Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику
Передачи велись на УКВ по одной программе. Прерванные войной передачи возобновились в 1946 году в Москве и Ленинграде. Был принят новый, современный телевизионный стандарт с разложением изображения на 625 строк.
Так что же представляет собой ЭЛТ? Стеклянная колба, из которой откачали воздух. В горловине — катод, выполненный в виде металлического цилиндра с вмонтированной внутри нитью накала. По ней пропускают электрический ток, нагревая катод до оранжевого свечения. Происходит термоэлектронная эмиссия: так же как и в радиолампе, катод испускает электроны. Около катода, как и в радиолампе, расположена управляющая сетка. Подавая на нее отрицательный относительно катода потенциал, можно регулировать количество электронов, пролетающих сквозь нее к экрану. В результате, забегая вперед, скажем, что от этого зависит яркость свечения экрана. Далее расположена довольно сложная конфигурация металлических цилиндров — ускоряющий и фокусирующий электроды. Их часто называют первым и вторым анодами. Эти электроды разгоняют электроны по направлению к экрану и «сжимают» электронный поток в узкий луч таким образом, чтобы на поверхности экрана диаметр луча был минимален. Обычно он составляет доли миллиметра. Естественно, что для ускорения электронов первый и второй аноды должны иметь положительный потенциал относительно катода. Ну а чтобы электроны не оседали на них, электроды выполнены в виде цилиндров, по оси которых и проходит луч.
Теперь посмотрим на ЭЛТ с другой стороны, а именно с той, с которой на нее обычно смотрят, т. е. со стороны экрана. Экран изнутри покрыт белым составом — люминофором. Он обладает способностью светиться при ударе в него электронов. Почему он светится? Быстро движущийся электрон несет некоторую кинетическую энергию. Попав в вещество, он отдаст ее первому попавшемуся на пути атому. Атом переходит в возбужденное состояние, но долго оставаться в нем не может, ибо все в природе стремится к равновесию, т. е. к состоянию с минимальной энергией. Возвращаясь в равновесное состояние, атом отдает избыток энергии в виде кванта света.
Явление люминесценции распространено в природе. Может быть, темной ночью в лесу вы видели, как светятся гнилушки. Их свет даже чем-то напоминает свечение экрана ЭЛТ. Атомы соединений фосфора, образующегося при гниении дерева, возбуждаются в результате химических реакций (так называемая хемилюминесценция), а отдают энергию с квантами света. Чтобы экран ЭЛТ светился ярче, электроны нужно разогнать до большой скорости. Этому служит третий (и последний) анод ЭЛТ, образованный графитовым покрытием на стенках колбы вокруг экрана. Да и сам экран приобретает потенциал третьего анода.
Ускоряющее напряжение небольших трубок обычно бывает около нескольких киловольт, а для больших цветных телевизионных трубок достигает 25 кВ. Знающие физику могут самостоятельно оценить, какую скорость приобретают электроны под воздействием ускоряющей разности потенциалов 25 кВ. Ответ удивит вас: скорость электронов окажется около 100000 км/с, т. е. около трети скорости света!
Вот какие огромные скорости существуют за обычным телевизионным экраном!
Но зажечь на экране одну светящуюся точку мало, надо еще и передвигать луч по экрану. Это делает отклоняющая система, надетая на горловину трубки. Есть трубки с электростатическим отклонением луча. В них помещены две пары пластин, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Одна пара пластин отклоняет луч по горизонтали, другая — по вертикали. Чем большая разность потенциалов подана на отклоняющие пластины, тем сильнее отклоняется луч, разумеется, в сторону положительно заряженной пластины — ведь электроны несут отрицательный заряд.
Трубки с электростатическим отклонением луча широко применяются в осциллографах — приборах, предназначенных для наблюдения формы электрических колебаний. Поскольку ни одна сколько-нибудь серьезная работа в области радиоэлектроники сегодня немыслима без осциллографа, кратко остановимся на его устройстве.
Электронный осциллограф.
Исследуемый сигнал через усилитель подастся на пластины, отклоняющие луч по вертикали (пластины Y). На пластины горизонтального отклонения (пластины X) от специального генератора подастся напряжение развертки — напряжение, изменяющееся по пилообразному закону. По мере нарастания пилообразного напряжения луч на экране трубки перемещается слева направо, прочерчивая горизонтальную ось — ось времени. Но если в то же самое время на пластины действует исследуемый сигнал, то траектория луча будет в точности соответствовать этому сигналу. Осциллограф пригоден только для наблюдения периодических сигналов, причем генератор развертки синхронизируют исследуемым сигналом, чтобы каждый цикл развертки воспроизводил одну и ту же часть периода или несколько периодов сигнала. Человеческому зрению смена циклов развертки незаметна, и он видит неподвижную фигуру, соответствующую форме сигнала. Нелишне заметить, что осциллограф — это глаза инженера. Осциллограф позволяет оценить искажения сигнала, измерить его амплитуду, длительность, установить наличие или отсутствие — одним словом, провести почти полную диагностику исследуемого аппарата или системы.
В телевидении изображение на экране ЭЛТ создается совсем по-другому. Оно не рисуется лучом, а появляется как определенный набор светлых и темных участков кадра. Следовательно, луч ЭЛТ при развертке должен обежать всю поверхность и нужны два генератора развертки — по строкам и кадрам. Генератор строчной развертки заставляет отклоняться луч по оси X, причем с довольно большой частотой (15625 Гц в отечественных телевизорах). Генератор кадровой развертки имеет значительно меньшую частоту (50 Гц). При совместном действии обоих генераторов луч перемещается по экрану слева направо и, прочерчивая первую строку, быстро возвращается обратно, в начало второй строки, и т. д. Когда прочерчена последняя строка, напряжение генератора кадровой развертки скачком изменяется и луч возвращается к началу — в верхний левый угол экрана. То, что он нарисовал на экране, называют растром. Включите телевизор без антенны или на том канале, где нет телепередач, и вы увидите чистый белый растр. Чтобы растр превратился в изображение, луч надо модулировать в процессе развертки по яркости, делая его интенсивнее в светлых местах изображения и ослабляя — в темных.
Внимательный читатель мог усмотреть одну неточность в предыдущем абзаце: раньше я говорил, что телевизионная передача ведется с разверткой 25 кадров в секунду, а частоту генератора кадровой развертки назвал 50 Гц. Противоречия здесь нет. Чтобы экран меньше мерцал, используют чересстрочную развертку. При этом луч сначала прочерчивает все нечетные строки, а затем, между ними, — четные. Принципиально от этого ничего не меняется, только частота кадровой развертки повышается вдвое и смотреть на такой экран менее утомительно.
Телевизионный растр с чересстрочной разверткой.
Но не думайте, что просмотр телевизионных передач (как и кино) — это отдых. Ваш зрительный нерв напряженно работает, заполняя пробелы между кадрами (которых вы поэтому и не замечаете), мелькания сильно раздражают его. Не рекомендуют сразу после просмотра телепередачи или кинофильма садиться за руль автомобиля, поскольку ваша зрительная реакция понижена. Надо выждать полчаса-час.
В телевизионных приемных ЭЛТ отклоняющих пластин нет. Дело в том, что трубки с электростатическим отклонением не могут обеспечить отклонение луча на большой угол. В результате длина трубки получается гораздо больше диаметра экрана. В осциллографах с этим мирятся, а вот телевизор стремятся сделать пошире и потоньше. Разработаны трубки с углом отклонения луча 70 и даже 110°. Это совсем короткие и широкие трубки с большим прямоугольным экраном. Луч в них отклоняется магнитным полем. Ведь электронный луч представляет собой направленное движение зарядов, т. е. электрический ток. На ток в магнитном поле действует сила, пропорциональная индукции поля и току. X. Лоренц давным-давно установил формулу для силы, действующей на заряженную частицу, летящую в магнитном поле:
F = eVB,
где е — заряд частицы; V — ее скорость; В — индукция поля. Сила перпендикулярна направлению полета частицы (электрона) и перпендикулярна направлению поля.
Если у вас есть постоянный магнит, проведите любопытный опыт. Поднесите магнит к экрану работающего телевизора и посмотрите, как исказится изображение! Это магнитное поле искривило траекторию полета электронов. Только не надо делать этот опыт с цветным телевизором: детали трубки могут намагнититься и нарушится сведение цветов. А с черно-белым телевизором опыт вполне безопасен.
