Посвящение в радиоэлектронику

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.

Отклонение заряженной частицы магнитным полем.

Итак, для отклонения луча по строке магнитное поле надо направить сверху вниз. Оно создастся парой катушек сверху и снизу горловины трубки — строчными отклоняющими катушками. Аналогично, только по бокам горловины трубки, расположены кадровые отклоняющие катушки. Ток пилообразной формы в отклоняющих катушках изменяется по линейному закону с частотой строк и кадров, а растр образуется точно так же, как было описано выше. Телевизионные приемные трубки с магнитным отклонением называют кинескопами.

Кинескоп:

_{1 — экран; 2 — люминофор; 3 — анод; 4 — управляющий и фокусирующий электроды; 5 — катод; 6 — цоколь; 7 — отклоняющие катушки на горловине кинескопа}

Чтобы посмотреть телепередачу, одного кинескопа мало, нужны еще телевизор — устройство достаточно сложное и телецентр, из которого ведутся передачи. Вы, разумеется, видели, что операторы в студии пользуются телекамерами — устройствами для преобразования изображения в видеосигнал. Основу телекамеры составляет передающая телевизионная трубка. Исторически первыми были иконоскопы. Термины «кинескоп» и «иконоскоп» предложил В. Зворыкин один из первых изобретателей электронного телевидения. Они образованы от греческих слов «движение», «изображение» и «смотрю». Преобразователем изображения в электрический сигнал в иконоскопе служит мозаика фоточувствительных глобул серебра, нанесенных на слюдяную пластинку и изолированных друг от друга. Обратная сторона пластины металлизирована. На мозаику с помощью объектива фокусируется изображение. Там, где освещенность велика, кванты света выбивают из атомов серебра электроны (происходит фотоэлектрический эффект), и это место мозаики приобретает положительный заряд. Там же, где освещенность мала фотоэффект слаб и заряд тоже невелик. За время передачи кадра заряд накапливается в элементарных конденсаторах, одна обкладка которых образована глобулой серебра, а другая, общая, — металлизированной подложкой слюдяной пластины. Таким образом, распределение заряда на поверхности мозаичной пластины в точности соответствует оптическому изображению. Теперь заряд надо «считать».