Ett kineskop (från andra grekiska κινέω "jag rör mig" + σκοπέω "jag tittar") [1] , även ett katodstrålerör ( CRT ) är en katodstråleanordning som omvandlar elektriska signaler till ljus .
Tidigare allmänt använd i tv-apparater och bildskärmar : fram till mitten av 1990-talet användes endast kinescope-baserade enheter.
År 1859 upptäckte Julius Plücker katodstrålar , en ström av elektroner. År 1879 skapade William Crookes katodstråleröret . Han fann att katodstrålar utbreder sig linjärt, men kan avböjas av ett magnetfält , och fann också att när katodstrålar träffar vissa ämnen, börjar de senare att glöda.
1897 skapade den tyske fysikern Karl Ferdinand Braun ett katodrör baserat på Crookes-röret, som kallades det bruna röret [2] . Strålen avböjdes med hjälp av en elektromagnet i endast en dimension, den andra riktningen utplacerades med hjälp av en roterande spegel. Brown valde att inte patentera sin uppfinning, utan gjorde många offentliga demonstrationer och publikationer i vetenskaplig press [3] . Det bruna röret har använts och förbättrats av många forskare. 1903 placerade Arthur Wenelt en cylindrisk elektrod ( Wenelts cylinder ) i röret, vilket gjorde det möjligt att ändra intensiteten på elektronstrålen, och följaktligen ljusstyrkan på fosforns glöd.
1906 fick Browns anställda M. Dickman och G. Glage patent på användningen av Brown tube för bildöverföring, och 1909 föreslog M. Dickman idén om en fototelegrafanordning för att överföra bilder med Brown tube; Nipkow-skivan användes i brotschen .
Sedan 1902 har Boris Lvovich Rosing arbetat med Browns pipa . Den 25 juli 1907 ansökte han om uppfinningen "Metod för elektrisk överföring av bilder över avstånd." Strålen skannades i röret av magnetiska fält, och signalen modulerades (ljusstyrkan ändrades) med en kondensator som kunde avleda strålen vertikalt och därigenom ändra antalet elektroner som passerade till skärmen genom membranet. Den 9 maj 1911, vid ett möte med det ryska tekniska samfundet, demonstrerade Rosing överföringen av tv-bilder av enkla geometriska former och deras mottagning med uppspelning på en CRT-skärm.
I början och mitten av 1900-talet spelade Vladimir Zworykin , Allen Dumont och andra en betydande roll i utvecklingen av CRT.
Enligt metoden för elektronstråleavböjning är alla katodstrålerör indelade i två grupper: med elektromagnetisk avböjning ( indikator-CRT och kineskop) och med elektrostatisk avböjning ( oscillografiska CRT:er och en mycket liten del av indikator-CRT).
Beroende på förmågan att lagra den inspelade bilden är CRT:er indelade i rör utan minne och rör med minne (indikator och oscilloskop), vars design ger speciella minneselement (noder), med hjälp av vilka en en gång inspelad bild kan spelas upp många gånger.
Beroende på färgen på skärmens glöd är CRT:er indelade i monokroma och flerfärgade. Monokrom kan ha en annan glödfärg: vit, grön, blå, röd och andra. Flerfärger är uppdelade enligt handlingsprincipen i tvåfärgade och trefärgade. Tvåfärgade - indikator CRT, vars färg på skärmens glöd ändras antingen på grund av högspänningsomkoppling eller på grund av en förändring i elektronstrålens strömtäthet. Tri-color (enligt primära färger) - färgkinescopes, vars flerfärgade glöd av skärmen tillhandahålls av speciella mönster av det elektronoptiska systemet, färgseparerande mask och skärm.
Oscillografiska CRT:er är uppdelade i lågfrekventa och mikrovågsrör . I konstruktionerna av den senare används ett ganska komplext system för elektronstråleavböjning.
Kinescopes är uppdelade i TV, monitor och projektion. Bildskärms kinescope har en mindre maskhöjd än TV-apparater. Projektionskineskop har en storlek från 7 till 12 tum , ökad skärmljusstyrka, är monokroma och återger en av de tre grundläggande RGB- färgerna - röd, grön, blå (se CRT-videoprojektor ).
Huvuddelar:
Ett djupt vakuum skapas i cylinder 9 - först pumpas luften ut, sedan värms alla metalldelar i kineskopet upp av en induktor för att frigöra de absorberade gaserna, en getter används för att gradvis absorbera den återstående luften .
För att skapa en elektronstråle 2 används en anordning som kallas elektronkanon . Katoden 8 som värms upp av glödtråden 5 avger elektroner. För att öka emissionen av elektroner är katoden belagd med ett ämne som har en låg arbetsfunktion (de största tillverkarna av CRT använder sina egna patenterade teknologier för detta). Genom att ändra spänningen mellan kontrollelektroden ( modulatorn ) 12 och katoden kan du ändra intensiteten på elektronstrålen och följaktligen bildens ljusstyrka. Utöver kontrollelektroden innehåller pistolen på moderna CRT-apparater en fokuseringselektrod (fram till 1961 använde hushållskineskop elektromagnetisk fokusering med en fokuseringsspole 3 med en kärna 11 ), utformad för att fokusera en punkt på kineskopskärmen till en punkt, en accelerationselektrod för ytterligare acceleration av elektroner i pistolen och anoden. Efter att ha lämnat pistolen accelereras elektronerna av anoden 14 , som är en metalliserad beläggning av den inre ytan av kinescope-konen, ansluten till pistolens elektrod med samma namn. I färgkineskop med en intern elektrostatisk skärm är den ansluten till anoden. I ett antal kinescopes av tidiga modeller, såsom 43LK3B, var konen gjord av metall och var faktiskt anoden. Spänningen vid anoden ligger i intervallet från 7 till 30 kilovolt . I ett antal små oscillografiska katodstrålerör är anoden bara en av elektronkanonelektroderna och drivs av spänningar upp till flera hundra volt.
Därefter passerar strålen genom avlänkningssystemet 1 , vilket kan ändra strålens riktning (figuren visar ett magnetiskt avböjningssystem). I TV-CRT används ett magnetiskt avböjningssystem eftersom det ger stora avböjningsvinklar. I oscilloskop-CRT används ett elektrostatiskt avböjningssystem eftersom det ger snabbare svar.
Elektronstrålen träffar skärmen 10 belagd med fosforn 4 . Från bombarderingen av elektroner lyser fosforn, och en snabbt rörlig fläck med variabel ljusstyrka skapar en bild på skärmen.
Fosforen får en negativ laddning från elektronerna, och sekundär emission kan börja - fosforn själv kan börja avge elektroner. Som ett resultat kan hela röret få en negativ laddning. För att förhindra att detta inträffar finns det över hela rörets yta ett lager av aquadag , en ledande blandning baserad på grafit , kopplat till anoden ( 6 ).
Kinescopen är ansluten via plintar 13 och högspänningsuttag 7 .
I svartvita TV-apparater väljs sammansättningen av fosforn så att den lyser i en neutral grå färg. I videoterminaler, radarer etc. görs fosforn ofta gul eller grön för att minska ögontröttheten.
Avböjningsvinkeln för CRT-strålen är den maximala vinkeln mellan två möjliga positioner för elektronstrålen inuti glödlampan, där en lysande punkt fortfarande är synlig på skärmen. Förhållandet mellan diagonalen (diametern) på skärmen och längden på CRT beror på vinkeln. För oscillografiska CRT:er är det vanligtvis upp till 40 °, vilket är förknippat med behovet av att öka strålens känslighet för effekterna av avböjningsplattor och säkerställa linjäriteten hos avböjningskarakteristiken. För de första sovjetiska tv-kineskopen med en rund skärm var avböjningsvinkeln 50 °, för svartvita kineskop från senare utgåvor var den 70 °, sedan 1960-talet ökade den till 110 ° för svartvita (en av de första sådana kineskopen är 43LK9B) , för färgade människor - i början av 80-talet. I slutet av kineskopens era höjdes vinkeln till 120 °.
Med en ökning av strålens avböjningsvinkel minskar dock kineskopets dimensioner och massa:
Allt detta har lett till att 70-graders kinescopes fortfarande används i vissa områden. Dessutom fortsätter en vinkel på 70 ° att användas i små svarta och vita kinescopes (till exempel 16LK1B), där längden inte spelar en så betydande roll.
Eftersom det är omöjligt att skapa ett perfekt vakuum inuti en CRT, stannar några av luftmolekylerna inuti. När de kolliderar med elektroner bildas joner av dem , som, med en massa som är många gånger större än massan av elektroner, praktiskt taget inte avviker, vilket gradvis bränner ut fosforn i mitten av skärmen och bildar den så kallade jonfläcken . För att bekämpa detta användes "jonfälla"-principen fram till mitten av 1960-talet: elektronkanonens axel var placerad i någon vinkel mot kineskopets axel, och en justerbar magnet placerad utanför gav ett fält som vände elektronen strömma mot axeln. Massiva joner, som rörde sig i en rak linje, föll i själva fällan.
Denna konstruktion tvingade emellertid att öka diametern på kineskopets hals, vilket ledde till en ökning av den erforderliga kraften i avböjningssystemets spolar.
I början av 1960-talet utvecklades ett nytt sätt att skydda fosforn: aluminisering av skärmen dessutom, vilket gjorde det möjligt att fördubbla den maximala ljusstyrkan för kineskopet, och behovet av en jonfälla försvann.
I en TV, vars horisontella skanning görs på lampor, visas spänningen vid kineskopets anod först efter att den horisontella skanningsutgångslampan och spjälldioden har värmts upp. Katoderna för dessa lampor är mycket massiva och kräver en hög temperatur (lamporna är konstruerade för en stor driftström av katoden), och kineskopets ljuskatoder vid detta ögonblick har redan tid att värma upp till driftstemperatur.
Införandet av helhalvledarkretsar i horisontella avsökningsnoder har skapat problemet med accelererad förslitning av kineskopets katoder på grund av att spänningen påläggs kineskopets anod samtidigt med påslagning. För att bekämpa detta fenomen utvecklades amatörnoder som gav en fördröjning i tillförseln av spänning till anoden eller kinescope-modulatorn. Intressant nog, i vissa av dem, trots att de var avsedda för installation i halvledar-TV, användes ett radiorör som ett fördröjningselement. Senare började industriella TV-apparater produceras, där en sådan fördröjning tillhandahölls initialt.
För att skapa en bild på skärmen måste elektronstrålen hela tiden passera över skärmen med en hög frekvens - minst 25 gånger per sekund. Denna process kallas uppackning . Det finns flera sätt att skanna en bild.
Elektronstrålen korsar hela skärmen i rader. Det finns två alternativ:
Elektronstrålen färdas längs bildens linjer. Vektorskanning användes i spelkonsolen Vectrex .
De första radarerna använde en allround-indikator ("cirkulär markör"), där elektronstrålen passerar längs radierna på en rund skärm. Serviceinformation (siffror, bokstäver, topografiska tecken ) visas antingen med vektormetoden eller distribueras ytterligare genom en teckenmatris (placerad i elektronstrålekanonen).
TV-raster, progressiv scanning
TV-raster, interlaced scanning
Vektor sätt att skanna en bild
Ett färgkileskop skiljer sig från ett svart-vitt genom att det har tre kanoner - "röda", "gröna" och "blåa" ( 1 ). Följaktligen appliceras tre typer av fosfor på skärmen 7 i en viss ordning - röd, grön och blå ( 8 ).
Beroende på vilken typ av mask som används är kanonerna i kineskopets hals anordnade deltaformade (vid hörnen av en liksidig triangel) eller plana (på samma linje). Vissa elektroder med samma namn från olika elektronkanoner är sammankopplade med ledare inuti kineskopet. Dessa är accelerationselektroder, fokuseringselektroder, värmare (parallellkopplade) och ofta modulatorer. En sådan åtgärd är nödvändig för att spara antalet utgångar från kinescope, på grund av den begränsade storleken på dess hals.
Endast strålen från den röda pistolen träffar den röda fosforn, bara strålen från den gröna pistolen träffar den gröna, etc. Detta uppnås genom att ett metallgaller, kallat en mask , är installerat mellan pistolerna och skärmen ( 6 ). I moderna kinescopes är masken gjord av Invar , en stålkvalitet med en liten värmeutvidgningskoefficient .
Det finns två typer av masker:
Det finns ingen tydlig ledare bland dessa masker: skuggmasken ger linjer av hög kvalitet, bländarmasken ger mer mättade färger och hög effektivitet. Slit kombinerar fördelarna med skugga och bländare, men är benägen till moiré .
Ju mindre fosforelement, desto högre bildkvalitet kan röret producera. En indikator på bildkvalitet är maskens steg .
I moderna CRT-skärmar är maskens stigning på nivån 0,25 mm . TV kinescopes, som ses från ett större avstånd, använder steg upp till 0,6 mm .
Eftersom skärmens krökningsradie är mycket större än avståndet från den till det elektronoptiska systemet upp till oändligheten i platta kineskop, och utan användning av speciella åtgärder, är skärningspunkten för strålarna i ett färgkineskop vid ett konstant avstånd från elektronkanoner, är det nödvändigt att säkerställa att denna punkt är exakt på ytan av skuggmasken, annars bildas felregistrering av bildens tre färgkomponenter, vilket ökar från mitten av skärmen till kanterna. För att förhindra att detta händer är det nödvändigt att skifta elektronstrålarna ordentligt. I kineskop med ett deltaformat arrangemang av kanoner görs detta av ett speciellt elektromagnetiskt system som styrs av en separat enhet, som i gamla TV-apparater för periodiska justeringar placerades i en separat enhet - blandningsenheten. I kinescopes med ett plant arrangemang av pistoler görs justeringen med hjälp av speciella magneter placerade på kinescopens hals. Med tiden, särskilt för kineskop med ett delta-format arrangemang av elektronkanoner, störs konvergensen och behöver ytterligare justering. De flesta datorreparationsföretag erbjuder en skärmbelysningstjänst.
I färgkineskop är det nödvändigt att ta bort kvarvarande eller oavsiktlig magnetisering av skuggmasken och den elektrostatiska skärmen som påverkar bildkvaliteten .
Avmagnetisering uppstår på grund av utseendet i den så kallade avmagnetiseringsslingan - en flexibel spole med stor diameter som ligger runt omkretsen av kineskopskärmen - en puls av ett snabbt föränderligt dämpat magnetfält. För att denna ström gradvis ska minska efter att TV:n har slagits på, används termistorer . Oftast används en krets med två termistorer, mellan vilka en termisk kontakt upprättas. Den andra termistorn värmer dessutom den första och ökar dess motstånd, på grund av vilket strömmen genom avmagnetiseringsspolen i det stationära tillståndet minskar. Många monitorer, förutom termistorer, innehåller ett relä som, i slutet av kinescope-avmagnetiseringsprocessen, stänger av strömmen till denna krets så att termistorn kyls ner. Efter det kan du använda en speciell tangent eller ett speciellt kommando i monitormenyn för att trigga detta relä och avmagnetisera när som helst utan att behöva stänga av och slå på monitorns ström. På Electronics Ts-430 TV styr termistorn inte spolen direkt, utan transistoromkopplaren. Med hjälp av ett relä på vilket denna nyckel är laddad laddas en förladdad papperskondensator ut på avmagnetiseringsspolen, och dämpade svängningar uppstår i den resulterande oscillerande kretsen.
Ett trineskop är en design som består av tre svart-vita kineskop, ljusfilter och genomskinliga speglar (eller dikroiska speglar som kombinerar funktionerna hos genomskinliga speglar och filter) som används för att få en färgbild [5] .
Kinescopes används i rasteravbildningssystem : olika typer av tv-apparater , monitorer , videosystem .
Oscillografiska CRT:er används oftast i funktionsberoende displaysystem: oscilloskop , wobblescopes , även som en displayenhet vid radarstationer, i specialenheter; under sovjetåren användes de också som visuella hjälpmedel vid studiet av designen av katodstråleapparater i allmänhet.
CRT:er för teckenutskrift används i olika specialutrustningar.
Beteckningen på sovjetiska och ryska CRT består av fyra delar: [6]
I särskilda fall kan ett femte element läggas till beteckningen med ytterligare information.
Exempel: 50LK2B - ett svart-vitt kineskop med en skärmdiagonal på 50 cm , den andra modellen, 3LO1I - ett oscilloskoprör med en grön glödskärmsdiameter på 3 cm , den första modellen.
Denna strålning skapas inte av själva kineskopet, utan av ett avböjningssystem. Rör med elektrostatisk avböjning, i synnerhet oscilloskoprör, strålar inte ut det.
I monitorkinescope, för att undertrycka denna strålning, är avböjningssystemet ofta täckt med ferritkoppar. TV kinescope kräver inte sådan avskärmning, eftersom tittaren vanligtvis sitter på ett mycket större avstånd från TV:n än från monitorn.
Det finns två typer av joniserande strålning i kineskop.
Den första är själva elektronstrålen, som i själva verket är en ström av beta-partiklar med låg energi ( 25 keV ). Denna strålning går inte ut och utgör ingen fara för användaren.
Den andra är röntgenstrålning, som uppstår när elektroner bombarderar skärmen. Men i händelse av ett fel på TV:n eller bildskärmen, vilket leder till en betydande ökning av anodspänningen, kan nivån av denna strålning öka till märkbara värden. För att förhindra sådana situationer är horisontella skanningsenheter utrustade med skyddsnoder.
I färg-tv-apparater som tillverkats före mitten av 1970-talet kan det finnas ytterligare källor för röntgenstrålning - stabiliserande trioder kopplade parallellt med kineskopet och används för att stabilisera anodspänningen, och därav bildstorleken. I de sovjetiska TV-apparaterna används "Raduga-5" och "Rubin-401-1" trioderna 6S20S, i de tidiga modellerna av ULPCT-serien - GP -5 . Eftersom cylinderglaset i en sådan triod är mycket tunnare än ett kinescope och inte är legerat med bly, är det en mycket mer intensiv källa till röntgenstrålar än själva kinescope, så det placeras i en speciell stålskärm . Senare modeller av ULPCT-TV använder andra metoder för högspänningsstabilisering, och denna röntgenkälla är utesluten.
Strålen från en CRT-monitor, som bildar en bild på skärmen, får fosforpartiklarna att glöda. Innan bildandet av nästa bildruta har dessa partiklar tid att gå ut, så att du kan observera "skärmens flimmer". Ju högre bildfrekvens, desto mindre märkbart flimmer. Det kan tydligt observeras med perifert seende.
När en bild skapas ändras 25 bildrutor varje sekund , vilket, med hänsyn till sammanflätning, är 50 fält (halvbilder) per sekund. När man arbetar bakom bildskärmen känns flimmer starkare, eftersom avståndet från ögonen till kinescope är mycket mindre än när man tittar på TV. Minsta rekommenderade bildskärmsuppdateringsfrekvens är 85 Hz . Tidiga modeller av monitorer och TV-apparater tillät inte att arbeta med en uppdateringsfrekvens på mer än 70-75 Hz, i senare modeller stiger denna frekvens till 100 Hz .
Bilden på ett katodstrålerör är suddig jämfört med andra typer av skärmar. På högkvalitativa skärmar är bilden ganska tydlig.
CRT använder högspänning. Kvarstående spänning på tusentals volt, om ingen åtgärd vidtas, kan dröja kvar på CRT och "banda" kretsar i veckor. Därför läggs urladdningsmotstånd till kretsarna som gör TV:n helt säker inom några minuter efter att den stängts av.
CRT-anodspänning kan vara dödlig om en person har hjärtfel. Det kan också leda till skada, inklusive dödsfall, indirekt när en person, genom att dra tillbaka en hand, vidrör andra kretsar som innehåller extremt livshotande spänningar (och sådana kretsar finns i alla modeller av TV-apparater och bildskärmar som använder CRT), samt mekaniska skador i samband med ett plötsligt okontrollerat fall på grund av spasmer från elektriska stötar.
CRT kan innehålla ämnen som är skadliga för hälsa och miljö. Bland dem finns bariumföreningar i katoder, fosforer. Misslyckade CRTs anses vara farligt avfall i de flesta länder och är föremål för återvinning eller kassering på separata deponier.
Eftersom det finns ett högt vakuum inuti CRT, på grund av lufttrycket , har bara skärmen på en 17-tums bildskärm en belastning på cirka 800 kg - massan av en liten bil . Vid användning av tidiga modeller av kinescope krävde säkerhetsföreskrifter användning av skyddshandskar, en mask och skyddsglasögon. En glasskyddsskärm installerades framför kinescope-skärmen på TV:n och en skyddsmask av metall installerades längs kanterna.
Från och med andra hälften av 1960-talet är den farliga delen av kinescope täckt med ett speciellt metallexplosionssäkert bandage , gjort i form av en helt metallstämplad struktur eller lindad i flera lager ståltejp. Detta bandage eliminerar möjligheten till spontan explosion . I vissa modeller av kinescope användes dessutom en skyddsfilm för att täcka skärmen.
Trots användningen av skyddssystem är det inte uteslutet att människor kommer att träffas av fragment när kinescopen medvetet bryts. I detta avseende, när de förstör den senare, för säkerhets skull, bryter de först av shtengeln - ett tekniskt glasrör i slutet av halsen under en plastbas, genom vilken luft pumpas ut under produktionen.
| elektronstråleanordningar | ||
|---|---|---|
| Sändare | Crookes rör | |
| Främja |
| |
| komma ihåg | ||
| Elektron mikroskop | ||
| Övrig |
| |
| Huvuddelar |
| |
| Begrepp | ||
| Displayteknik _ | |
|---|---|
| Video visas |
|
| Icke-video |
|
| 3D-skärmar |
|
| Statisk | |
| se även |
|
| TV- komponenter | |
|---|---|
| radioväg | |
| Analog videobana |
|
| Digital videobana |
|
| Analog ljudväg | |
| Digital ljudväg |
|
| Broschare och kinescope |
|
| LCD -skärm | LCD-skärm |
| plasmaskärm | Matrisgasutsläppsskärm |
| Övrig | |