экрана на шаг — и перед нами снова движущаяся картинка. Человеческий мозг обладает способностью «собирать» из сливающихся воедино точек целую картинку, а последовательность быстро сменяющихся неподвижных изображений мы воспринимаем как движущееся изображение.

Экран кинескопного телевизора — это видимая часть сложного электронного прибора, который называется и формой отдаленно напоминает грушу.

Там, где у груши черенок, у кинескопа размещено устройство, которое называетсяать электронной пушкой . «Пушка» выстреливает электронными потоками (невидимыми глазу потоками мельчайших частиц) в направлении экрана.

Сам экран покрыт крошечными точками люминофора (именно их мы и видели через лупу). Люминофор — это вещество с особыми свойствами. При попадании на него электронного луча, он начинает светиться, и чем луч мощнее, тем ярче светится люминофор. На экране черно-белого телевизора изображение складывается из таких вот маленьких точек, которые «бомбардирует» электронный луч. Там, где на люминофор падает особенно мощный поток из «пушки» мы видим яркое свечение, то есть белый цвет. Там где луч послабее — серый. Те же точки, по которым «пушка» в это мгновение не «стреляет» , мы воспринимаем как черный цвет. Так из черных, серых и белых точек на экране складывается черно-белая картинка. Точки собраны в строки — идущие справа налево ряды. Всего таких рядов 625.

Да, но ведь на экране цветного телевизора мы видим не только черный, серый и белый цвета, но и красный, изумрудный, фиолетовый, оранжевый… Как же дело обстоит там? Устройство кинескопа цветного телевизора несколько сложнее. Здесь экран поделен на точки (или полоски), каждая из которых состоит из трех участков люминофора с разными свойствами. Один из участков при попадании на него электронного потока светится зеленым цветом, другой — синим, и третий — красным. Оказывается, все остальные цвета можно получить, смешивая только эти три.

Проведем небольшой эксперимент. Возьмем два карманных фонарика и наденем на стекло фильтры из прозрачной цветной пленки — на один красную, на другой зеленую. Теперь зайдем в темную комнату и направим оба фонарика на стену. Мы видим два круга — зеленый и красный. Теперь сдвинем их вместе. Там, где круги пересекутся появится участок желтого цвета! А если к двум фонарикам добавить третий, с синим фильтром, и совместить три круга, мы увидим еще три цвета — малиновый, бирюзовый и — там где пересекаются все три круга — белый.

Если бы у нас была возможность сделать так, чтобы один фонарик светил ярче, а другой слабее, то на пересечении кругов получались бы другие оттенки цветов. В них было бы, скажем больше красного, но меньше зеленого, или больше зеленого, но меньше синего. Так можно получить любой цвет — и оранжевый, и лиловый, и бежевый.

Теперь мы понимаем, что для того, чтобы на экране телевизора появилось полноцветное изображение, одного луча из электронной пушки недостаточно . Нужно чтобы каждый из участков люминофора — красный, синий и зеленый — «обстреливался» отдельным лучом. Заставляя светиться эти разноцветные участки то ярче, то более тускло, три луча будут создавать в точке экрана любой цвет, смешивая всего три «самых главных» из них.

Остается самый интересный вопрос. Ведь если электронная пушка черно-белого телевизора «выстреливает» всего одним лучом всего в одну крохотную точку, а в цветном телевизоре таких луча три, то как же возникает изображение одновременно на всем экране? Да еще при этом получается движущаяся картинка.

Действительно, в каждое мгновение три электронных луча «бомбардируют» только одну точку экрана. Но это мгновение настолько коротко, что за секунду лучи «оббегают » все точки люминофора на экране 25 раз . Это настолько быстро, что человеческий глаз видит на экране лишь непрерывно меняющееся изображение. Происходит это благодаря тому, что люминофор после встречи с электронным лучом гаснет не сразу, а еще некоторое время сохраняет свечение. Именно поэтому, пока телевизор не выключен, экран его никогда не гаснет.

Специальные электромагниты , управляемые электрическими сигналами, направляют электронные лучи, заставляя их оббегать все строки экрана за считанные доли секунды!

©При частичном или полном использовании данной статьи - активная гиперссылка ссылка на сайт ОБЯЗАТЕЛЬНА

· Применение · Обозначение и маркировка · Воздействие на здоровье · Другие виды электронно-лучевых приборов · Близкие статьи · Примечания · Литература · Официальный сайт ·

Общие принципы

В баллоне 9 создан глубокий вакуум - сначала выкачивается воздух, после все металлические детали кинескопа нагреваются индуктором для выделения поглощённых газов, для постепенного поглощения остатков воздуха используется геттер.

Для того, чтобы создать электронный луч 2 , используется устройство, именуемое электронной пушкой . Катод 8 , нагреваемый нитью накала 5 , испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода (крупнейшие производители ЭЛТ для этого применяют собственные запатентованные технологии). Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе ) 12 можно изменять интенсивность электронного луча и, следовательно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных кинескопах применялась электромагнитная фокусировка при помощи фокусирующей катушки 3 с сердечником 11 ), предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом 14 , представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединённое с одноимённым электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом. В ряде кинескопов ранних моделей, таких, как 43ЛК3Б, конус был выполнен из металла и представлял анод сам собой. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ анод представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт.

Кинескоп подключается через выводы 13 и высоковольтное гнездо 7 .

Угол отклонения луча

При увеличении угла отклонения луча уменьшаются габариты и масса кинескопа, но в тоже время:

увеличивается мощность, потребляемая узлами развёртки. Для решения этой проблемы уменьшался диаметр горловины кинескопа, что, однако, потребовало изменения конструкции электронной пушки.
возрастают требования к точности изготовления и сборки отклоняющей системы, что было реализовано путём компоновки кинескопа с отклоняющей системой в единый модуль и сборки его в заводских условиях.
возрастает число необходимых элементов настройки геометрии растра и сведения .

Всё это привело к тому, что в некоторых областях в настоящий момент применяются 70-градусные кинескопы. Также угол в 70° продолжает применяться в малогабаритных чёрно-белых кинескопах (к примеру, 16ЛК1Б), где длина не играет такой существенной роли.

Ионная ловушка

Поскольку внутри ЭЛТ нельзя создать идеальный вакуум, внутри остаётся часть молекул воздуха. При столкновении с электронами из них образуются ионы, которые, имея массу, многократно превышающую массу электронов, практически не отклоняются, постепенно выжигая люминофор в центре экрана и образуя так называемое ионное пятно. Для борьбы с этим до середины 1960-х годов применялся принцип «ионной ловушки»: ось электронной пушки была расположена под некоторым углом к оси кинескопа, а расположенный снаружи регулируемый магнит обеспечивал поле, поворачивающее поток электронов к оси. Массивные же ионы, двигаясь прямолинейно, попадали в собственно ловушку.

Но в тоже время данное построение вынуждало увеличивать диаметр горловины кинескопа, что приводило к росту необходимой мощности в катушках отклоняющей системы.

Задержка подачи напряжения на анод либо модулятор

Расскажите о назначении кинескопа.

Из чего состоит черно-белый кинескоп?

Расскажите об экранах черно-белого кинескопа.

Нарисуйте типовую зависимость тока луча от напряжения между катодом и модулятором.

Укажите рабочий интервал напряжений и токов на этой характеристике.

3.2. Кинескопы цветного изображения

В зависимости от количества электронных лучей кинескопы цветного изображения бывают трехлучевыми и однолучевыми. В трехлучевых кинескопах цветное изображение получается сложением трех моноцветных изображений, одновременно создаваемых тремя лучами. В однолучевых кинескопах цветное изображение образуется при сложении трех моноцветных изображений, образуемых одним лучом, последовательно друг за другом.

Состав и особенности конструкции трехлучевых кинескопов цветного изображения. Составные части кинескопа цветного телевидения изображены на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Состав кинескопа цветного изображения: 1 – стеклянная колба; 2 – электронно-оптическая система; 3 – люминофорный экран; 4 – система магнитов, надеваемая на горловину трубки; 5 – теневая маска; 6 – отклоняющая система

Электронно-оптическая система состоит из трех идентичных устройств – электронных прожекторов R -, G -, B -лучей. Каждый из прожекторов формирует поток электронов (электронный луч), управляет плотностью электронов в луче и фокусирует его у поверхности экрана. Состав и конструкция прожекторов аналогичны прожектору кинескопа черно-белого изображения. Подогреватели трех прожекторов соединены внутри кинескопа параллельно. Фокусирующие электроды прожекторов соединены вместе, а вторые аноды через внутреннее проводящее покрытие, нанесенное на колбу, подсоединены к теневой маске и защитной алюминиевой пленке люминофорного слоя кинескопа.

В зависимости от положения прожекторов в горловине трубки кинескопы бывают разных видов. Если прожекторы находятся в вершинах равностороннего треугольника, плоскость которого перпендикулярна оси кинескопа, то такие приемные трубки называются кинескопами с дельтаобразным расположением прожекторов (рис. 3.6).

Если прожекторы размещены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось трубки, то такие приборы называются кинескопами с планарным расположением прожекторов (рис 3.7).

Люминофорное покрытие кинескопов представляет собой периодически повторяющиеся люминофорные группы. В дельта-кинескопах люминофорная группа состоит из трех рядом расположенных точечных зерен красного R , синего G и зеленого B свечения (рис. 3.6). Размеры зерен малы, порядка 0,3 мм. Количество люминофорных групп на экране около 500 тысяч. В планарных кинескопах люминофорное покрытие выполнено в виде чередующихся полосок люминофоров красного, синего и зеленого свечения.

Рис. 3.6. К пояснению попадания электронных лучей на люминофорные зерна в дельта-кинескопе

Рис. 3.7. К пояснению принципа попадания электронных лучей на люминофорные полосы в планарном кинескопе

Теневая маска и система магнитов , надеваемых на горловину трубки, обеспечивает попадание R -, G -, B -лучей, сформированных в прожекторах, только на люминофоры своего цвета (свечения). Теневая маска изготовляется из стального листа со множеством отверстий, по числу люминофорных групп. В дельта-кинескопах отверстия выполнены в виде окружностей диаметром 0,25 мм.

В планарных кинескопах отверстия в маске сделаны в виде вертикальных щелей и имеют горизонтальные перемычки, увеличивающие механическую прочность маски. Маска располагается перед экраном на расстоянии 12 мм.

Как в дельта-кинескопе, так и планарном кинескопе лучи всех трех прожекторов, в какую бы область экрана они не были направлены, должны пересекаться внутри соответствующего отверстия маски. Проходя через отверстие маски, лучи снова расходятся, и каждый из них попадает на свой люминофор в группе, расположенной за отверстием.

Схемы включения планарных и дельта-кинескопов несколько отличаются друг от друга. В дельта-кинескопах катоды 3, 4, 5 соединяются вместе (рис. 3.8). В конструкции планарного кинескопа соединены модуляторы 6, 7, 8 и ускоряющие электроды 9, 10, 11.

Рис. 3.8. Схематическое изображение кинескопа и его элементов: 1, 2 – накал; 3, 4, 5 – катоды; 6, 7, 8 – модуляторы; 9, 10, 11 – ускоряющие электроды; 12 – фокусирующие электроды; 13 – второй анод

Для обеспечения рабочего режима кинескопа на его электроды подаются постоянные напряжения. Величина этих напряжений составляет:

– напряжение на катодах кинескопа 180 В < U К < 230 В;

– напряжение на модуляторах дельта-кинескопов 80 В < U M < 150 В; на модуляторах планарных кинескопов U М 0;

– напряжение на ускоряющих электродах 400 В < U У < 800 В;

– напряжение на фокусирующих электродах 4 кВ < U Ф < 7 кВ;

– напряжение на втором аноде 21 кВ < U A 2 < 27 кВ.

Искажения изображения в дельта-кинескопах. Неискаженное цветное изображение на экране кинескопа получается при выполнении двух условий:

– луч каждого прожектора должен попадать только на «свои» люминофорные зерна по всему экрану;

– цветные изображения от каждого из лучей не должны расходиться между собой в любой точке экрана.

Невыполнение первого условия называется нарушением чистоты цвета. Невыполнение второго условия называется аберрацией.

Нарушение чистоты цвета. Нарушение чистоты цвета – это появление цветных пятен на белом растре. Чтобы понять причины этого явления кратко остановимся на способе изготовления люминофорных «зерен» на экране дельта-кинескопа.

Люминофорные «зерна» при изготовлении кинескопа наносят на экран фотографическим способом. Экран покрывают люминофором, вызывающим, например, свечение синего цвета. Поверх этого слоя наносят светочувствительную пленку. Неподвижный инфракрасный источник света располагают на некотором расстоянии от экрана со стороны маски. Лучи этого источника света, проходя через отверстия маски высвечивают световые пятна на светочувствительной пленке. При дальнейшей обработке экрана вся светочувствительная пленка и люминофор в не засвеченных местах удаляется с поверхности экрана. Таким образом, на экране остаются «зерна» люминофора синего цвета. Аналогичным способом создаются и люминофорные «зерна» двух других цветов. При формировании «зерен» источники инфракрасного излучения размещаются в вертикальной плоскости в вершинах равностороннего треугольника, через центр тяжести которого проходит ось кинескопа.

Для нормальной работы изготовленного кинескопа необходимо, чтобы центры отклонения лучей прожекторов находились в точках, где располагались источники света. При этом условии угол вхождения электронного луча каждого из прожекторов в отверстия маски будет равен углу вхождения светового луча от соответствующего инфракрасного источника в это же отверстие. Нарушение этого условия приводит к тому, что электронный луч, проходя отверстия маски под «неправильным» углом, попадает на люминофор другого цвета. В результате изменяется цвет свечения экрана.

Нарушения чистоты цвета могут возникнуть из-за погрешностей изготовления и установки электронно-оптической системы (ЭОС) в трубке, из-за смещения отклоняющей системы вдоль горловины трубки, из-за влияния магнитного поля Земли на электронные лучи прожекторов.

Погрешности изготовления и установки ЭОС, воздействие магнитного поля Земли, устраняются специальными постоянными магнитами чистоты цвета. Смещение ОС может быть устранено перемещением отклоняющей системы по оси кинескопа.

С помощью магнитов чистоты цвета, не меняя взаимного расположения центров излучения лучей, можно передвигать эти центры одновременно в плоскости, перпендикулярной оси кинескопа. Перемещение плоскости центров излучения осуществляется передвижением ОС по горловине трубки. Таким образом, эти две операции позволяют совместить центры излучения лучей с точками расположения инфракрасных источников света при изготовлении кинескопа. Магниты чистоты цвета состоят из двух одинаковых колец, надеваемых на горловину трубки (рис. 3.9).

Кольца сделаны из магнитного материала и намагничены по диаметру каждое. Изменяя положение колец (путем их поворота на горловине трубки относительно друг друга или же поворачивая оба кольца вместе), можно менять величину и направление магнитных силовых линий. Это объясняется тем, что результирующее магнитное поле образуется геометрическим сложением векторов полей каждого из колец. Кольца намагничены до одинакового уровня, поэтому при встречном расположении колец результирующее поле равно нулю. При согласованном расположении колец получившееся максимальное суммарное поле обеспечивает сдвиг лучей порядка 20 мм.

Рис. 3.9. Магниты чистоты цвета

Аберрации подразделяются на аберрации в центральной части экрана и периферийные аберрации. Аберрации в центре экрана возникают при неправильной установке прожекторов в ЭОС. (Прожектора дельта-кинескопа должны находиться в вершинах равностороннего треугольника, угол наклона оси каждого прожектора к оси кинескопа должен составлять 1). При нарушении этих условий в центре экрана кинескопа видны три или две светящиеся точки, цвет которых отличен от белого. Это объясняется тем, что лучи попадают в разные отверстия маски центральной части кинескопа, в итоге оказываются на люминофоры соседних триад. Для совмещения лучей в центре экрана служат магниты статического сведения. Они входят в систему сведения лучей, которая изображена на рис. 3.10.

– это намагниченные по диаметру цилиндрики из феррита бария. Цилиндрики вставляются в отверстия П-образного ферритового магнитопровода. Три таких магнитопровода укрепляются в вершинах равностороннего треугольника на общей плате, которая располагается на горловине кинескопа позади отклоняющей системы. Внутри горловины кинескопа в областях магнитных полей, создаваемых магнитами статического сведения, монтируются специальные полюсные наконечники. Электронный луч каждого прожектора проходит между пластинами «своего» полюсного наконечника. Чтобы магнитные поля между пластинами полюсных наконечников не влияли друг на друга, между полюсными наконечниками ставятся магнитные экраны. При повороте цилиндриков вокруг их осей величина и направление магнитного поля изменяется и, следовательно, электронный луч перемещается между пластинами полюсного наконечника вдоль радиуса горловины кинескопа. Магниты радиального смещения должны обеспечивать перемещение светящихся точек в середине экрана не менее ±10 мм от начального. Передвигая зеленый и красный луч в радиальном направлении, всегда можно совместить их на экране кинескопа в одну точку. Если эта точка не будет находиться в центре экрана, то радиальные перемещения синего луча относительно центра экрана не приведут к совмещению его с лучами G и R , поэтому возникает необходимость в применении дополнительного магнита бокового смещения синего луча. При регулировке этим магнитом синий луч перемещается в горизонтальном направлении.

Рис. 3.10. Система сведения лучей: 1 – магниты статического сведения; 2 – П-образный магнитопровод; 3 – магнитный экран; 4 – полюсные наконечники; 5 – катушки динамического сведения

Аберрации по периферии экрана проявляются в расхождении цветных изображений на экране, образуемых в отдельности красным, синим и зеленым лучами (рис. 3.11).

Причина этого в том, что область пересечения лучей при отклонении их от центра экрана находится на поверхности сферы, радиус которой меньше радиуса кривизны экрана (рис. 3.12). Поэтому электронные лучи достигают поверхности маски расходящимся пучком, попадая через её разные отверстия на зерна люминофора в соседних триадах.

Рис. 3.11. Расположение цветных растров на экране кинескопа: а – в кинескопе с -образным расположением прожекторов; б – в кинескопе с планарным расположением прожекторов

Рис. 3.12. К пояснению причин возникновения аберраций по периферии экрана: – люминофор красного свечения; о – люминофор зеленого свечения; о – люминофор синего свечения

Для коррекции рассовмещения растров по краям экрана кинескопа применяется система динамического сведения лучей. Система динамического сведения лучей, также, как и система статического сведения, перемещает каждый из трех лучей в радиальном направлении горловины трубки. В отличие от статических (постоянных) магнитов система динамического сведения должна усиливать свое воздействие на лучи по мере их удаления от центра экрана, т. е. эта система должна создавать магнитное поле, изменяющее свою величину при движении луча. Такое поле создается токами, периодически изменяющимися со строчной и кадровой частотой. Эти токи формируются в блоке сведения и протекают через специальные катушки, надетые на магнитопроводы системы сведения (рис. 3.10).

Особенности кинескопов с планарным расположением прожекторов . Как было упомянуто выше, прожекторы кинескопа располагаются в горизонтальной плоскости. По оси кинескопа расположен зеленый прожектор, а по обе стороны от него на равных расстояниях – синий и красный прожекторы.

Основные преимущества кинескопа с планарным расположением прожекторов по сравнению с дельта-кинескопом заключаются в следующем.

1. Расположение прожекторов в одной плоскости и люминофорное покрытие в виде вертикальных полосок упрощает механизм сведения лучей: растры, получаемые от крайних лучей (синего и красного) необходимо совмещать с центральным (зеленым) только в горизонтальном направлении.

2. Повышается яркость свечения экрана, т. к. щелевая маска пропускает больше лучей, чем маска с круглым отверстием.

3. Улучшается чистота цвета, поскольку электронный луч может попасть на «чужую» полоску только в горизонтальном направлении.

4. Появляется возможность осуществить самосведение лучей и тем самым исключить сложные устройства динамического сведения.

С целью самосведения лучей магнитное поле отклоняющей системы внутри горловины трубки делается неоднородным и корректирует положение луча каждого прожектора. (В дельта-кинескопах магнитное поле отклоняющей системы однородно внутри горловины трубки – одинаково по величине и направлению в любой точке магнитного пространства). Неоднородное магнитное поле создается специальной формой отклоняющих катушек и подбором плотности намотки витков в них.

Регулировка планарных кинескопов . В планарных кинескопах осуществляют две регулировки: регулировку чистоты цвета и статическое сведение лучей. Для регулирования чистоты цвета и статического сведения используют три пары кольцевых магнитов, которые объединены в один блок, называемый магнитостатическим устройством (МСУ), закрепляемый на горловине трубки (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Схема магнитостатического устройства: 1 – корпус; 2 – магниты чистоты цвета; 3 – четырехполюсные магниты статического сведения; 4 – шестиполюсные магниты статического сведения

Магниты чистоты цвета (2) аналогичны магнитам чистоты цвета в кинескопах с дельтаобразным расположением прожекторов.

Магниты статического сведения выполняются в виде колец и бывают двух видов: четырехполюсные и шестиполюсные.

Пара четырехполюсных магнитов позволяет одновременно отодвигать или приближать красный и синий лучи к зеленому, или передвигать их вверх-вниз в противоположных направлениях (рис. 3.14, а ). При этом зеленый луч остается неподвижным. Достигается это поворотом колец магнитов на горловине трубки. При повороте пары колец в одну и ту же сторону, изменяется направление магнитного поля, а в разные – величина напряженности поля. Фиксированное положение колец («условный нуль») соответствует такому расположению кольцевых магнитов, когда их выступы совпадают с выступом МСУ. В положении «условного нуля» разноименные полюсы (N и S) пары совпадают, поэтому магнитного поля от этой пары в горловине трубки практически нет.

Пара шестиполюсных магнитов (рис. 3.14, б ) обеспечивает смещение красного и синего луча в одну сторону. Зеленый луч при этом не двигается.

Вращая кольцевые магниты, удается обеспечить сведение лучей в одну точку в центре экрана, т. е. произвести статическое сведение.

Рис. 3.14. Магниты статического сведения: а – четырехполюсные; б – шестиполюсные

Все достоинства отклоняющей системы реализуются в полной мере при высокой точности ее изготовления и установки на горловине кинескопа. Смещение отклоняющей системы даже на 1 мм приводит к заметному нарушению сведения лучей. Поэтому после установки и регулировки положения ОС, эту систему прочно закрепляют на колбе кинескопа с помощью липкой ленты, и она становится неотъемлемой частью кинескопа. Операции по установке ОС, регулировке магнитов МСУ называются юстировкой кинескопного комплекса.

Особенности кинескопов «тринитрон» заключается в следующем (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Устройство тринитрона: ЭП – электронный прожектор; Л – линза; ПЭС – пластины электростатического сведения; ТМ – теневая маска

1. Электронно-оптическая система выполнена в виде одного прожектора, формирующего три луча R , G , B .

2. В кинескопе используется электростатическое сведение лучей, уменьшающее диаметр поперечного сечения лучей и улучшающее их фокусировку.

3. Теневая маска сделана из натянутых на металлический каркас вертикальных струн. Это увеличивает яркость свечения экрана.

4. Экран «тринитрона» – поверхность вертикального цилиндра с малой кривизной. Такая поверхность обеспечивает неискаженное изображение в вертикальной плоскости при расположении зрителя под любым углом к поверхности экрана. Структура люминофорного экрана представляет триады, состоящие из чередующихся вертикальных полос красного, синего и зеленого свечения.

Существует несколько разновидностей кинескопов «тринитрон». В некоторых из них применяются экраны с черным стеклом, повышающим контраст изображения за счет поглощения светового излучения внешних источников; используются обогащенные люминофоры, позволяющие повысить яркость изображения; экран покрывается антистатическим покрытием, уменьшающим оседание пыли.

Индексный однолучевой кинескоп. Наряду с трехлучевыми кинескопами, в цветном ТВ находят применение и однолучевые. В однолучевых кинескопах отсутствуют искажения изображения, вызванные нарушением чистоты цвета и аберрацией лучей. В этих кинескопах цветные люминофоры наносятся в виде чередующихся вертикальных полос R , G , B , между которыми наносится индексная полоска люминофора, излучающего в ультрафиолетовой области спектра внутрь кинескопа. При прохождении электронного луча в процессе развертки через индексную полоску, ее излучение преобразуется фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) в электрический сигнал, который несет информацию о положении луча по отношению к люминофорным полоскам триады R , G , B .

Этот сигнал управляет электронным коммутатором, переключающим цветовые видеосигналы в определенной последовательности, соответствующей последовательности люминофоров в триаде.

В трехлучевом кинескопе используется одновременный пространственный способ смешения цветов, а в однолучевом – последовательный, заключающийся в последовательном возбуждении люминофорных полосок R , G , B в каждой из триад. Отсюда вытекают следующие недостатки однолучевых цветных кинскопов: Ухудшение цветопередачи и снижение разрешающей способности ТВ-системы; с увеличением размера экрана становится заметна его линейчатая структура.

В разработке современных цветных кинескопов прослеживаются такие тенденции

1. Уплощение поверхности экрана. Кинескопы нового поколения отличаются малой кривизной поверхности экрана и спрямленными углами.

2. Для получения высоких значений контрастности изображения применяют светопоглощающее покрытие из графита между зернами люминофоров, называемое черная матрица (Black Matrix). Эффективность ее обусловлена высокой степенью поглощения графитом внешней засветки, дополнительно ослабляемой затемненным стеклом экрана кинескопа. Для еще большего повышения контраста изображения на экран наносится антибликовое покрытие.

3. Применение теневых масок из инвара, практически исключает нарушение чистоты цвета из-за нагрева теневой маски.

4. Для повышения четкости изображения применяется прецизионная электронная оптика, позволяющая получить малую апертуру электронных лучей на люминофоре (диаметр луча 0,1 – 0,2 мм).

5. Усовершенствование отклоняющих и фокусирующих систем. Уплощение поверхности экрана ужесточает нормы на геометрические параметры изображения и сведения лучей как в центре, так и на периферии экрана. Для обеспечения одинаковой четкости изображения по всей поверхности экрана в больших кинескопах применяется так называемая динамическая фокусировка (Dynamic Multiple Focus).

Фирма Samsung выпускает кинескопы с керамическим покрытием теневой маски. Материал покрытия преобразует энергию поглощенных электронов в тепловое излучение, которое оказывает положительное влияние на живые организмы, поэтому эти кинескопы имеют фирменное название BIO.