5. Развертывающие устройства

5.1. Отклонение электронного луча в кинескопах с плоским экраном

Воздействие магнитного поля на движущийся электрон. Во многих ТВ-преобразователях свет-сигнал и сигнал-свет формируется электронный луч, который в процессе работы преобразователя отклоняют от оси преобразователя магнитным полем.

В принципе отклонить электронный луч можно и с помощью электрического поля. Однако электрическое поле в ТВ-преобразователях не используется. Это объясняется двумя основными причинами. Во-первых, при отклонении луча на угол более 30°, электронный луч дефокусируется. Во-вторых, на отклоняющие пластины необходимо подавать напряжение, величина которого примерно равна одной трети от напряжения на втором аноде. Для современных кинескопов это напряжение составляло бы величину 6 – 8 кВ. Это приводит к определенным техническим сложностям и экономически нецелесообразно.

Рассмотрим воздействие магнитного поля на движущийся электрон. Допустим, что в горловине трубки-преобразователя создано равномерное магнитное поле (рис. 5.1) (объем, занимаемый этим полем, на рисунке зачернен), а электрон до входа в это поле двигался по оси трубки ОО. На электрон, влетевший в магнитное поле со скоростью V, действует сила Лоренца равная по величине

(5.1)

где е – заряд электрона, – угол между векторами и ,– напряженность магнитного поля.

Вектор перпендикулярен плоскости, в которой расположены вектора, и направлен таким образом, что если смотреть с конца этого вектора, то для совмещения векторов и , необходимо повернуть вектор по часовой стрелке.

Под воздействием силы Лоренца электрон движется по дуге окружности, радиус R которой равен [3]:

(5.2)

где m – масса электрона.

Рис. 5.1. Траектория полета электрона в кинескопе

При выходе из магнитного поля (точка А, рис. 5.1) электрон продолжает двигаться со скоростью V по прямой, касающейся окружности в точке выхода. Если изменять величину Н, то, как следует из выражения (5.2), будет изменяться радиус окружности R и, как следствие, расстояние L от центра экрана О до точки попадания электрона на экран B.

Итак, перемещение луча по экрану трубки можно осуществить с помощью изменения магнитного поля, созданного в горловине трубки.

Особенности отклонения электронного луча в кинескопах с плоским экраном. Магнитное поле в кинескопах создается двумя парами катушек, надеваемых на его горловину, по которым протекают отклоняющие токи. Одна пара катушек – строчные отклоняющие катушки (СК) – создает магнитное поле, вектор напряженности которого H_C направлен вертикально. Вторая пара – кадровые отклоняющие катушки (КК) – создает магнитное поле с горизонтально направленным вектором напряженности H_К.

Для перемещения луча по экрану кинескопа токи горизонтального I_С и вертикального I_К отклонения изменяют по пилообразному закону (рис. 5.2).

Рис 5.2. Форма токов, протекающих через отклоняющие катушки

При значении тока I_С = I_С1 электронный луч находится в одном из крайних положений по горизонтали на экране кинескопа (в левом или правом краю экрана). При изменении тока от I_C1 до I_С2 луч переместится в другое крайнее положение. Аналогичные перемещения луча по вертикали возникают при изменении тока I_К.

Чтобы осуществить движение луча по плоскому экрану с постоянной горизонтальной (вертикальной) скоростью, закон изменения пилообразного тока во времени должен отличаться от линейного. Это требование вытекает из нелинейной зависимости L(H). Зависимость L(H) можно найти из геометрических построений на основе рис. 5.1 и (5.2). Вид функции L(H) приведен на рис. 5.3, б.

На рис. 5.3, в с помощью кривой L(H) построен закон изменения магнитного поля во времени H(t), при которой величина L(t) изменяется по линейному закону (рис. 5.3, а) (скорость движения луча по экрану постоянна).

Из этого рисунка следует: для того, чтобы электронный луч передвигался по экрану с постоянной скоростью, зависимость H(t) должна иметь S-образную форму и, как следствие, такую же форму должен иметь отклоняющий ток в катушках (рис. 5.2). В телевизорах для придания отклоняющему току такой формы применяют специальные схемы.

Рис. 5.3. Пояснение к формированию S-образного закона H(t)

Вторая особенность отклонения электронного луча в кинескопах с плоским экраном связана с так называемыми «подушкообразными» искажениями растра. Эти искажения проявляются в нарушении формы растра, искривлении горизонтальных и вертикальных линий изображения (рис. 5.4).

«Подушкообразные» искажения возникают из-за плоской поверхности экрана. Действительно, если луч отклонить по вертикали от оси кинескопа на угол (рис. 5.5), а затем, не изменяя величины этого угла, сместить его к правому краю экрана, то след луча на экране примет вид кривой bb. При этом оказывается ab > ab, что следует из подобия треугольников oba и oba.

Рис. 5.4. «Подушкообразные» искажения растра, искажения вертикальной (аа₁) и горизонтальной (bb₁) линий

Для устранения таких искажений в ТВ ранних поколений использовались специальные электронные схемы, которые изменяли соответствующим образом амплитуду пилообразного тока I_C(t) от строки к строке и закон изменения I_К(t) внутри каждого поля (рис. 5.6).

Рис. 5.5. Пояснения к образованию «подушкообразных» искажений

Рис. 5.6. Коррекция тока горизонтального I_С(t) и вертикального I_К(t) отклонений для устранения «подушкообразных» искажений, Т_С – период строчного отклоняющего тока, Т_К – период кадрового отклоняющего тока

В современных телевизорах «подушкообразные» искажения растра устра­няются созданием неравномерного магнитного поля в горловине кинескопа, что достигается определенным распределением витков в катушках.