книги / Электронная оптика и электроннолучевые приборы

счет полного внутреннего отражения света, испускаемого люмино­ фором, от наружной поверхности дна (рис. 9.1).

Свет от люминофора выходит наружу лишь при сравнительно небольшом угле 0 -порядка 40° Следовательно, более половины всего испускаемого люминофором света частично идет на образо­ вание ореолов, частично диффузно рассеивается в толще стекла. И то и другое снижает контрастность. Очевидно, снижение конт­ растности будет более выражено при значительных диаметрах

ханической прочностью, обычно диаметр первого (наиболее ярко­

ным способом можно считать оп­ равданным.

На контрастность изображения заметно влияет освещение эк­ рана внешним светом. Нетрудно видеть, что поглощение части све­ та в стекле дна колбы, приводящее к уменьшению яркости ореола* может оказаться полезным и для уменьшения влияния внешнего освещения на контрастность. В самом деле, внешний свет проходит

фильтром с коэффициентом пропускания 0,6—0,7, повышает конт­ растность в несколько раз.

Незначительное уменьшение яркости всего изображения не принципиально, так как обычно его можно скомпенсировать со­ ответствующим увеличением тока луча.

Одним мз важных параметров кинескопов является разрешаю­ щая способность, определяемая числом элементов изображения, которое может быть воспроизведено на экране. Поскольку телеви­ зионное изображение имеет строчную структуру, разрешающую способность кинескопа удобно оценивать числом строк, отчетливо различимых на экране. При телевизионном стандарте разложения на 625 строк (принятом в СССР и во многих зарубежных странах) разрешающая способность кинескопа, очевидно, должна быть не менее 625 строк в любом месте экрана. Интересно отметить, что стандарт 625 строк выбран вполне обоснованно. Человеческий глаз, являющийся приемником информации, воспроизводимой на экра­ не телевизора, может разрешить (при нормальном зрении), т. е. увидеть раздельно два элемента, если их угловая величина (угол, под которым виден элемент) не меньше 1,5' При «удобном» угле зрения 15° (см. § 9.1) оптимальное число строк, обеспечивающее восприятие глазом всего объема полезной информации, составит

чеством фокусировки, т. е. диаметром пятна на экране. Если экран

600 строк оптимальный диаметр пятна (на уровне 0,4) на экране равен 0,5 мм. Такую величину сечения луча в плоскости приемника сравнительно легко обеспечивают прожекторы с электростатиче­ ской и тем более с магнитной фокусировкой.

Поскольку промышленные люминофоры, даже сравнительно крупнозернистые сульфидные, имеют размеры зерна меньше0,1 мм. дискретная структура экрана не влияет на величину разрешающей способности современных кинескопов с большими экранами. Сле­ дует отметить, что при использовании однотипных прожекторов для кинескопов с различным размером экрана разрешающая способ­ ность с ростом размеров экрана сначала увеличивается, а затем начинает уменьшаться. Это объясняется тем, что с увеличением размеров экрана при сохранении неизменного диаметра пятна число элементов изображения, умещающихся на экране, растет, т. е. увеличивается разрешающая способность. Но при значитель­ ном увеличении размеров экрана для сохранения неизменной яр­ кости свечения люминофора приходится увеличивать ток луча, что приводит к расширению луча и, как следствие, к уменьшению разрешающей способности. Особенно заметное уменьшение разре­ шающей способности наблюдается при насыщении люминофора но току: увеличение тока не приводит к повышению яркости в центре пятна, но значительно увеличивает его диаметр. Поэтому

существует оптимальный размер экрана, для которого с прожек­ тором данного типа обеспечивается максимальная разрешающая способность.

Расширяющаяся часть колбы круглых кинескопов имела фор­ му, близкую к параболоиду; у кинескопов, имеющих прямоуголь­ ный экран, форма колбы напоминает четырехгранную пирамиду с выпуклыми гранями и закругленными ребрами. Современные ки­ нескопы обычно делают цельностеклянными. Стеклянно-металли­ ческие кинескопы имели расширяющуюся часть колбы, выполнен­ ную из феррохромового листа. Хотя стеклянно-металлические ки­ нескопы прочнее и легче цельностеклянных, применение их вызы­

магнитных потоков.

Кроме того, при магнитном отклонении возможно совмещение в одном пространстве вертикально (кадровых) и горизонтально (строчных) отклоняющих магнитных полей, что позволяет сущест­ венно уменьшить длину горловины (по сравнению с трубками, имеющими электростатическое отклонение).

Магнитное отклонение позволяет использовать большие углы отклонения без существенного нарушения фокусировки и линей­ ности. Поэтому современные кинескопы имеют углы отклонения луча до 50—55° (полный раствор до 100— 110°). При таких больших углах отклонения колба кинескопа получается сравнительно ко­ роткой. Примерный вид колбы современного кинескопа приведен на рис. 9.2.

Внутренняя поверхность стенок стеклянных колб обычно покры­ вается проводящим графитовым слоем, через который осуществля­ ется подведение высокого напряжения к аноду трубки. Наружная поверхность конической части стеклянных кинескопов, работающих при анодных напряжениях выше 8— 10 кв, также покрывается про­ водящим покрытием, электрически не соединенным с внутренним слоем. Два слоя графитового покрытия (внутренний и наружный), разделенные диэлектриком (стеклом колбы), образуют конденса­

тор фильтра выпрямителя высокого напряжения, питающего ки­ нескоп.

Многие типы кинескопов имеют так называемые взрывобезо­ пасные колбы. Прежде изготовлявшиеся дельностеклянные колбы при механических воздействиях или при недостаточной прочности самой колбы вследствие больших натяжений в местах спая дна колбы с расширяющейся частью иногда взрывались; колба разру­ шалась, при этом осколки разлетались с большими скоростями. Поэтому для предохранения телезрителей от возможных ранений при взрыве колбы телевизионные приемники приходилоь снабжать специальными защитными стеклами (из небьющегося оргстекла), расположенными перед экраном кинескопа. Современные взрывобезопасные кинескопы имеют специальную металлическую раму — бандаж (см. рис. 9.11), охватывающую колбу вблизи экрана. Про­ странство между бандажом и стенкой колбы заполняется отверде­ вающей массой (в качестве которой может использоваться гипс), несколько расширяющейся в процессе отвердевания. При этом место спая экрана с колбой и сам экран оказываются сжатыми в радиальном направлении, и механическое разрушение колбы при­ водит лишь к растрескиванию экрана без разлета осколков. При­ менение взрывобезопасных колб позволило за счет исключения защитного стекла совместить экран кинескопа с передней поверх­ ностью телевизионного приемника и даже несколько выдвинуть вперед, за переднюю стенку приемника, выпуклый экран, что вы­ годно, так как при этом уменьшается глубина телевизора.

§ 9.3. ПРОЖЕКТОР КИНЕСКОПА

Получение высококачественного, достаточно яркого и контрастного телевизионного изображения в условиях нормально освещенного помещения возможно лишь при сравнительно больших яркостях свечения экрана — несколько десятков нит у небольших кинеско­ пов и до 200—300 нт у кинескопов с диагональю экрана более 0,5 м. Получение требуемой яркости в случае использования суль­ фидных люминофоров со световой отдачей в несколько свечей на ватт возможно при мощности луча в несколько ватт. Необходимая мощность луча достигается повышением ускоряющего напряжения до 10, 16 кв и более при токе луча в несколько сот микроампер. Увеличение тока луча невыгодно, так как чем больше ток луча, тем труднее получить необходимую разрешающую способность — сильнее сказывается влияние сил кулоновского расталкивания, приходится использовать большую площадь поверхности катода, что увеличивает аберрации линз и т. д. Кроме того, при большом токе луча возможно насыщение яркости люминофора (см. § 6.2), что также приводит к снижению разрешающей способности за счет увеличения кажущегося (на уровне 0,4) диаметра пятна. Следует учитывать, что яркость свечения люминофора с ростом ускоряю­

щего напряжения увеличивается для сульфидных люминофоров примерно по квадратичному закону, т. е. световая отдача экрана растет.

Приведенные соображения показывают, что прожектор кине­ скопа должен создавать луч с током в несколько сот микроампер При ускоряющем напряжении не менее 10 кв. При этом для обес­ печения нужной разрешающей способности диаметр пятна (на Уровне 0,4) должен быть не больше 0,2—0,3 мм. у кинескопов с Диагональю экрана до 35 см и может достигать 0,5 мм у кинеско­ пов с экраном более 50 см. Слишком малый диаметр пятна (в не­ сколько раз меньший расстояния между строками) даже нежела­

С точки зрения художественного восприятия изображения допу­ стимо небольшое перекрытие строк.

Поскольку видеосигнал, формирующий телевизионное изобра­ жение, подводится к модулятору кинескопа, прожектор должен Иметь достаточно крутую модуляционную характеристику. Боль­ шая крутизна модуляционной характеристики позволяет при не очень большой амплитуде видеосигнала получить значительные из­ менения тока луча и, следовательно, достаточно контрастное изо­ бражение. С точки зрения простоты усилителей видеосигнала же­ лательна линейная зависимость яркости свечения экрана от вели­ чины напряжения модулятора. Но, поскольку передающие трубки имеют не вполне линейную световую характеристику (см. § 12.1), характеристика ВЭ1ф= 1(1л) также не вполне линейна и в то же время создание прожектора с линейной модуляционной характе­ ристикой затруднительно, к форме модуляционной характеристики прожектора кинескопов обычно не -предъявляются жесткие требо­ вания, за исключением требования малой величины модуляции. Нелинейность характеристик элементов телевизионного тракта компенсируется введением так называемой гамма-коррекции, за­ ключающейся в специальном нарушении линейности передаточных характеристик видеоусилителей, обратном по сравнению с нели­ нейностью характеристик электроннолучевых приборов.

Электронный прожектор, достаточно хорошо удовлетворяющий указанным требованиям, может быть построен по двухили трех­ линзовой оптической схеме с электростатической или магнитной проекционной линзой. В ранее распространенных круглых кине­ скопах со сравнительно небольшим экраном (18, 23, 31 см) ис­ пользовалась магнитная фокусировка, т. е. прожектор строился по схеме иммерсионный объектив — магнитная линза. В настоящее время большинство кинескопов имеет прожектор с электростати­ ческой фокусировкой, магнитная проекционная линза используется лишь в проекционных кинескопах (см. § 9.6) и некоторых специ­ альных кинескопах, имеющих небольшие экраны и повышенную разрешающую способность.

Кинескопы, имеющие прожекторы с электростатической фоку­ сировкой, весьма экономичны в эксплуатации, что существенно при массовом распространении телевидения. Кроме того, при пи­ тании всей электронно-оптической системы прожектора от одного

источника колебания питающего напряжения не нарушают фоку­ сировки, тогда как при магнитной фокусировке нестабильность питающего напряжения заметно расстраивает фокусировку.

Прожектор с электростатической фокусировкой строится Обыч­ но по трехлинзовой (пентодной) системе, т. е. между ускоряющим электродом и модулятором ставится промежуточный электрод, обычно называемый также ускоряющим электродом, но со сравни­ тельно невысоким потенциалом (от +200 до +600 в) относитель­ но катода. Применение промежуточного электрода обосновано не­ обходимостью иметь не слишком большое отрицательное запира­ ющее напряжение модулятора, а также небольшую величину мо­ дуляции. Образующаяся между первым и вторым ускоряющими

и

Рис. 9.3. устройство прожектора кинескопа

электродами иммерсионная линза уменьшает угол расхождения пучка за плоскостью скрещения, луч в проекционной линзе стано­ вится более узким, что приводит к уменьшению аберраций этой линзы, т. е. улучшается фокусирвка. Кроме того, при высоких окончательных ускоряющих напряжениях (15—20 кв) ускоряющий электрод с промежуточным потенциалом позволяет легче обеспе­ чить необходимую электрическую прочность. Таким образом, про­ жектор с электростатической фокусировкой имеет следующую оп­ тическую схему: катод, модулятор и ускоряющий электрод обра­ зуют иммерсионный объектив; ускоряющий электрод и второй ускоряющий электрод с потенциалом второго анода образуют им­ мерсионную линзу; второй ускоряющий электрод, первый анод и Еторой анод образуют одиночную линзу. Схема устройства такого трехлинзового прожектора показана на рис. 9.3, а его внешний вид — на рис. 9.4.

При работе кинескопа с магнитным отклонением луча наблю­ дается образование в центре экрана менее ярко светящегося (тем­ ного) пятна, значительно снижающего качество изображения или делающего вообще невозможным дальнейшее использование труб­ ки. Причиной появления этого пятна является постепенное разру­ шение центральной части экрана тяжелыми заряженными частица­ ми — отрицательными ионами, поэтому темное пятно на экране получило название ионного пятна. Масс-спектрометрический ана­ лиз пучка заряженных частиц, выходящих из электронного про­ жектора, показывает, что, кроме электронов, в пучке присутствуют

пятна. Для предотвращения образования ионного пятна следует исключить попадание ионов на экран. Этого можно достигнуть за счет улавливания ионов либо в электронном прожекторе (ионные ловушки), либо непосредственно у поверхности экрана (алюмини­ рованные экраны).

Принцип действия ионных ловушек вытекает из различного от­ клоняющего действия поперечного магнитного поля на пучки ионов

электронного пучка к оси прожектора, обычно создается неболь­ шим постоянным магнитом, укрепленным снаружи трубки.

В кинескопах с неалюминированными экранами, электростати­ ческой фокусировкой и магнитным отклонением применяются про­ жекторы с ионными ловушками, первая часть которых (катод, мо­ дулятор, первый ускоряющий электрод) наклонена к оси трубки под углом 10— 15° Перед входом во второй ускоряющий электрод электронный луч отклоняется поперечным магнитным полем до совмещения с осью, а ионы, летящие почти прямолинейно, улав­ ливаются боковой стенкой второго ускоряющего электрода. Про­ жектор с ионной ловушкой показан на рис. 9.6.

луча. На рис. 9.7 показано, как зависит длина трубки при неиз­ менном размере экрана от угла отклонения луча.

Кинескопы с углом отклонения 70° имеют сравнительно боль­ шую длину; увеличение угла отклонения до 110° сокращает длину

луча

трубки более чем 1,5 раза по сравнению с длиной трубки, имеющей угол отклонения 70°. И, наконец, отклоняющая система должна работать экономично, т. е. для отклонения луча по всему экрану не

ков и диаметром проволоки. Схематически магнитная отклоняю­ щая система кинескопа показана на рис. 9.8.

Кинескопы с углом отклонения луча 110° (укороченные кине­ скопы) получают все большее распространение. При таких боль­ ших углах отклонения, очевидно, может быть использована только