TV-teknikk : billedrør-svart/hvitt [PDF]

Zitiervorschau

FRANK HOLM

TV-teknikk

Billedrørsvart/hvitt

Nasjonalbiblioteket Depotbiblioteket

Universitetsforlaget

©Yrkesopplæringsrådet for håndverk og industri/ Universitetsforlaget 1978.

Etter loven av 12. mai 1961 om opphavsrett til åndsverk er det forbudt å mangfoldiggjøre innholdet i denne bok, helt eller delvis, uten tillatelse fra forlaget. Forbudet gjelder enhver form for mangfoldiggjøring ved trykking, kopiering’, stensilering, båndinnspilling o.l.

Norsk Standard er gjengitt med tillatelse fra Norsk Standardiseringsforbund.

GJØVIK INGENIØRHØGSKOLE BIBLIOTEKET

Omslag: Johannes Helle Trykk: Nordenfjelske Lito Vs, Trondheim 1978.

3

Forord Katodestrålerøret ble første gang beskrevet i 1897, 10 år før forsterkerrøret ble oppfunnet. ? Oppfinneren, den tyske professor Ferdinand Braun, så i katodestrålerøret bare et hjelpemiddel til reine vitenskapelig studier. Han var i mot at hans rør skulle brukes til noe så uvitenskapelig og unyttig som fjernsyn. Katodestrålerøret har imidlertid både blitt videreutviklet til et meget følsomt og presist hjelpemiddel til vitenskapelige og tekniske målinger - og til fjemsynsbilledrør. Dette emneheftet som inngår i serien TV-teknikk, omfatter svart/hvitt-billedrøret med billedrørkretser. Det er primært beregnet at det skal dekke pensum i videregående kurs II for radio/TV-reparatører, studieretning håndverk og industri i den videregående skole. Av praktiske grunner vil fargebilledrøret bli beskrevet i et eget emnehefte. Erfaringene med de tidligere emneheftene i TV-teknikk viser at det er vanskelig å tilpasse stoffmengde og stoffvalg når de enkelte emner behandles hver for seg. Jeg vil derfor være meget takknemlig for råd og vink fra dem som bruker dette og de andre heftene i sin undervisning. Oslo, mars 1978

Frank Holm

o

5

Innhold

Oppbygning .................................................................. 7 Glasskolben.................................................................. 7 Kon............................................................................ 9 Rørhalsen ............................................................... 9 Billedrørets lengde.................................................... 10 1.2 Elektronkanonen............................................................ 10 Katoden..................................................................... 11 Akselerasjonselektroder .......................................... 11 Styreelektrode............................................................ 12 Elektrostatisk fokusering ........................................ 13 2. Billedskjermen .......................................................... 15 Luminescens............................................................. 15 Elektronstrøm og lysutbytte..................................... 16 Etterlys..................................................................... 16 Metallisert billedskjerm............................................ 18 loneflekk................................................................... 20 Filterglass................................................................... 20 3. Billedrørskarakteristikk................................................ 22 4. Avbøyning av elektronstrålen, linjeraster.................. 29 Defokusering/astigmatisme....................................... 32 Putefortegning............................................................ 34 Avsøkningslinearitet.................................................... 36 5. Billedsentrering................................................................ 39 6. Billedrørtyper..................................................................41 Typemerking................................................................ 44 Rørdata.........................................................................45 Behandling av billedrør.............................................. 46 7. Avbøyningsenheten........................................................ 47 Toroidspoler................................................................ 47 Sadelspoler................................................................. 47 Avbøyningsspolenes data........................................... 48 8. Billedrørkretser............................................................. 50 Jording av ytre grafittbelegg..................................... 50 Jording av metallbånd (armeringsbånd).....................50 Flash-over ................................................................. 50 Glødning...................................................................... 52 Fokusregulering .......................................................... 53 Lysregulering .............................................................. 54 Lysflekkundertrykkelse .......................................... 54 Strålestrømbegrensning ............................................ 58 Slokking av elektronstrålen under tilbakeløp..........59 9. Oppgaver.........................................................................62 1. 1.1

1 Oppbygning TV-billedrøret består av følgende hoveddeler, se fig. 1.1: 1. Glasskolbe 2. Elektronkanon

Fig. 1.1.

Til røret hører også en avbøyningsenhet, som er plassert i overgangen mellom glasskonen og rørhalsen. I TV-billedrøret brukes magnetisk avbøyning fordi det er mest hensiktsmessig i forbindelse med store avbøyningsvinkler.

1.1 Glasskolben Glasskolben består av følgende 3 hoveddeler: billedskjerm, kon og rørhals, se fig 1.2. Billedskjermen skulle ideelt hatt en rektangulær form med det normerte sideforhold 4:3. Dagens billedrør har imidlertid en tilnærmet rektangulær form, sidene er noe buet, og sideforholdet er tilnærmet 5:4, se fig. 1.3. Ved full utnyttelse av billedhøyden blir derfor en del av billedbredden kuttet bort. For at billedrøret skal virke, må det innvendige gasstrykk være meget lavt. Helst skulle det vært null, men i praksis kommer man ned til et gasstrykk som er en 109-del av atmosfæretrykket. Det blir da et meget stort ytre trykk som virker over alt på glasskolben, se fig. 1.4.

8

Fig. 1.4. Som eksempel kan nevnes at trykk-kraften på billedskjermen til et billedrør med 61 cm (24”) skjermdiagonal er ca. 17 700 N, dvs. ca 1,8 tonn.

9

Fig. 1.5. Billedskjermen kan ha konstant krumningsradius. Den er da en del av en kuleflate og sies å være sfærisk (a). Det kan også være nyttet flere krumningsradiuser, slik at man får større krumning ut mot sidene og hjørnene enn midt på skjermen (b).

For å oppnå tilstrekkelig styrke til at billedrøret skal kunne motstå dette trykket nyttes bl.a. krumme flater, se fig. 1.5. Billedskjermen som vender mot seeren, må av sikkerhets­ messige grunner være meget sterk Tidligere ble det brukt eget sikkerhetsglass foran billed­ skjermen. Dette er ikke nødvendig for billedrørene vi har i dag.

Kon Billedrørets kon danner overgangen mellom billedskjermen og rørhalsen. Den må ha en slik form at elektronstrålen kan bevege seg fritt inne i konen fra elektronkanonen til alle punkter på billed­ skjermen. Videre må det tas hensyn til at strølys ikke blir reflektert til billedskjermen. I konen er det innsmeltet en kontakt for tilførsel av høyspen­ ning (18 kV) til elektronkanonen og det innvendige belegget. Innvendig og utvendig er konen belagt med et grafittbelegg.

Rørhalsen Rørhalsen skal gi plass for elektronkanonen. Rørhalsens lengde og diameter bestemmes av elektronkanonens dimensjoner. Da behovet for avbøyningseffekt minker med minkende diameter, lages elektronkanonen og rørhalsen med så liten diameter som mulig. Faren for overslag setter en grense for hvor små dimen­ sjonene kan være. I praksis nyttes tre forskjellige diametere for svart/hvitt-billedrør. Det er tynnhalsrør med diameter 28,6 mm og tykkhalsrør med diameter 36,5 mm. For små billedrør med høyspenning opptil 15 kV brukes en rørhals med diameter 20 mm. Med unntak av høyspenningen går alle elektriske forbindelser til elektronkanonen gjennom rørhalsens bunn. I eldre rør er bunnen avsluttet med en bakelittsokkel med stiftkontakter og i nyere rør med en sokkelplate av glass med innsmeltede kon­ takter, se fig. 1.6.

10

Billedrørets lengde

Fig. 1.6 a. Sokkel for tykkhalsrør.

Den totale lengde for et billedrør bestemmes av billedskjerm, kon og rørhals. Ved økende maksimal avbøyningsvinkel avtar billedrørets lengde. Fig. 1.7 viser den relative lengden for 70 °, 90 0 og 110° billedrør med samme skjermstørrelse. Den store maksimale avbøyningsvinkelen på 110° som nyttes i dag, krever liten billedrørslengde, men medfører ingen andre fordeler. Den krever bl.a. større avbøyningseffekt enn rør med mindre avbøyningsvinkler. Videre får man større problemer med linearitet og fokusering av elektronstrålen.

Fig. 1.7. Sideprofil og lengdeforhold for 70 ° - 90 ° og 110 ° billedrør med samme skjermstørrelse.

1.2 Elektronkanonen Fig. 1.6 b. Sokkel for tynnhalsrør.

Det luminescerende belegget på billedskjermen lyser opp når det treffes av elektroner med høy energi. Lyset som avgis er proporsjonalt med mengden av elektroner og hastigheten deres. Når man varierer lyset fra skjermen, er det i praksis elektronmengden som varieres. Elektronhastigheten holdes konstant. Av hensyn til punktskarphet må elektronenes treff­ punkt ha liten diameter. Elektronkanonens oppgave er å frambringe en elektronstråle som har konstant hastighet, som gir treffpunkt med liten dia­ meter og som er slik at elektronmengden på en enkel måte kan varieres. Elektronkanonen må bestå av følgende deler: a) katode b) akselerasjonselektroder c) styreelektroder d) fokuseringselektroder

11

Katoden Katoden har til oppgave å frambringe elektroner til elektronstrålen. Dette skjer ved termisk emisjon fra et metalloksyd. Katoden består av en sylinder av nikkel eller nikkellegering som er belagt med et emitterende materiale (metalloksyd) på den ene enden. Inne i sylinderen og isolert fra denne ligger en glødetråd, se fig. 1.8. Ved hjelp av glødetråden varmes katoden opp til ca. 1200 K. De frie elektronene i det emitterende materialet vil da bli tilført så stor energi at de river seg løs fra materialet og danner en sky av elektroner over katodeoverflaten. Denne elektronskya kalles romladning. Romladningen må være så stor at den ikke virker som en begrensende faktor på elektronstrålen som tas fra romladningen.

1 2 3 4

Filament (Glddetråd) Isolasjonsbelegg Katodesylinder Emitterende belegg

Fig. 1.8.

Akselerasjonselektroder Prinsipielt kan elektroner trekkes fra romladningen ved at en elektrode blir plassert et stykke fra katoden og at denne får et positivt potensial i forhold til katoden. En slik elektrode kalles anode. En strøm av elektroner vil gå fra katoden til anoden som vist i fig. 1.9. Det elektriske feltets retning bestemmer elektronenes be­ vegelsesretning. Dersom man lager et hull i anoden, vil de elektronene som har retning mot hullet, passere gjennom det og fortsette videre som vist på fig. 1.10. Disse elektronene vil ha en hastighet som er bestemt av potensialet (spenningen) mellom anode og katode. Går man ut fra at utgangshastigheten er null, er hastigheten bestemt av formelen:

p= 595 •

km/s

Ved en potensialforskjell på 500 V blir hastigheten:

v = 595 • x/500 km/s = 13300 km/s

Fig. 1.9.

12

Fig. 1.10.

Gammel

Fig. 1.11. Gittersylinderen gjør det mulig å regulere elektronstrømmen. Samtidig vil feltet «bunte» elektronene sammen.

Styreelektrode

Ny type

Fig. 1.12. Katode/gitterenhet gam­ mel og ny type. 1) Glødetråd. 2) Katodesylinder. 3) Festestav. 4) Gitter 1. 5) Isolering. 6) Festestaver. 7) Glimmer. 8) Festerør.

En styreelektrode kan plasseres mellom anode og katode. Denne kan være formet som et lokk med hull (fig. 1.11). Når styreelektroden blir plassert meget nær katoden og får et negativt potensial i forhold til katoden, vil feltet mellom katoden og styreelektroden skyve elektronene tilbake mot katoden. Fordi det er kort avstand mellom de to elektrodene, blir feltet meget sterkt ved forholdsvis lavt potensial. Anodens felt virker gjennom hullet i styreelektroden. For at elektroner skal kunne passere gjennom hullet i styreelektroden, må anodens felt være sterkere enn styreelektrodens. Ved hjelp av styreelektrodespenningen kan man altså be­ stemme hvor stor elektronstrømmen til anoden skal være. Fig. 1.12 viser snitt gjennom katode-gitter-enhet av gammel og ny type. Den nye typen, som ble tatt i bruk i 1972, er mer effektiv enn den gamle. Oppvarmingstiden er bare 5 s, mot 18 s i den gamle typen. Den kalles derfor «Quick heat katode». Et elektrodesystem som er bygd opp med en katode, en styreelek­ trode og en anode, kalles et triodesystem. I praksis har alle elektrodene sylinderform.

13

Fig. 1.13.

0-500 V +16 kV [

] +16 kV

Styreelektroden kalles styregitter eller Wehneltsylinder, og anoden kalles akselerasjonsanode. Triodesystemet har liten forsterkningsfaktor. Det betyr at det kreves store styrespenninger på gitteret. Ved å innføre en elektrode til mellom gitter og anode oppnår man større forsterkningsfaktor. Denne elektroden kalles et skjermgitter, og systemet kalles et tetrodesystem (fig. 1.13).

Elektrostatisk fokusering

J Fig. 1.14. Fokuseringsenhet.

Fig. 1.15. Elektrostatisk felt i fokuseringsenheten.

Det elektriske feltet har en slik form at elektronene vil få et krysningspunkt mellom gitteret og innløpet til anoden. Siden sprer de seg mer og mer. På billedskjermen må man ha et treffpunkt med en diameter på mellom 0,6 og 1 mm, og elektronene må derfor tvinges sammen igjen. Dette kalles foku­ sering. Fokuseringen kan skje elektrostatisk eller magnetisk. I TV-billedrør nyttes nå bare elektrostatisk fokusering. En elektrostatisk fokuseringsenhet kan være bygd opp av tre sylindre som vist i fig. 1.14. Første og siste sylinder tilføres en meget høy spenning, 16-18 kV. Midtre sylinder tilføres en relativt lav spenning, 0-500 V. Det elektrostatiske feltet mellom sylindrene blir som vist i fig. 1.15. Når elektron strålen kommer inn i dette feltet, vil den få et forløp som vist i fig. 1.16.

Fok user ingsavstand

Fig. 1.16. Fokusering av elektronstrålen.

\ Elektrostatisk felt

14

Fokuseringsenhet

Skjermgitter, g2

Styregitter, g1 Katode Filament

Fig. 1.17 a.

Fig. 1.17 b.

Ved at man varierer spenningen på den midterste sylinderen kan man flytte fokuseringspunktet. Første fokuseringssylinder og akselerasjonsanoden kan være felles. En komplett elektronkanon blir da som vist i fig. 1.17 a og b. I praksis betegnes alle elektroder utenom katoden som gittere. Det grafiske symbol for et billedrør med denne type elektronkanon er vist i fig. 1.18. Elektronenes hastighet når de forlater kanonen er: v = 595 • xÆ8000 = 79830 km/s Dersom elektronene fikk løpe fritt, ville de altså bruke 5 s på å nå fram til månen. Denne store hastigheten er imidlertid nød­ vendig for å oppnå tilstrekkelig lys fra det luminescerende belegget på billedskjermen.

Fig. 1.18. Grafisk symbol for billed­ rør.

Riktig akselerasjonsspenning eller høyspenning, som den vanligvis kalles, er av stor viktighet for billedrøret. Høyere spenning enn den som er oppgitt som maksimum for et billedrør, må ikke forekomme. Det kan føre til overslag og ødeleggelse av røret. For lav høyspenning fører til mindre lys. Kompenseres dette ved å øke strålestrømmen, øker samtidig lysflekkdiameteren, dvs. at punktskarpheten blir dårligere.

15

2 Billedskjermen Luminescens Lys kan vi få på forskjellige måter. Sollyset og lyset fra gløde­ lamper kalles termisk stråling. Ved termisk stråling oppstår både synlige stråler (lys) og usynlige stråler (varmestråler). Det lyset som avgis ved termisk stråling, har et sammenhengende spektrum. Ved luminescens blir elektronene i atomene eller molekylene i et stoff ved en eller annen påvirkning eksitert til bestemte energinivåer, som er høyere enn normaltilstanden. Den energi­ tilførselen som er nødvendig for å nå et høyere nivå, er forskjellig for de forskjellige stoffer. Lyset oppstår når elektronene i atomene eller molekylene går tilbake til normal­ tilstanden igjen.

Fig. 2.1 viser denne situasjonen for et elektron i et atom. Det lyset som avgis, er avhengig av energinivået. Ved luminescens oppstår det ikke sammenhengende spektrer, men smale spektrallinjer som svarer til energinivåene i stoffene, fig. 2.2. Man får altså lys med forskjellige farger. Man skiller mellom to former for luminescens, nemlig fluor­ escens og fosforescens. Ved fluorescens skjer lysutsendelsen spontant som følge av den ytre påvirkningen og opphører momentant når påvirkningen blir borte. Ved fosforescens ved­ varer lysutsendelsen i kortere eller lengre tid etter at påvirk­ ningen har opphørt. Luminescens kan oppstå på flere måter. I billedrøret oppstår den ved at elektroner med stor hastighet treffer det luminescer­ ende belegget på billedskjermen. Dette kalles for katode- eller elektronluminescens. Det luminescerende belegget i billedrøret består av en blanding av forskjellige fosforescerende krystaller som sinksulfid, sinkselenid, kadmiumsulfid m.fl. Disse stoffene kalles i denne sammenheng fosforer fordi de avgir lys ved fos­ forescens. Fig. 2.1 a. Elektron i grunntilstand. Elektronets energitilstand er av­ hengig av hvilken bane det kretser i. Normalt vil det kretse i den lavest mulig bane fordi dette krever minst energi. Dette er elektronets energe­ tiske grunntilstand. b) Anslått elektron. Hvis et elektron tilføres en viss ener­ gi kan det gå ut i høyere bane. c) Elektronet har gått tilbake til sin grunntilstand. I luminescerende stoffer omsettes den frigjorte energi til lys med bestemt bølgelengde.

Kvikksolv Hg Natrium Na 400

500

600

Spektralinjer for kvikksølv og natrium

Fig. 2.2.

700

nm

16

For at fosforene skal kunne avgi lys ved elektronanslag må de imidlertid aktiveres. Aktiveringen skjer ved at fosforene til­ settes små mengder av fremmedstoffer. Sølv, kobber og klor er vanlige aktiveringsmidler. De forskjellige fosforer avgir lys med en bestemt farge, av­ hengig av hvilket aktiveringsstoff som er nyttet. Ingen av fos­ forene avgir hvitt lys. Ved additiv fargeblanding oppfatter imidlertid øyet en blanding av to komplementærfarger som hvitt lys. I svart/hvitt-billedrøret er det blandet fosforer som avgir blått og gult lys. Fargeblandingen er valgt slik at man får en fargetemperatur på 10 000 - 13 000 K. Dette er en relativt høy fargetemperatur som gir et blålig lys. Fargetemperaturen for hvittgjengivelse i fargebilledrøret er til sammenligning 6 500 K. (Om farge temperatur, se fargelæren.) Ved å betrakte billedskjermen gjennom en skjermlupe kan man se at det tilsynelatende hvite lyset består av blå og gule fargepunkter. Skjermlupen skal ha en forstørrelse på ca. 20 ganger, fig. 2.3. Fig. 2.3. Undersøkelse av billedskjermens lys med skjermlupe. For­ størrelse ca. 20 x.

Elektronstrøm og lysutbytte Lyset oppstår ved at elektronstrålens energi får aktivatoratomene til å utløse sekundæremisjon i fosforet. Da sekundæremisjonen er proporsjonal med primær elek­ tronstrøm, vil også lysstrømmen fra skjermen være proporsjo­ nal med primær elektronstrøm, under forutsetning av at fos­ foret ikke overbelastes. Det er det imidlertid ikke noen fare for ved vanlig drift, idet metningsnivået ligger langt over normal lysstyrke. Diagrammet i fig. 2.4 viser lysstrømmen i cd/m2 som funksjon av strømtettheten i MA/cm2 ved akselerasjonsspenninger fra 12 til 20 kV (Philips). Lysutbyttet øker med økende akselerasjonsspenning, fordi elektronene da får større hastighet og dermed større energi. Strømmen i elektronstrålen ligger mellom 100 og 400 ^uA for et normalt bilde.

Etterlys Lyset fra et punkt på skjermen når ikke sitt maksimum umid­ delbart etter at det er truffet av elektronstrålen. Det tiltar meget raskt etter en logaritmisk funksjon (e-funksjon). Lyset forsvinner heller ikke momentant etter at virkningen av elektronstrålen har opphørt i punktet. Det avtar også etter en logaritmisk funksjon, men betydelig langsommere enn det tiltar.

17

Fig. 2.4. Lysstrøm som funksjon av strømtettheten ved akselerasjonsspenninger mellom 12 og 20 kV. 600 billedrør med filterglass med 45 ° 10 lysttransmisjon. (Philips).

Fig. 2.5. Etterlys billedrør. (Philips).

for svart/hvitt

18 Det ideelle ville ha vært at lyset var konstant i hele delbildetiden, 20 ms, og så forsvant momentant. Det finnes imidlertid ikke fosforer med denne egenskapen. For lang etterlystid vil føre til at bildene overlagres på hver­ andre. I bevegelige bilder vil man få en form for etterslep og uskarphet. For å unngå dette må etterlyset ha sunket til mindre enn 1 % av maksimum lys i løpet av bildetiden. Etterlystiden må heller ikke være for kort, fordi det da opp­ står tydeligere flimmer. Diagrammet i fig. 2.5 viser kurver for etterlyset i et svart/hvitt-billedrør (Philips.)

Metallisert billedskjerm Lys som oppstår i et punkt i det luminescerende belegg når det treffes av elektroner, stråler ut i alle retninger, se fig. 2.6. 50 % av lyset er rettet bakover og lyser opp skjermen innvendig. Foruten at dette gir en dårlig utnyttelse av lyset, fører det også til en reduksjon av billedkontrasten fordi mørke partier på skjermen lyses opp bakfra (fig. 2.7).

Fig. 2.6. Lys i luminousbelegget.

For å bøte på disse ulempene blir det dampet en aluminiumhinne på det luminescerende belegget. Hinnen er så tynn at elektronene passerer. Ved en spesiell teknikk gjøres den helt glatt og speilende mot det luminescerende belegget. Lys som faller inn i billedrøret, blir reflektert i denne hinnen og rettet mot seeren sammen med resten av det utstrålte lyset. Dette gir en vesentlig bedring av lysutbyttet, samtidig som man unngår svekking av kontrasten som følge av lys bakfra. I tillegg forsynes billedrørskonen innvendig med et mattsvart grafittbelegg som reflekterer lys dårlig. Grafittbelegget forbindes sammen med aluminiumhinna til høyspenningen, 18 kV, se fig. 2.8. Sammen med et ytre grafittbelegg danner grafittbelegget en kondensator på ca. 1 - 2 nF, avhengig av billedrørstørrelsen.

19

Fig. 2.7.

1 2 3 4

Fig. 2.8.

Luminescerende belegg Aluminiumshinne Innvendig grafittbelegg Utvendig grafittbelegg

20

loneflekk Det er ikke mulig å evakuere glasskolben fullstendig. Det vil alltid være små mengder av gass igjen. Kollisjoner mellom gassmolekyler og elektronstrøm er uunngåelig. Ved kollisjonene vil de nøytrale gassmolekylene få tilført eller miste elektroner. De blir til negative eller positive ioner. Ioner kan også komme fra selve katoden. De negative ionene følger det elektrostatiske feltet i elektron­ kanonen og slår inn i fosforbelegget. lonene har flere tusen ganger så stor masse som elektronene. Hvis fosforbelegget var ubeskyttet, ville det bli ødelagt av de tunge ionene, og det ville oppstå en mørk flekk der de traff belegget. På grunn av sin store masse påvirkes ionene lite av avbøyningsfeltene som styrer elektronstrålen. lonene går rett fram, men fokuseres ikke. Den mørke flekken ville da kunne oppstå midt på skjermen. Aluminiumhinna virker imidlertid som en effektiv stopper for ionene, mens den slipper elektronene gjennom. Andre tiltak for å hindre ionene i å nå fram til fosforbelegget er derfor ikke nødvendig i rør med metallisert billedskjerm. De positive ionene går mot katoden og fører til en reduksjon av emisjonsevnen etter en lengre tid.

Filterglass I billedrørskjermen er det nyttet gråfarget glass som slipper gjennom ca. 45 % av lyset fra fosforbelegget. Selv om lystapet er betydelig, har dette mindre betydning fordi skjermen har lysstyrke nok til at man får gode bilder i fullt dagslys. Det er to viktige grunner til at det brukes gråglass: 1. Bedre punktskarphet. Spredning og refleksjoner av lyset i glasset fører til at lys­ punktet fra fosforbelegget får korona. Denne koronaen reduseres sterkt i gråglasset, fig. 2.9.

2. Bedre kontrast. Det som for øyet virker svart i et bilde, er i virkeligheten den uopplyste skjermen. (Ikke lys fra fosforbelegget.) Det er derfor om å gjøre at minst mulig av lyset fra omgivelsene blir reflektert fra skjermen. Størst refleksjon får man fra fosforbelegget, fordi dette virker som et speil. Ved å nytte gråglass reduseres denne refleksjonen med ca. 80 %. (Lyset utenfra må passere to ganger gjennom glasset.) Gråglass gir derfor en vesentlig bedring av kontrasten.

21 Korona Kjernepunkt

Fig. 2.9 a) Lyspunkt fra billedskjerm med klart glass. Sterk koronadannelse.

b) Lyspunkt fra billedskjerm med gråglass. Liten koronadannelse.

22

3 Billedrørskarakteristikk Fig. 3.1 viser strålestrøms/katodespenningskarakteristikk for billedrøret A61-520W. Karakteristikkens form er bestemt av elektrodesystemet, mens gitterrommet i det vesentlige er be­ stemt av skjermgitterspenningen. Høyere skjermgitterspenning forskyver karakteristikken mot høyre, altså mot større gitterrom. Gitterrommet er den spenningen som må til mellom katode og gitter for at røret akkurat skal blokkeres.

Andre billedrør med tilsvarende elektrodesystem har samme type karakteristikk. Lyset fra billedskjermen er proporsjonalt med strålestrømmen. Strålestrømmen er imidlertid ikke proporsjonal med spen­ ningen mellom katode og gitter. Da måtte karakteristikken være rettlinjet. Billedrørets karakteristikk følger en eksponentialfunksjon, det vil si at strålestrømmen er proporsjonal med styrespenningen opphøyd i en eksponent 7 (gamma). I fig. 3.2 er det vist hvordan den krumme karakteristikken virker på gjengivelsen av en lineær gråtrapp. Bare ytterpunktene hvitt og svart blir riktig gjengitt. De øvrige trinnene i gråtrappen blir forskjøvet mot mørkere grå­ toner. Størst forskyvning får trinn to, som havner i området mellom trinnene tre og fire.

23

Fig. 3.2 a. Den ideelle karakteristikk er en rett linje.

24

Fig. 3.2 b. I praksis har billedrørskarakteristikken en sterk krumning. Gråtoneskalaen blir derfor sterkt forvrengt.

25

Fig. 3.3.

Signal Inn

Dette er i praksis utilfredsstillende. Det må derfor korrigeres for billedrørets krumme karakteristikk. Av praktiske grunner skjer denne korreksjonen i senderen. Signalet passerer gjennom en nivåregulert forsterker som gir signalet en forvrengning som er motsatt av den som billedrøret gir, fig. 3.3. Korreksjonen kalles 7 -korreksjon. Utstyringen av billedrøret må gjøres slik at svartnivå gir blokkering av røret. Signalet må altså føres pulspositivt til katoden. For at kontrasten skal bli maksimal må billedsignalet ha en topp-til-topp-verdi som svarer til gitterrommet. I praksis må utstyringen være noe mindre for å unngå gitterstrøm. Synkpulsene skal da ligge utenfor blokkeringsgrensen, se fig. 3.4. Kontrasten er forholdet mellom de lyseste og de mørkeste partiene i bildet. Hvis billedsignalet ikke er stort nok til å kunne styre ut bil­ ledrøret, kan man ikke oppnå full kontrast. Ved å endre gitterforspenningen, dvs. skru på lyskontrollen, kan forskjellige områder av gråtoneskalaen utnyttes. Feilaktig innstilling av lyskontrollen kan føre til at bildet blir enten for lyst eller for mørkt (fig. 3.5).

26

Fig. 3.4.

27

For liten kontrast, bildet alt for mbrkt. Det som skal voere hvitt blir grått.

5

—I Billedsignal

Fig. 3.5 a.

28

2000

For liten kontrast, bildet for lyst med stort sprang mellom trinn 4 og 5 på grunn av y korreksjonen. Det sorte blir grått.

y korrigert signal

5

Billedsignal

Fig. 3.5 b.

29

4 Avbøyning av elektron­ strålen, linjeraster

Fig. 4.1. En linje dannes ved at elek­ tronstrålen føres tvers over billed­ skjermen, fra venstre mot høyre. Fra elektronkanonen går elektronstrålen rett fram og lager en lysprikk midt på skjermen. Bildene dannes imidlertid ved at elektronstrålen tegner opp et linjeraster. En linje dannes ved at elektronstrålen føres horisontalt tvers over skjermen fra venstre mot høyre sett forfra, fig. 4.1. Linjerasteret dannes ved at linjene tegnes under hverandre ovenfra og nedover, se fig. 4.2. Til dette er det nødvendig med to uavhengige avbøyninger av elektronstrålen, en horisontal og en vertikal.

Fig. 4.2. Linjene tegnes opp ovenfra og nedover.

30

Fig. 4.4. Den horisontale avbøyningen krever et vertikalt magnetfelt.

Fig. 4.5. Den vertikale avbøyningen krever et horisontalt magnetfelt.

31

Det nyttes magnetisk avbøyning. Når elektronstrålen passer­ er gjennom et magnetfelt, oppstår det en kraft virkning mellom magnetfeltet og elektronstrålens eget magnetfelt. Denne kraft­ en virker vinkelrett både på magnetfeltet og elektronstrålen, fig. 4.3. Elektronstrålen avbøyes i kraftretningen. Til den horisontale avbøyningen kreves det et vertikalt felt og til den vertikale avbøyningen et horisontalt felt, fig. 4.4 og fig. 4.5. Elektronstrålen skal avbøyes horisontalt til begge sider og vertikalt opp og ned. Til dette kreves det et magnetfelt som kan varieres fra null til et maksimum og som kan bytte polaritet. Avbøyningen må derfor skje elektromagnetisk. Det elektromagnetiske feltets retning er avhengig av strøm­ retningen, og feltets styrke er direkte proporsjonal med magnetiseringsstrømmen. For at avbøyningen skal bli tidslineær må strømmen gå fra ett maksimum gjennom null til det samme maksimum i motsatt retning etter en lineær funksjon, fig. 4.6. Fig. 4.6. Tidslineær avbøyning av elektronstrålen. Strømforandring pr. tidsenhet er konstant.

t2

=konstant

For å kunne tegne opp neste linje må elektronstrålen tilbake til venstre side av skjermen. Tilbakeløpet må skje raskt. Avbøyningsstrømmen må da ha sagtannform, som vist på fig. 4.7. Avbøyningsvinkelen er avhengig av både magnetfeltets styrke, elektronenes hastighet og feltets lengde, se fig. 4.8.

32

Fig. 4.8.

Matematisk kan avbøyningsvinkelen v bestemmes av formelen: k- {1}{b} v = —■—. ■ " grader

VW

k er en konstant = 0,517 • 10 ‘8 / er magnetfeltets lengde i meter B er magnetisk flukstetthet i tesla. B er proporsjonal med magnetiseringsstrømmen. Ua er spenningen på siste anode, dvs. høyspenningen. For at avbøyningsvinkelen skal bli proporsjonal med flukstettheten, dvs. magnetiseringsstrømmen, må Ua være kon­ stant. Ved feil i mottakeren kan likevel høyspenningen forandre seg. Blir den lavere enn det den normalt skal være, vil avbøy­ ningsvinkelen ved samme avbøyningsstrøm bli større, og bildet blir for stort. Hvis høyspenningen ikke er stabil, men varierer med belast­ ningen, vil billedstørrelsen forandre seg når man skrur på lyskontrollen. Stor lysstyrke betyr stor belastning, og billedstør­ relsen øker. Hvis høyspenningen blir for stor, vil avbøynings­ vinkelen bli mindre, og bildet blir for lite.

Defokusering/astigmatisme Fokuseringsenheten i elektronkanonen fokuserer elektronstrålen i en bestemt avstand fra avbøyningssenteret i magnetfeltet. Vi forutsetter at strålen er korrekt fokusert til skjermens midt­ punkt.

33

Fig. 4.9. Ved avbøyning vil fokuseringspunktet hele tiden ligge på en sirkelbue med radius lik avstanden mellom avbøyningssenteret og billedskjermen, se fig. 4.9. Da billedskjermen er nesten flat, vil avstanden til skjermen øke med økende avbøyningsvinkel. Etter fokuseringspunktet sprer elektronene seg igjen. De er ikke lenger samlet i et skarpt punkt, men dekker en større flate. Defokuseringen fører også til at lysflekken ikke lenger blir sirkelrund, men ellipseformet. Dette kalles astigmatisme. Fig. 4.10 viser hvordan punktene avtegnes på forskjellige steder på skjermen.

GJØVIK INGENIØRHØGSKOLE biblioteket

34 Defokuseringen og astigmatismen fører til at detaljoppløs­ ningen blir dårligere. Da dette ikke kan aksepteres, må foku­ seringen korrigeres slik at fokuseringspunktet flyttes lengre ut ved økende avbøyningsvinkel. Dette er det ikke mulig å få til ved hjelp av elektronkanonen. Korrigeringen må derfor foretas ved hjelp av avbøyningsenheten. De vertikale og horisontale avbøyningsfeltene utformes slik at de motvirker defokusering og astigmatisme. I praksis blir det en restfeil som må tolereres. Fig. 4.11 viser detalj fra midten og ytterkantene av samme skjerm.

Fig. 4.11. Detalj som viser fokuser­ ingen av linjerasteret midt på og i et hjørne av billedskjermen.

Putefortegning Ideelt skal linjerasteret ha rektangulær form. Alle linjer skal være rette og like lange (fig. 4.12). Den store avbøyningsvinkelen og den flate skjermen er årsak til at linjene mot toppen og bunnen av bildet bøyer seg og blir lengre. Bøyningen og forlengelsen tiltar med avstanden fra horisontalplanet. Linjerasteret får puteform, og feilen kalles putefortegning, se fig. 4.13.

Korrekt linjeraster

Fig. 4.12.

35

Putefortegning

Fig. 4.13.

Når elektronstrålen danner en vinkel v med horisontalplanet, vil den vertikale høyden over planet øke med økende avstand fra avbøyningssenteret (fig. 4.14). Avstanden mellom skjermen og elektronstrålens avbøyningssenter er minst når elektronstrålen går rett fram. For en be­ stemt linje blir dette det laveste treffpunktet. Etter hvert som elektronstrålen avbøyes ut mot siden, øker avstanden til skjermen, og treffpunktets høyde tiltar. Linjelengden blir også større. Feilen korrigeres utenfra ved hjelp av 4 putefortegningsmagneter som er plassert på avbøyningsenheten, se fig. 4.15. Feltet fra putfortegningsmagnetene har en slik retning at elektronstrålen får en tilleggsavbøyning. Virkningen er størst midt på sidene og ved maksimal avbøyningsvinkel (fig. 4.16). Feltets styrke og form justerer man ved å flytte magnetene slik at man får best mulig korreksjon.

Fig. 4.14.

Putefortegningsmagneter

Fig. 4.15. Avbøyningsenhet med putefortengningsmagneter. (Den 4. magnet under rørhalsen er ikke synlig på bildet).

36 Putekorreksjonsmagnet

s

Avsøkningslinearitet I den første delen av dette avsnittet om avbøyning av elektron­ strålen ble det forutsatt en tidslineær avbøyning. En tidslineær avbøyning vil i samme tidsrom Ar gi samme forandring i avbøyningsvinkelen AØ: AØ

,

— = konstant Til dette trengs en rettlinjet sagtannstrøm, fig. 4.17. A/ Ar

,

— = konstant Fig. 4.18 viser at elektronstrålen ved store avbøyningsvinkler da vil avsøke en lengre strekning enn ved små avbøyningsvinkler. Dette fører til en ulinearitet som viser seg i at billeddetaljene trekkes ut og blir større ut mot sidene. I et rutemønster vil rutene tilta ut mot alle sider (fig. 4.19). Denne feilen kalles «tangensfeil» fordi den tiltar med tangens til avbøyningsvinkelen. Den korrigeres ved å la tilveksten i avbøyningsstrømmen avta med økende avbøyningsvinkel (fig. 4.20). Avbøyningsstrømmen overlagres en svak «S»-komponent, og korrigeringen kalles «S»-korreksjon.

37

Fig. 4.17.

Fig. 4.18.

Fig. 4.19.

38

Fig. 4.20. « » korrigert sagtannstrøm.

aI’

aI

At

a/

39

5 Billedsentrering Som følge av spredning i billedrørproduksjonen vil ikke alltid den uavbøyde elektronstrålen være rettet mot sentrum av skjermen. Linjerasteret vil da ikke ligge symmetrisk om skjermens midtpunkt, men være forskjøvet til en eller annen side (se fig. 5.1). For å unngå dette må elektronstrålen før avbøyning kunne styres i riktig retning. Til dette er det plassert to dreibare magnetringer bak på avbøyningsenheten (fig. 5.2).

Fig. 5.1. Bildet er ikke plassert sym­ metrisk på billedskjermen fordi den uavbøyde elektronstrålen ikke er rettet mot sentrum av billedskjerm­ en. (Feilen overdrevet på figuren).

Linjerasteret må flyttes i pilens retning

40 Ringene er magnetisert slik at feltet går diametralt gjennom dem (fig. 5.3). Ved at ringene dreies slik at feltene enten arbeider med hver­ andre eller mot hverandre, kan fluktstettheten varieres mellom 0 og 2 ■Bl hvor B{ er flukstettheten i en ring, se fig. 5.4. Ved at begge ringene dreies samtidig i samme retning kan feltet gis en hvilken som helst retning.

pelt1

Felt 2

Resulterende felt. Resulterende

Samme forskyvningsretning som i a, men stOrre . skyvekraft.

b Fig. 5.3. Sentreringsmagneter.

Ved d dreie begge ringene samtidig i samme retning kan feltet gis en hvilken som helst retning.

Fig. 5.4. Sentreringsmagnetens resulterende felt.

41

6 Billedrørtyper I det ytre kjennetegnes utviklingen av at billedrørene er blitt kortere og at skjermen har fått mer skarpe hjørner. Kortere billedrør er muliggjort ved at maksimal avbøyningsvinkel er økt. Fra 1959 har den vært 110 °. Billedskjermens sideforhold har fra samme år vært 4:5. Avbøyningsvinkelen har i Europa gjennomgått følgende utviklingsfaser:

1938 1951 1955 1959

60° 70° 90° 110°

Et annet viktig moment i utviklingen er metoden for sikring mot følgene av implosjon.

Fig. 6.1 a. Implosjon.

42

Fig. 6.1 b. Billedrørskjerm etter implosjon.

Sikkerhetsglass Monopanel Fig. 6.2.

Fig. 6.3. Monopanelrøret måtte ha sikkerhetsglass foran billedskjermen. Det måtte derfor trekkes noe tilbake fra kabinettets front.

Blir et billedrør utsatt for slag eller støt, kan implosjon inn­ treffe. Ved implosjon gir glasskolben plutselig etter for det ytre trykk. Lufta presses inn i tomrommet med eksplosjonsaktig hastighet og komprimeres. Den komprimerte lufta farer mo­ mentant tilbake og river med seg løse glassplinter og slynger disse ut i alle retninger. Fig. 6.1 viser billedskjermen på et rør etter implosjon. For at ikke seerne skal bli skadd, må billed­ skjermen sikres. Først ble dette gjort ved at et sikkerhetsglass ble plassert foran billedskjermen (se fig. 6.2).

43

Twinpanel (Bounded shield)

Fig. 6.4.

Fig. 6.5. Twinpanel- og Reinforced rør kan monteres med billedrør­ fronten gjennom kabinettet.

Billedrøret måtte da trekkes noe tilbake fra kabinettfronten, noe som førte til at kabinettene ble meget dype, fig. 6.3. Disse billedrørene har betegnelsen «Monopanelrør». I neste omgang (1960) ble sikkerhetsskjermen formet etter billedrørsfronten og klebet til den med kimstharpiks, fig. 6.4. Billedrøret kunne nå monteres slik at billedrørfronten stakk ut foran kabinettfronten, fig. 6.5. Disse billedrørene har betegnelsen «Bounded shield» eller «Twinpanel». Fra 1964 har billedrørene ikke hatt noen spesiell sikkerhetsskjerm. Styrken er økt ved at fronten har fått en noe mer buet form, og det er spent et stålbånd rundt glasskolben over sveisesømmen mellom billedskjermen og konen, fig. 6.6. Stålbåndet virker som en forsterkning (armering) ved at den opptar en del av trykkreftene som hviler på glasskolben. Betegnelsen på denne rørtypen er «Reinforced». Billedrørenes størrelse angis ved å oppgi lengden av billedskjermens utvendige diagonal i cm, fig. 6.7. (I salgsbrosjyrer blir skjermstørrelsen ofte oppgitt i tommer.) Billedskjermens format er ikke likt med formatet i det ut­ sendte bilde. En del av dette blir derfor avmasket (fig. 6.8.). Denne avmaskingen har ingen betydning for billedinnholdet, fordi viktige detaljer ikke legges til ytterkantene.

Fig. 6.6.

44

Fig. 6.8. Avmasking som følge av at billedrøret har høyde/bredde for­ hold 4:5, mens høyde/bredde for­ holdet i det utsendte bilde er 3:4.

Fig. 6.7. Som mål for billedrørstørrelsen brukes utvendig diagonal, oppgitt i cm, på billedskjermen. Her bulb 500 - 2 er 50 cm.

Typemerking Det finnnes to systemer for typemerking av billedrør. Det nyeste systemet har to bokstaver og to tall ordnet slik: Eks.: A61-520W

Den første bokstaven angir rørets bruksområde A = billedrør for kommersielle TV-mottakere M = billedrør for profesjonelt bruk Det første tallet angir skjermens diagonal i cm Det andre tallet er et serienummer

Den siste bokstaven angir skjermtype W = svart/hvitt-skjerm X = fargeskjerm Det gamle systemet har også to bokstaver og to tall, men de er ordnet slik: AW59-90

Den første bokstaven angir fokusering og avbøyningsmetode. A = elektrostatisk fokusering, elektromagnetisk avbøyning. M = magnetisk fokusering og elektromagnetisk avbøyning. Den andre bokstaven angir skjermtype med de samme bok­ staver som i det nyeste systemet.

45

Rørdata Produsentene gir detaljerte opplysninger om rørenes mekanis­ ke og elektriske data. Her har vi tatt med et utdrag av dataene for billedrøret A61-520 W.

A61-520W TV PICTURE TUBE 61 cm (24 in), 110°, rectangular direct vision picture tube with integral protection for black and white TV. A special feature of this tube is its short cathode heating time.

QUICK REFERENCE DATA

Face diagonal

61 cm

Deflection angle

110°

Overall length

max. 370 mm

Neck diameter

28,6 mm

Heating

6,3 V, 240 mA

Grid no. 2 voltage

130 V

Final accelerator voltage

20 kV

Quick heating cathode

with a typical tube a legible picture will appear

within 5 s.

SCREEN Metal backed phosphor

Luminescence

white

Light transmission of face glass

42 %

Useful diagonal

min.

577,5 mm

Useful width

min.

481 mm

Useful height

min.

375 mm

HEATING

Indirect by a.c. or d.c. Heater voltage

Vf

Heater current

If

Limits (Absolute max. rating system) of r.m.s. heater voltage measured in any 20 ms

Vf

6,3 V 240 mA

max. min.

7,3 VD

5,3 V

For heating time as a function of source impedance see page 11.

0 This limit also applies during equipment warming up. Use of the tube in a series heater chain is not allowed.

o

46

TYPICAL OPERATING CONDITIONS

Cathode drive service Voltages are specified with respect to grid no. 1

Final accelerator voltage

20 kV

va, g3, g5

Focusing electrode voltage

Vg4

0 to 130 V 1)

Grid no. 2 voltage

Vg2

130 V

Cathode voltage for visual extinction of focused raster

VKR

42 to 62 V

l)Because of the flat focus characteristic it is suffient to choose a focusing voltage between 0 and 130 V (e.g. two taps, 0 V and 130 V). The optimum focus voltage of individual tubes may between - 100 V + 200 V.

Behandling av billedrør Billedrøret er praktisk talt lufttomt. På hver cm2 overflate hviler det et kraft på ca. 9,8 N. Billedrøret må derfor beskyttes mot slag, støt, rystelser, plutselige temperaturforandringer og skader i glasset. Rør som tas ut av forpakning eller apparat skal settes med billed­ skjermen ned. For å unngå skader på glassflaten brukes et mykt, støvfritt underlag, f.eks. rein filt eller en gummiring. Enhver mekanisk belastning på rørhalsen må unngås. Transport og lagring av billedrør må bare skje i originalkartongen. Billedrøret må aldri bæres over lengre strekninger uten at det ligger i originalkartongen.

47

7 Avbøyningsenheten Avbøyningsenheten har to spolesett, ett for vertikal og ett for horisontal avbøyning. For å oppnå større flukstetthet og mindre spredefelter nyttes en felles ringkjeme. Til kjernen nyttes ferrittmateriale som har små tap også ved høye frekvenser. Ringkjemen skjermer også mot påvirkning fra fremmedfelter. I tillegg til avbøyningsspolene er også putekorreksjonsmagneter og sentreringsmagneter plassert på avbøyningsen­ heten, se fig. 7.1. Spolene kan være viklet som toroid- eller sadelspoler.

Fig. 7.1. Avbøyningsenhet.

Toroidspoler Toroidspolene består av to like delspoler som er viklet rett overfor hverandre på ringkjemen, fig. 7.2. Hver spole dekker ca. 1/4 av ringen. Vikleretningen velges slik at spolenes felt løper mot hverandre i kjernen. Feltet tvinges da ut av ringen og korteste vei tilbake, diametralt gjennom ringkjemen (fig. 7.3). Dette feltet vil gå gjennom rørhalsen og bøye av elektronstrålen. Feltets form tilpasses ved fordeling av spole viklingene, slik at man får korrigering for defokusering og astigmatisme. Toroidspoler nyttes alltid til vertikalavbøyningen.

Sadelspoler

Fig. 7.2. Toroidspole. Toroidspolen er viklet på ringkjemen (Toroid = ring).

Sadelspolene består også av to like delspoler. De er ikke viklet på ringkjemen, men lagt inne i den (fig. 7.4). Vikleretningen er valgt slik at deres innvendige felt løper i samme retning (fig. 7.5). Det utvendige feltet går gjennom ringkjemen.

48 Spole!

Magnetfelt

Ferittring Rbrhals

Prinsippet for toroidspole

Fig. 7.3. Feltene i en toroidspole. Den viste feltretning er avhengig av en bestemt strømretning. Ved mot­ satt strømretning vil feltene gå mot­ satt vei.

Feltene fra spolene går mot hverandre i ringkjernen

Spole 2

Navnet sadelspole skriver seg fra formen, som minner om en ridesadel. Sadelspolene nyttes til horisontal avbøyning. Det er viktig at vertikal- og horisontal-avbøyningsspolenes avbøyningssentre ligger i nøyaktig det samme punktet. Sadelspolene blir støpt fast til avbøyningsenheten for at de ikke skal kunne forskyve seg.

Avbøyningsspolenes data

Prinsippet for sadelspole

Fig. 7.4. Sadelspole. For tydelighetens skyld er det vist bare to viklinger i hver spole. Sadelspolen er lagt inn i ringkjern­ en.

Den store forskjellen i horisontal og vertikal avbøyningsfrekvens fører til forskjellig dimensjoneringsgrunnlag for horisontalavbøyningsspolene og vertikalavbøyningsspolene. For den horisontale avbøyningen varer framløpet ca. 52 ms og tilbakeløpet ca. 12 zzs. (Dette varierer noe med de enkelte konstruksjonene.) Alle spoler har en egenkapasitans som sammen med induk­ tansen gir en egenresonansfrekvens. Denne blir bestemmende for den korteste tilbakeløpstiden for spolefeltet. Egenresonansfrekvensen kan da ikke være lavere enn at tiden for en halv periode blir lik eller kortere enn tilbakeløps­ tiden, fig. 7.6. Dette setter en grense for hvor stort vindingstall, dvs. hvor stor induktans, spolene kan ha. Praktiske verdier for induktansen ligger mellom 2,5 og 6 mH, og for resistansen mellom 3 og 6 Q For vertikalavbøyningen varer framløpet ca. 19 ms og til­ bakeløpet ca. 1 ms. Framløpstiden er ca. 350 ganger og tilbakeløpstiden ca. 130 ganger så stor som for horisontalavbøyningen. Dette gir helt andre forhold, og vertikal spolene dimensjon­ eres slik at induktansen ikke spiller noen rolle under framløpet. Spolene virker da som en tilnærmet rein resistans. Dette medfører at strøm og spenning får samme form under framløp. Under tilbakeløpet gjør imidlertid induktansen seg gjeldende. Spolenes tidskonstant må ikke være for stor.

49

Fig. 7.5. Feltet i en sadelspole. Den viste feltretning er avhengig av en bestemt strømretning. Ved mot­ satt strømretning vil feltene gå mot­ satt vei.

Fig. 7.6. Egenresonansfrekvensen i horisontalavbøyningsspolen må ik­ ke være lavere enn at en halv perio­ de blir lik eller mindre enn tilbakeløpstiden.

Praktiske verdier for induktansen ligger mellom 10 og 90 mH, og for resistansen mellom 4 og 50 ohm. I høyohmige spoler er det lagt inn en NTC-motstand i serie med spolene for å kompensere for økt resistans ved høy driftstemperatur. Maksimal driftstemperatur er ca. 100 °C. Nødvendige avbøyningsstrømmer for horisontal og vertikal avbøyning gis av spolenes fysiske data. For horisontalspolene ligger maksimal avbøyningsstrøm mel­ lom 2 og 3 A (topp-til-topp-verdi), og for vertikalavbøyningsspolene mellom 0,5 og 1,5 A.

50

8 Billedrørkretser

Jording av ytre grafittbelegg Det ytre grafittbelegget på billedrørets kon må forbindes til chassiset. Kapasitansen mellom det indre og det ytre grafittbelegget nyttes til filtrering av høyspenningen. Grafittbelegget er ingen god leder, og for å redusere utstrålingen av harmoniske av linjefrekvensen er det derfor nødvendig med en effektiv kon­ takt til grafittbelegget. Kontakten består i praksis av et jordingsbånd som er strekt stramt over konen, se fig. 8.1.

Fig. 8.1. Jording av ytre grafitt­ belegg.

Jording av metallbånd (armeringsbånd) Mellom metallbåndet og det innvendige grafittbelegget er det en kapasitans på 100 - 400 pF, avhengig av billedrørets stør­ relse. Metallbåndet kan ikke jordes direkte til chassiset fordi det da blir berøringsfarlig hvis chassiset har lysnettforbindelse. For å forhindre elektrisk sjokk ved berøring av metallbåndet, f.eks. under service, koples en motstand på 1 - 2 MQ mellom dette og det ytre grafittbelegget. 1 - 2 MQ vil gi den nødvendige isolasjon fra nettet, men i til­ feller av flash-over vil det bli indusert høyspenning i metall­ båndet. For å hindre dette avkoples motstanden med en kon­ densator på 4,7 nF, se fig. 8.2. Denne kondensatoren reduserer også HF-utstråling fra båndet.

Flash-over

R= 1-2MQ

C = 4,7 nF

Fig. 8.2. Jording av metallarmeringsbånd.

Høyspenningen i billedrøret kan forårsake innvendige overslag (flash-over) med lysbuedannelse (arcing) mellom høyspenningselektrodene og en av de andre elektrodene (katoden, styregitteret, skjermgitteret eller fokuseringsgitteret), som alle sammen er ført ut til kontaktpinner på rørsokkelen. Overslagene kan resultere i så store strøm- og spenningstransienter at det kan føre til ødeleggelse både for røret og for komponenter mellom elektrodene og chassis i de ytre kretsene. Kretsløpet dannes nemlig mellom høyspenningen og chassiset, se fig. 8.3. Særlig utsatt er halvlederkomponenter og billed­ rørets katode. For å hindre en slik ødeleggelse sikres kretsene med gnistgap mellom elektrodene på rørsokkelen og chassiset, se fig. 8.4. Gnistgapene kan være separate komponenter, eller de kan være etset inn på rørholderens kretskort, se fig. 8.5.

51

18 kV

Bryter som representerer

18kV

Fig. 8.3.

Fig. 8.4. Gnistgap for beskyttelse av billedrør og billedrørkretser. Gnist­ gapene jordes direkte til utvendig grafittbelegg for å unngå store strømmer i sjassi eller kretskort.

52

1.5 - 3 kV gnistgap bestående av en avkuttet koppertråd stdpt inn i et isolasjonsmateriale.

Fig. 8.5.

Glødning Katoden er indirekte glødet. Gløde spenningen er vanligvis 6,3 V, og glødestrømmen er 300 mA. Billedrør for reise-TV kan ha andre glødedata. Avvik fra de nominelle verdier for glødespenning/glødestrøm reduserer billedrørets yteevne og levetid. For å unngå 50 Hz brum på billedskjermen må vekselspenningskomponenten mellom katoden og glødetråden være lavest mulig. Vekselspenningskomponenten må ikke under noen om­ stendighet være over 20 V. Billedrøret plasseres derfor nærmest chassiset i glødekjeden. I mottakere med rør og transistorer (hybridapparater) brukes ofte en seriediode i glødekjeden for å unngå en stor seriemotstand, se fig. 8.6.

53

Likestrømskomponenten i den resulterende glødespenning skal da helst være negativ i forhold til billedrørets katode. I reine transistorapparater glødes billedrøret direkte fra nettet over en transformator eller fra en linjetrafo. Det er da av stor betydning at glødespenningen er konstant og holder nominell verdi. Ved stand-by (instant-on krets) anbefales det å redusere glødespenningen til 75 % av nominell verdi. Dette gjøres vanligvis ved å kople en motstand i serie med glødetråden i stand-by, fig. 8.7. Nyere billedrør er utstyrt med «Quick heating katode». Den har, som navnet antyder, meget kort oppvarmingstid, 5 s mot 18 s for en vanlig katode.

Fokusregulering

Fig. 8.8. Justerbar fokuseringsspenning (Grundig).

Den eksakte fokuseringsspenning ligger for hvert billedrør mellom de to ytterverdiene som blir oppgitt. For A61-120W er fokuseringsområdet oppgitt til 0 - 400 V. Hvert enkelt før vil da ha optimal fokusering innenfor dette spenningsområdet. Vanligvis er det ikke nødvendig med konti­ nuerlig fokusregulering. Fokuseringskurven er nemlig svært flat, slik at det er tilstrekkelig med fast innstilt fokuserings­ spenning. Fig. 8.8 viser eksempel fra et apparat med variabel fokuseringsspenning, og fig. 8.9 viser eksempel på fast fokus. Da det ikke er mulig å oppnå fokus over hele billedskjermen, blir den vanligvis innstilt korrekt midt på skjermen. VIDEOFORSTERKER

Fig. 8.9. Fast fokuseringsspenning (Tandberg).

54

Fig. 8.10. Prinsipp for lyskontrollkrets.

Lysregulering Lysreguleringen hører til apparatets ytre kontroller. Lys og kontrast må justeres i forhold til hverandre for å opp­ nå best mulig bilde. Lysreguleringen skjer ved at styregitterspenningen endres. Billedrørets katode ligger vanligvis på + 80 V. Styregitteret skal kunne reguleres mellom 0 og - 60 V i forhold til katoden. Styregitterspenningen må da kunne varieres mellom i- 20 V og + 80 V. Fig. 8.10 viser prinsippskjema for en lyskontrollkrets. Ofte er lyskontrollkretsen koplet sammen med kretsen for ly sflekkundertry kkelsen.

Lysflekkundertrykkelse Når mottakeren slås av, forsvinner driftsspenningene til ulike tider, avhengig av filterkondensatorenes størrelser og belast­ ninger. I billedrøret fortsetter katoden pga. varmetregheten å sende ut elektroner til romladningen lenge etter at glødespenningen er slått av. Avbøyningsspenningene forsvinner raskt, mens høyspenningen går langsomt ned. Utladningen av høyspenningskapasitansen skjer hovedsake­ lig gjennom billedrørets stålestrøm. I noen grad foregår det også en utladning gjennom lekkasjestrømmen i høyspenningsdioden. Dette gjelder særlig selendioder. Rørdioder har ikke noen lekkasjestrøm. Uten spesielle forholdsregler vil elektronstrålen fortsette uavbøyd så lenge det er høyspenning til stede, og treffe et lite punkt midt på billedskjermen. Dette kan fort ødelegge fosforene, og det oppstår en mørk flekk (brennflekk). Mottakerne er derfor utstyrt med en eller annen form for lysflekkunder­ trykkelse.

55

Fig. 8.11 a. Lysflekkundertrykkelse med negativt styregitter.

Fig. 8.11 b. Situasjonen umiddelbart etter at apparatet er slått av. Spenningen over C189 driver git­ teret negativt.

I fig. 8.11 blokkeres billedrøret ved at styregitteret gjøres sterkt negativt idet mottakeren slås av. Når apparatet slås på og linjeavbøyningstrinnet er driftsklart, fås -I- 170 V og + 6 inn på spenningsdelerkjeden R195, R205, R204 og D30. D30 får plusspenning på anoden og leder. Spenningen over R204 blir:

t/R204 = 170 • ------- —— v = 4,2V R 120+ 500+ 820

14 V

56

Kondensatoren C189 lades opp fra +6 (170 V) gjennom R204 og D30.

Spenningen over Cl89 blir: t/C189 ~U+6 — (7R2O4 t7ci89 = 170 - 14= 156

Uci89 = 156 V

Når mottakeren slås av, går spenningen over +6 raskt mot null fordi den er belastet annet sted i mottakeren. D30 blok­ keres. Styregitteret vil nå få tilført nesten hele spenningen over Cl89, som er negativ mot gitteret. Røret blokkeres fullstendig og brennflekk unngås. Utladetidskonstanten for Cl89 er:

T -Ccw) • (Rri95

+ ÆR205 )

r = 3,3 • 10‘6 • 1,32 • 106 =4,36 r = 4,36 s

I fig. 8.12 har lyskontrollkretsen to likespenninger, +230 V fra +3 i nettdelen som er koplet i serie med en spenning over C361. Spenningen over C361 oppstår ved at negative tilbakeløpspulser fra linjeavbøyningstrinnet likerettes av VDR-motstanden R364. C361 går inn som ladekondensator i denne kretsen.

Fig. 8.12. Lysflekkundertrykkelse ved at styregitteret drives positivt når apparatet slås av. (Tandberg).

57

Spenningen på styregitteret vil bestå av en positiv delspenning fra lyskontrollpotensiometeret R362 og en negativ delspenning fra C361. Da styregitteret skal ligge på ca. +40 V og spenningen over C361 er ca. 20 V, må spenningen fra potensiometeret være:

Up = 40 + 20 = 60 Up = 60 V

Når apparatet slås av, forsvinner UC361 raskt, og gitteret får den positive spenningen fra potensiometeret alene. Gitteret drives positivt i forhold til katoden, strålestrømmen økes sterkt, og høyspenningen går hurtig ned. Man unngår da lysflekk. I fig. 8.13 går potensiometeret for lyskontroll, R22, til chassiset over glimlampen L601, R607 og viklingene 1-3 på linjeavbøyningstrafoen. Glimlampen holdes tent av linjetilbakeløpspulsene fra vik­ lingene 1-3, 450 V (topp-til-topp-verdi). Når apparatet slås av, forsvinner tilbakeløpspulsene, glim­ lampen slokner, og potensiometeret R22 mister chassisfor-

U2 (245V)

Fig. 8.13. Lysflekkundertrykkelse ved at gitteret drives positivt når apparatet slås av.

58

bindelsen. + U2, 245 V, føres da uten deling direkte til styregitteret. Det drives sterkt positivt og overtar strålestrømmen. På denne måten unngår man lysflekk. I fig. 8.14 forsinkes frafallet av skjermgitterspenningen. I spenningstilførselen til skjermgitteret ligger det her en RCkombinasjon av R346 (10Mf2) og C329 (0,15/Æ), som har en tidkonstant på 1,5 s. Når apparatet slås av, vil skjermgitterspenningen synke mye langsommere enn de andre spenningene. Skjermgitteret overtar dermed en større andel av stråle­ strømmen, og lysflekk unngås.

Strålestrømbegrensning

Fig. 8.14. Lysflekkundertrykkelse ved forsinkelse i frafall av skjermgitterspenningen (Graetz).

Fig. 8.15. Strålestrømsbegrensning med diode mellom videoutgang og billedrørets katode.

Strålestrømbegrensning brukes for å beskytte billedrøret og høyspenningen mot overbelastning. Overbelastning kan f.eks. inntreffe i lyse partier ved maksimal lysstyrke ved overstyring av billedrøret. Fig. 8.15 viser prinsippskjema for en strålestrømbegrens­ ning. Normalt danner RI, Dl og R2 en spenningsdeler for + Ub- Punktet A er positivt i forhold til punktet B, og dioden er ledende. Billedsignalet når da uhindret fram til billedrørets katode. Dioden kan forenklet betraktes som en bryter som forbinder billedrørets katode med kollektoren på videoforsterkerens utgangstransistor. Den totale strålestrømmen er sammensatt av en hovedandel I som går gjennom transistoren og dioden, og en mindre andel 12 som går gjennom R2. Synker spenningen på kollektoren på grunn av stor signalutstyring, blir diodens anode mindre positiv, og ved en gitt gren­ severdi blir den blokkert. Strålestrømmens hovedandel gjen­ nom transistoren blir da koplet ut. Røret vil få redusert strålestrøm gjennom R2 som virker som en katodemotstand. Videosignalet koples gjennom Cl og billedrøret arbeider med normal kontrast.

11 >12

59

Slokking av elektronstrålen under tilbakeløp

Fig. 8.17. Liten kontrast og feilaktig sortnivåinnstilling. Tilbakeløpet blir synlig.

I sendersignalet er det lagt inn linje- og delbilde-slokkepulser som skal sørge for svartnivå under tilbakeløp. Dette vil virke hvis svartnivået virkelig ligger i billedrørets blokkeringspunkt, se fig. 8.16. Hvis dette ikke er tilfelle, vil tilbakeløpet være synlig, se fig. 8.17. Svartnivået er avhengig av lys- og kontrastinnstillingen. For at slokkingen av tilbakeløpet ikke skal være avhengig av dette, tilføres billedrøret slokkepulser. Disse tas fra horisontal- og vertikal-avbøyningstrinn, de kan tilføres negativt til billedrørets styre- eller skjermgitter, eller de kan tilføres positivt til katoden. Fig. 8.18 viser skjema for kopling av slokkepulsene til styregitteret.

60

Fig. 8.18. Innkopling av slukkepulser til styregitteret. (Tandberg). utg. trafo

Framibpsspenningen overlagres på gitterforspenningen som dermed ikke blir konstant

Fig. 8.19. Framløpsspenningen overlagres på gitterforspenningen hvis det ikke brukes nivådiode (D36).

For at horisontal- og vertikal-avbøyningskretsene ikke skal virke inn på hverandre, er de skilt ved hjelp av seriemotstandene R365 og R366. Kondensatoren C362 er en koplingskondensator. R366 og C313 danner et lavpassfilter som kortslutter linjetilbakeløpspulsene slik at disse ikke overlagres på vertikalavbøyningsspenningen. Dioden 361 skal holde spenningen på gitteret konstant under framløp. Uten dioden vil framløpsspenningen for vertikal avbøyning overlagre seg på gitterforspenningen som vist i fig. 8.19.

61

Gitterforspenningen blir da ikke konstant, og man vil få en ujevn belysning diagonalt over skjermen. Fig. 8.18 viser også oscillogram av tilbakeløpsspenningene på gitteret. Fig. 8.20 viser eksempel hvor slokkepulsene er ført positivt til billedrørets katode. Pulsene føres inn på kontakt 10 i videoforforsterkeren i TBA890.

TBA890

A

_, . Tilbakelopspulser

HIL,,, L‘{kk. 15625Hz

50 Hz

Fig. 8.20. Slukkepulskopling. (Philips TS7).

o

D30 VO6C

62

9 Oppgaver la Tegn snitt av et svart/hvitt-billedrør og forklar hvordan det er bygd opp. b Hva menes det med at billedskjermen er sfærisk? c Hva er tykkhalsrør og tynnhalsrør? d For hvilke rørtyper brukes rørhals med 20 mm diameter? e Hvilken betydning har største avbøyningsvinkel for billedrørets lengde?

2a

Forklar hvordan elektronkanonen er bygd opp og hvordan den virker. b Hva mener vi med uttrykket «Quick heat katode»? c Det finnes ikke noe stoff som ved luminescens avgir hvitt lys. Hvordan oppnår man likevel hvitt lys på billed­ skjermen? d Hvilke faktorer har innflytelse på luminescensen (lysutbyttet) på billedskjermen? e Hvilken virkning har aktivatorer i de fosforene som brukes i det luminescerende belegg? f Hva menes med etterlys?

Hvilken oppgave har aluminiumbelegget på baksiden av det luminescerende belegget? b Hva er en ioneflekk?

3a

I moderne billedrør brukes glass som har en lysabsorbsjon på opptil 58 % til billedskjerm (filterglass). Forklar hvordan et slikt glass gir bedre kontrast og et bedre definert (skarpere) lyspunkt.

4

Hvilke oppgaver har det indre og det ytre grafittbelegget på billedrørets kon? 6

På en TV-billedskjerm sees en gråtrapp i vertikale stolper i 10 trinn. Billedrøret er A61-520W. a Bruk rørets katodestyringskarakteristikk og konstruer det styresignalet som tilføres katoden. b Forklar hvorfor trinnene i styresignalet ikke har like store sprang for de forskjellige gråtoner. c Hva mener vi med korreksjon i forbindelse med billedrørskarakteristikkene? d Hva er gitterrom? e Hva menes med kontrast?

7a b

Hvordan dannes et linjeraster på billedskjermen? Når man varierer lyskontrollen på en mottaker, kan man ofte se at billedstørrelsen forandres. Hva er årsaken til dette?

63 8a Forklar ved hjelp av skisse hvorfor elektronstrålen ikke kan ha korrekt fokus over hele billedskjermen. b Hvordan blir fokuseringsfeilen korrigert? 9 I forbindelse med defokuseringen opptrer også en feil som kalles for astigmatisme. Hvordan arter den seg?

10a Gjør rede for hvordan putefortegning oppstår. b Forklar hvordan putefortegning korrigeres.

Ila Tegn snitt av et billedrør med elektronkanon og avbøyningsenhet. b Marker sentreringsmagnetenes plassering. c Hvilken feil i billedrøret skal sentreringsmagnetene korrigere? d Bruk skisse og forklar hvordan sentreringsmagnetene virker.

12

Hvilken elektrode i elektronkanonen kalles ofte Wehneltsylinder?

13

Hvordan virker endringer i høyspenningen på elektronstrålens avbøyning?

14

Hvis det brukes en rettlinjet sagtannstrøm til avbøyning av elektronstrålen, oppstår det en ulinearitet i billedgjengivelsen. a Hvordan ytrer denne ulineariteten seg? b Hvordan blir den korrigert?

15

Gjør rede for hvordan seeme beskyttes mot skader som følge av billedrørimplosjon.

16

Hvordan tilpasser man et billedrør med høyde/breddeformat 4:5 til det utsendte bildes 3:4-format?

17a Hva er en toroidspole og hva er en sadespole? b Hva er årsaken til at horisontal- og vertikal-avbøyningsspolene virker helt forskjellig når det gjelder belast­ ningen? c Hvor høy driftstemperatur tillates vanligvis i avbøyningsspolene?

18a Gjør rede for hvilke virkninger «flash-over» kan ha for billedrøret og kretsene som hører til. b På hvilken måte sikres apparatene mot følgene av «flashover»? 19

Gjør rede for hvilke spesielle forholdsregler som man må ta når man jorder billedrørets armeringsbånd.

20a Hvordan oppstår lysflekk på billedskjermen? b Hva gjøres for å hindre skader som følge av lysflekk?

64 21a b

22

a b

Hvorfor nyttes det i praktiske koplinger begrensning av billedrørets strålestrøm? Gjør rede for hvordan en strålestrømsbegrenser virker i prinsippet.

Sendersignalet inneholder slokkepulser som sikrer svart nivå i synkperiodene. Billedrøret tilføres likevel slokke­ pulser fra mottakeren. Forklar hvorfor dette er nødvendig. Beskriv de prinsipper som brukes for slokking av til­ bakeløpet.

GJØVIK INGENIØRHØGSKOLE BiBUOTEKET