Działanie lamp obrazowych. Kineskopy czarno-białe i

Działanie lamp obrazowych. Kineskopy czarno-białe i

Działanie lamp obrazowych. Kineskopy czarno-białe i kolorowe.
Kineskopy typu delta, IL, Trinitron. Układ odchylania, siatka,
anody ogniskujące. Wpływ pola magnetycznego
Lampa elektronowa - jest to szklana (najczęściej) bańka z dwiema lub więcej elektrodami
wzajemnie na siebie oddziaływującymi, z wypompowanym powietrzem (lampa próŜniowa),
lub odpowiednim gazem pod niewielkim ciśnieniem (lampa gazowana).
Lampy elektronowe słuŜą do wzmacniania, generacji, przekształcania itp. sygnałów
elektrycznych, prostowania prądu.
·Pierwszą lampę elektronową zbudował w roku 1904 John Ambrose Fleming - była to
DIODA
·Pierwszą lampę wzmacniającą opracował w cztery lata później Lee de Forest – była to
TRIODA
Ze względu na obecność próŜni wewnątrz bańki, lampy elektronowe moŜna podzielić na
próŜniowe i gazowane. Podział ze względu na zastosowanie obejmuje lampy detekcyjne,
prostownicze, wzmacniające generacyjne, mieszające i inne, rzadziej spotykane.
Najpopularniejszy jest podział ze względu na konstrukcję:
a) PRÓśNIOWE - to jeden z rodzajów lamp elektronowych, którego podstawowym
wyróŜnikiem jest całkowite wypompowanie powietrza z wnętrza bańki. Aby pochłonąć
resztki gazów, napyla się od środka getter dający charakterystyczną lustrzaną powierzchnię.
Obecność próŜni w lampie wpływa na jej parametry. Jedynymi nośnikami prądu w tych
lampach są elektrony wyemitowane z katody. Elektrony są bardzo lekkie i mają znikomą
bezwładność, dzięki czemu pasmo przenoszenia lampy elektronowej obejmuje częstoliwości
do kilku GHz (lampy siatkowe), albo nawet do kilkudziesięciu GHz (lampy mikrofalowe).
Wadą lamp elektronowych próŜniowych jest konieczność stosowania Ŝarzonej katody, której
emisja elektronów zaleŜy nie tylko od temperatury ale i od natęŜenia pola elektrycznego na
powierzchni katody, czyli od napięć innych elektrod. Ten fakt moŜe być niekiedy wadą, a
niekiedy zaletą.
Podstawowymi rodzajami lamp próŜniowych są:
Dioda - Najprostszy rodzaj lampy elektronowej. Posiada tylko dwie elektrody - anodę i
katodę. Katoda jest źródłem elektronów, a anoda ich odbiorcą.. Cechą charakterystyczną
diody jest jednokierunkowy przepływ prądu elektrycznego: w kierunku od anody do katody
(elektrony poruszają się w kierunku odwrotnym), w sytuacji gdy anoda ma potencjał dodatni
względem katody.
Trioda - jest najprostszą i najstarsza lampą wzmacniającą. Składa się z trzech elektrod –
anody, katody i siatki. Trioda umoŜliwia sterowanie przepływem elektronów z katody do
anody przez zmianę napięcia na siatce – a zatem umoŜliwia budowanie wzmacniaczy
sygnałów elektrycznych.
Rodzaje lamp:
· Tetroda
· Pentoda
· Heksoda
· Heptoda
· Oktoda
· Ennoda
· Magiczne oko
· Mikrofalowe
- klistron
- lampa z falą bieŜącą
- magnetron
· Lampa obrazowa
- kineskop
- lampa osyloskopowa
b) GAZOWANE - to rodzaj lampy elektronowej, której bańka jest wypełniona gazem pod
odpowiednim (niewielkim - kilka mmHg) ciśnieniem. PoniewaŜ przepływ prądu w gazach
podlega zupełnie innym prawom niŜ w próŜni to zachodzą w tych lampach zupełnie inne
zjawiska niŜ w lampie próŜniowej.
Lampy gazowane dzielą się na dwa główne rodzaje:
· Lampy z zimną katodą
- Stabilitrony - to lampa gazowana z zimną katodą. Wykorzystuje stałe napięcie na
elektrodach neonówki niezaleŜnie od płynącego prądu. Spełnia podobną rolę w układach
lampowych jak dioda Zenera w tranzystorowych
- Fotodiody gazowane - to element fotoczuły (fotokomórka) zbliŜony pod względem
konstrukcji i zasady działania do fotodiody próŜniowej, główna róŜnica polega na
wypełnieniu bańki gazem (na ogół argonem) pod niewielkim - mniejszym od 1 Tr (Tora)
ciśnieniem. Fotodioda gazowana ma równieŜ postać bańki szklanej, z dwiema elektrodami fotoczułą katodą o anodą
· Lampy z Ŝarzoną katoda
- Gazotrony - to rodzaj gazowanej lampy elektronowej. Jest to prostownicza dioda lampowa
znajdująca zastosowania głównie w zasilaczach większej mocy. Budowa gazotronu jest
zbliŜona do normalnej diody próŜniowej - lampa równieŜ posiada gorącą katodę i anodę.
- Tyratrony - to lampa gazowana zbliŜona konstrukcyjnie do gazotronu. Jest ona pochodną
gazotronu powstałą przez umieszczenie pomiędzy anodą i katodą jednej lub kilku siatek.
Siatki te słuŜą do regulacji napięcia anodowego, przy którym lampa zacznie przewodzić prąd.
Kineskop jest rodzajem lampy obrazowej. Cechą odróŜniającą kineskop od lampy
oscyloskopowej jest magnetyczne odchylanie elektronów. Elektrony emitowane przez
katodę są formowane w wąską wiązkę przez działo elektronowe następnie przyśpieszane
przez anodę i uderzają w powierzchnię ekranu pokrytą luminoforem wywołując jego
świecenie. Aby dało się rozświetlić kaŜdy punkt powierzchni ekranu wiązka musi być
odchylana w dwóch kierunkach - pionowym i poziomym.
Do odchylenia wiązki elektronów wykorzystywane jest pole magnetyczne wytwarzane
przez cewki odchylające. Kąt odchylenia wiązki elektronów od linii prostej jest
proporcjonalny do natęŜenie pola magnetycznego, czyli do natęŜenia prądu elektrycznego
płynącego przez cewki. Aby uzyskać liniowy przebieg wiązki po powierzchni ekranu (stałą
prędkość przesuwania) pole a zatem i prąd w cewkach musi narastać liniowo. (poniewaŜ
powierzchnia ekranu nie jest wycinkiem kuli, to kształt prądu musi nieco odbiegać od
prostej)
Zaletą odchylania magnetycznego jest moŜliwość uzyskania bardzo duŜego kąta
odchylenia, niemalŜe o 90°. umoŜliwia tworzenie to bardzo krótkich lamp o duŜej
powierzchni ekranu, odwrotnie niŜ w lampach oscyloskopowych. Wadą z kolei jest duŜa
moc pobierana przez cewki w celu odchylenia strumienia oraz konieczność uŜywania coraz
wyŜszych napięć wraz ze wzrostem częstotliwości odchylania i rozmiaru ekranu - prędkość
poruszania się plamki zaleŜy od szybkości zmian pola magnetycznego, a zmieniające się
pole generuje w cewkach odchylających napięcie - tym wyŜsze im szybciej się zmienia.
Kineskopy mogą być wykonywane jako monochromatyczne inaczej nazywane teŜ 'czarnobiałe' (choć niekoniecznie muszą świecić na biało, w uŜyciu są teŜ inne kolory, np. zielony)
lub kolorowe, czyli świecące jednocześnie w trzech kolorach podstawowych - czerwonym,
zielonym i niebieskim, co zgodnie z addytywną teorią barw umoŜliwia uzyskanie
wszystkich kolorów z bielą włącznie. Kineskop o takiej konstrukcji zawiera trzy niezaleŜne
działa elektronowe, po jednym dla kaŜdego koloru. Wiązki odchylane są przez to samo
pole, tak, Ŝe trafiają w ten sam punkt na powierzchni ekranu. W środku tuŜ przed
powierzchnią ekranu umieszczona jest blacha z małymi otworkami - tzw. maska która
rozdziela trzy strumienie i kieruje do trzech oddzielnych plamek luminoforu - czerwonego,
zielonego i niebieskiego umieszczonych bardzo blisko siebie.
Kineskop czarno biały
1 – cewki odchylające
2 – wiązka elektronów
3 – cewka ogniskująca
4 – luminofor
5 – grzejnik katody
6 – warstwa grafitowa wewnątrz lampy
7 – podłączenie anody
8 – katoda
9 – antyimplozyjna bańka lampy
10 – ekran
11 – Ŝelazna obudowa cewki
12 – elektroda regulująca jasność plamki świetlnej
13 – cokół lampy
14 – przewód do podłączenia anody
Kineskop kolorowy
1 – trzy działa elektronowe (katoda)
2 – wiązki elektronów
3 – cewka ogniskująca
4 – cewki odchylające
5 – przyłącze anody
6 – maska separująca wiązki
7 – luminofor
8 – powiększenie fragmentu luminoforu
Kineskop kolorowy Delta
W kineskopie typu Delta wyrzutnie elektronów (katody) umieszczone są w wierzchołkach
trójkąta równobocznego i nachylone pod kątem 1o w stosunku do osi szyjki lampy
kineskopowej. W ten sposób uzyskuje się przecięcie trzech strumieni elektronów dokładnie w
płaszczyźnie maskownicy. Układ tych wyrzutni umocowany jest w szyjce kineskopu.
W kineskopie tym kaŜdy strumień elektronów ma oddzielny układ elektrooptyczny, natomiast
odchylanie tych trzech strumieni odbywa się za pomocą jednego układu odchylającego.
Strumienie elektronów po przecięciu się w płaszczyźnie maskownicy rozchodzą się na
poszczególne plamki luminoforów, które pod ich wpływem świecą w kolorze czerwonym,
niebieskim i zielonym. Plamki mają średnicę ok. 0,4mm (w środku ekranu 0,425mm, przy
krawędziach 0,4mm). Liczba wszystkich plamek na ekranie uzaleŜniona jest od jego
rozmiarów.
W odległości ok. 15mm od powierzchni ekranu znajduje się maskownica. Jest to stalowa
blacha o grubości 0,15mm, w której są wytrawione w regularnych odstępach otwory o
średnicy 0,2...0,3mm (średnice otworów większe w środku maskownicy). Maskownica jest
przyspawana do stalowej ramy, którą się przytwierdza do ekranu kineskopu. Strumienie
elektronów podczas przemieszczania pomiędzy otworami maskownicy, powodują
wydzielanie się w niej ok. 80% całkowitej energii, przez co jest ona naraŜona na wysoką
temperaturę. W celu łatwiejszego odprowadzenia ciepła stosuje się jej czernienie. DuŜa
wartość energii wydzielana w maskownicy wpływa na to, Ŝe kineskopy tego typu
charakteryzują najmniejszą sprawnością, jaskrawością i kontrastem. Są równieŜ wraŜliwe na
oddziaływanie zewnętrznych pól magnetycznych. Podczas padania strumienia elektronów na
ekran lampy kineskopowej, moŜe się zdarzyć, Ŝe strumienie te będą padać na niewłaściwe
miejsca luminoforu. WyróŜnia się błędy zbieŜności statycznej i dynamicznej. Błędy
zbieŜności statycznej występują przy braku odchylania strumieni elektronów, czyli w środku
ekranu. Natomiast z błędami zbieŜności dynamicznej mamy do czynienia, kiedy występuje
odchylanie poziome i pionowe. Największą rolę odgrywa ono na obrzeŜach ekranu. Aby temu
zapobiegać stosuje się układy zbieŜności stycznej, promieniowej oraz korekcji czystości.
Zespół korekcji zbieŜności stycznej zapewnia uzyskanie zbieŜności siatek obrazowych w
kierunku poziomym poprzez moŜliwość przesuwania promienia B w stosunku do promieni R
i G. Zespół korekcji zbieŜności promieniowej kompensuje rozbieŜność promieni zarówno w
środku ekranu, jak i wzdłuŜ osi poziomej i pionowej siatki obrazowej. Zbudowany jest on z
trzech jednakowych nabiegunników z nawiniętymi cewkami odchylającymi zbieŜności.
Zespół korekcji czystości eliminuje błędy związane z padaniem strumieni elektronów na
luminofory. UmoŜliwia on przesuwanie jednocześnie trzech promieni względem trzech
luminoforów. W kineskopach tych ze względu na punktową strukturę ekranu, naleŜy
stosować regulację czystości wzdłuŜ osi poziomej i pionowej.
Kineskop kolorowy typu IL
Kineskop typu IL (In Line) zbudowany jest w ten sposób, Ŝe składa się z trzech wyrzutni
elektronów połoŜonych dokładnie w jednej linii. W ten sposób podobnie jak w kineskopie
Trinitron zostały praktycznie wyeliminowane błędy zbieŜności statycznej. Maskownica jest
typu szczelinowego. Otwory w maskownicy są eliptyczne o wymiarach 0,6mm x 0,1mm.
Ekran kineskopu pokryty jest od wewnętrznej strony plamkami luminoforów w kolorach:
czerwonym, zielonym, niebieskim. Warstwę luminoforów pokrywa cienka folia aluminiowa,
która stanowi ekran odbijający światło.
Wyrzutnia elektronów G jest umieszczona w środku, gdyŜ składowy obraz zielony ma
największy wpływ na jaskrawość i ostrość obrazu, a środkowe połoŜenie wyrzutni zapewnia
najmniej zniekształconą siatkę obrazową. Pozostałe wyrzutnie są odchylone do środka o kąt
mniejszy niŜ 1o. Przekrój strumieni elektronów, padających na ekran ma kształt wąskich
prostokątów o rozmiarach otworów maskownicy. Dzięki temu uzyskuje się większą
powierzchnię świecącą plamki i większą jaskrawość obrazu. Poza tym kineskopy z
maskownicą szczelinową są mało wraŜliwe na działanie ziemskiego pola magnetycznego
Układ korekcji zbieŜności kineskopu IL składa się z dwóch magnesów z rdzeniami
ferrytowymi w kształcie litery E, które są ustawione poziomo po obu stronach na szyjce
kineskopu. Rdzenie te są podzielone na trzy części poprzez dwie szczeliny powietrzne (dwa
obwody magnetyczne). W kaŜdym obwodzie działa okrągły magnes trwały, którym poprzez
jego obrót moŜna regulować zbieŜność statyczną. Na rdzeniach zostały nawinięte cewki
słuŜące do regulacji dynamicznej strumieni R i B elektronów. Korekcję zbieŜności strumieni
elektronów wykonuje się przyjmując zieloną siatkę obrazową jako odniesienie dla siatek
czerwonej i niebieskiej. Korekcja statyczna strumieni R i B polega na doprowadzeniu do
nałoŜenia się trzech strumieni elektronów RGB w środku obrazu. SłuŜą do tego magnesy
trwałe (3). Przez ich obrót zmienia się wartość i kierunek stałych strumieni magnetycznych,
które oddziałują na strumienie elektronów R i B powodując ich przesuwanie w kierunku
pionowym, poziomym lub po przekątnych ekranu. Natomiast korekcja dynamiczna polega na
zmianie kształtu i rozmiarów siatek obrazowych R i B przy bocznych krawędziach obrazu, by
nałoŜyły się całkowicie na siatkę G. Uzyskuje się to przez wytworzenie zmiennych strumieni
magnetycznych (przepuszczenie odpowiednich prądów przez cewki zbieŜności dynamicznej
poziomej i pionowej).
1- rdzeń, 2- szczelina powietrzna, 3- magnesy trwałe (obrotowe), 4 - cewki zbieŜności
dynamicznej pionowej, 5 - cewki zbieŜności dynamicznej poziomej, 6- szyjka kineskopu
Kineskop typu Trinitron
W kineskopie typu Trinitron znajduje się jedna wyrzutnia, która zawiera trzy katody
ustawione w jednej linii. Dzięki temu wyeliminowano w znacznym stopniu błędy zbieŜności
statycznej. W stosunku do kineskopów typu Delta i IL kineskop ten posiada tylko jeden układ
elektrooptyczny dla trzech strumieni elektronów. Pozwoliło to zmniejszyć średnicę szyjki
przy jednoczesnym, prawie dwukrotnym zwiększeniu gęstości strumienia elektronów. Ekran
pokryty jest od wewnątrz wąskimi paskami luminoforów w kolorach RGB. Maskownicę
zbudowano w ten sposób Ŝe na ramie metalowej znajdują się pręty stalowe. Ze względu na
sztywność całej konstrukcji naciąg prętów powinien być jak największy.
Maskownica ma potencjał niŜszy niŜ potencjał ekranu i tworzy z nim układ soczewek
elektrostatycznych, które powodują dodatkowe skupianie strumieni elektronów. Dzięki czemu
moŜna zogniskować plamkę do rozmiarów mniejszych niŜ szerokość paska luminoforu.
Strumienie elektronów krzyŜują się w środku drutów maskownicy. Szerokość pasków ekranu,
odległość między maskownicą a ekranem oraz nachylenie wyrzutni dobiera się tak, by
strumień danej wyrzutni padał tylko na paski odpowiadającego mu koloru.
Poprawę ostrości kształtów elementów obrazu uzyskuje się przez dodatkową modulację
prądów odchylających. Kineskop typu Trinitron charakteryzuje się duŜą jaskrawością i
kontrastem. Zespoły zbieŜności i czystości kolorów nie róŜnią się od analogicznych zespołów
kineskopu systemu IL.
Kineskop typu PIL
Kineskop maskowy systemu PIL (Precision In Line), to udoskonalona odmiana systemu IL
(In Line). Precyzja ta polega na wykonaniu cewek odchylania pionowego i poziomego w taki
sposób aby zapewnić samoczynną zbieŜność strumieni elektronów (tzw. samozbieŜność).
Zespoły odchylania, zbieŜności i czystości kolorów są na trwałe związane z kineskopem,
tworząc jedną konstrukcję. RóŜna jest teŜ kolejność wyrzutni strumieni elektronów
(wyrzutnia R znajduje się w środku). Wszystkie trzy wyrzutnie są ustawione równolegle, a
zogniskowanie strumieni na jednej szczelinie maskownicy następuje przez oddziaływanie na
nie pola elektrycznego soczewek.
Siatki poszczególnych zespołów elektrooptycznych połączone są ze sobą i mają wspólne
wyprowadzenie na cokole lampy kineskopowej i taką samą wartość napięcia zasilania.
UmoŜliwia to ograniczenie średnicy szyjki oraz wymiarów wyrzutni kineskopu. Kineskopy
typu PIL mają te same zalety co IL, a ich produkcja jest prostsza i tańsza.
Kineskop Monochromatyczny
Kineskop czarno-biały (monochromatyczny) zbudowany jest z trzech podstawowych
elementów: wyrzutni elektronów, układu odchylającego i ekranu.
Włókno Ŝarzenia rozgrzewa katodę do wysokiej temperatury powodując emisję swobodnych
elektronów. Gęstość strumienia elektronów zmienia się poprzez zmianę potencjału siatki
pierwszej (zwanej cylindrem Wehnelta) względem katody, uzyskując zmianę jasności
świecenia danego punktu na ekranie. Kolejna elektroda (druga siatka) wytwarza pole
elektrostatyczne powodujące przyspieszenie i ruch elektronów. Trzy następne elektrody
(siatki trzecia, czwarta i piąta) tworzą soczewkę skupiającą, której zadaniem jest
zogniskowanie wiązki elektronów na powierzchni ekranu.
Ekran kineskopu jest przetwornikiem energii kinetycznej wiązki elektronów na energię
świetlną. Pokryty jest on od wewnątrz cienką warstwą luminoforu, który świeci pod
wpływem bombardowania elektronami (zjawisko elektroluminescencji). Im większa jest
prędkość elektronów, tym jaśniejsze jest świecenie luminoforu w miejscu uderzenia. Cechą
charakterystyczną luminoforu jest czas poświaty (czas po upływie którego luminancja
zmniejsza się do 1% wartości maksymalnej). Nie moŜe on być zbyt krótki (migotanie obrazu),
ani zbyt długi (nakładanie się obrazów). Dla luminoforów stosowanych w telewizji czas ten
wynosi 1/50s. Na warstwę luminoforu napyla się folię aluminiową, która:
- chroni luminofor przed skutkami uderzeń cięŜkich jonów
- zwiększa kontrast obrazu nie dopuszczając do oświetlenia ekranu światłem rozproszonym
wewnątrz stoŜka kineskopu
- zwiększa jaskrawość obrazu, odbijając w kierunku obserwatora światło wydzielane przez
luminofor
- ułatwia odprowadzenie elektronów z powierzchni ekranu po wykonanej przez nie pracy do
obwodu prądowego Warstwa metalizacji powinna być wystarczająco cienka, tak by nie
pochłaniała strumienia elektronów. Przednia warstwa ekranu wykonana jest najczęściej z
ciemnego szkła, aby zapewnić obraz o jak największym kontraście.
Do powstania obrazu na ekranie konieczne jest, aby oprócz zmian jaskrawości plamki ekranu,
świecenie poszczególnych punktów następowało w kolejności zgodnej z kolejnością
nadawanych punktów obrazu. W tym celu strumień elektronów powinien wykonywać ruchy
poziome i pionowe. Rolę tę spełniają cewki odchylania poziomego (siodłowe) i odchylania
pionowego (toroidalne) które nakłada się na szyjkę kineskopu. Wewnątrz cewek powstają
pola magnetyczne wytworzone przez prądy dostarczone do cewek z układów odchylania
odbiornika TV. Im większy prąd płynie przez cewki, tym odchylenie strumienia elektronów
jest większe. Kąt odchylania wiązki elektronów uzaleŜniony jest od kształtu kineskopu i
wynosi 90o lub 110 o. Dodatkowo w obudowie cewek umieszcza się magnesy w kształcie
pierścieni, które słuŜą do centrowania obrazu.