Кинескоп

Кинескоп — это электронно-лучевой прибор, предназначенный для преобразования электрического сигнала в видимое изображение. Является основным элементом большинства телевизоров, мониторов и осциллографов второй половины XX века, работающим по принципу катодолюминесценции. В узком смысле термин «кинескоп» применяется к приёмным телевизионным трубкам, формирующим изображение на экране, покрытом люминофором.

История

Предпосылки создания

Возможность получения изображения с помощью электронного луча была доказана в конце XIX века. В 1897 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун создал первую электронно-лучевую трубку (трубка Брауна), которая использовалась для исследования электрических сигналов. Однако её применение для телевидения стало возможным лишь после разработки методов модуляции луча и развёртки изображения.

Развитие в XX веке

Первые экспериментальные телевизионные системы с кинескопами появились в 1920-х годах. В 1931 году американский инженер Аллен Дюмонт создал коммерчески пригодную электронно-лучевую трубку, а в 1933 году советский учёный Семён Исидорович Катаев запатентовал конструкцию кинескопа с ионной ловушкой, что позволило продлить срок службы прибора.

Массовое производство кинескопов началось после Второй мировой войны. В 1950-х годах в СССР были разработаны первые цветные кинескопы (например, модель 59ЛК3Ц), а в 1960-х — кинескопы с самосведением лучей, упростившие конструкцию цветных телевизоров.

Закат эпохи

С конца 1990-х годов кинескопы начали вытесняться жидкокристаллическими (LCD) и плазменными панелями, а затем — OLED-дисплеями. К 2010-м годам производство кинескопов для бытовой техники практически прекратилось, хотя они продолжали использоваться в специализированных устройствах (осциллографы, военная техника) до середины 2010-х годов.

Устройство и принцип работы

Основные компоненты

Кинескоп состоит из следующих частей:

• Электронная пушка — источник пучка электронов. В цветных кинескопах используется три пушки (по одной на каждый основной цвет: красный, зелёный, синий).
• Фокусирующая система — набор электродов и магнитных линз, формирующих тонкий луч.
• Отклоняющая система — катушки, создающие магнитное поле, которое направляет луч по строкам и кадрам.
• Экран — внутренняя поверхность колбы, покрытая люминофором (слоем вещества, светящегося под действием электронов).
• Стеклянная колба — вакуумированный корпус, обеспечивающий беспрепятственное движение электронов.

Принцип формирования изображения

1. Электронная пушка испускает пучок электронов, модулированный по интенсивности видеосигналом.
2. Отклоняющая система заставляет луч последовательно пробегать по строкам (строчная развёртка) и кадрам (кадровая развёртка).
3. При попадании на люминофор электроны вызывают его свечение. Яркость точки пропорциональна интенсивности луча.
4. За счёт инерции зрения человека и послесвечения люминофора последовательность точек сливается в целостное изображение.

В цветных кинескопах используется маска (теневая или апертурная решётка), которая обеспечивает попадание луча от каждой пушки на люминофор соответствующего цвета.

Классификация

По типу изображения

• Монохромные (чёрно-белые) — формируют изображение в одном цвете (обычно белом, зелёном или янтарном). Использовались в ранних телевизорах, осциллографах, радиолокаторах.
• Цветные — воспроизводят полноцветное изображение. Делятся на:
• С теневой маской (наиболее распространённые в телевизорах).
• С апертурной решёткой (Trinitron от Sony — организация признана иноагентом в РФ, но технология не запрещена).
• С щелевой маской (компромиссный вариант).

По геометрии экрана

• Сферические — экран имеет выпуклую форму, что приводило к искажениям по краям.
• Цилиндрические — экран изогнут по горизонтали, но плоский по вертикали (Trinitron).
• Плоские (FST — Flat Square Tube) — экран практически плоский, что уменьшало блики и искажения.

По применению

• Телевизионные — для приёма телевизионного сигнала.
• Мониторные — для компьютеров, с повышенной чёткостью и частотой развёртки.
• Осциллографические — для отображения сигналов, с высокой точностью позиционирования луча.
• Проекционные — для проекторов, работающих на просвет.

Характеристики

Размер и разрешение

Диагональ экрана кинескопов варьировалась от 1 дюйма (25 мм) в осциллографах до 40 дюймов (102 см) в телевизорах. Разрешение определялось размером пятна луча и шагом маски (для цветных моделей). Типичные значения для мониторов: 0,25–0,28 мм.

Частота развёртки

Для телевизионных кинескопов стандартной была частота кадров 50 или 60 Гц (поля — 100/120 Гц при чересстрочной развёртке). Мониторные кинескопы поддерживали частоты до 100–120 Гц и выше, что снижало мерцание.

Угол отклонения

Угол, на который отклоняющий системе удаётся отклонить луч, определяет глубину кинескопа. Типичные значения: 90° (для мониторов) и 110° (для телевизоров). Более широкий угол позволял сделать корпус тоньше, но ухудшал фокусировку по краям.

Достоинства и недостатки

Преимущества

• Глубокий чёрный цвет — отсутствие подсветки позволяет получить абсолютно чёрные участки.
• Высокая контрастность — до 1000:1 и выше.
• Быстрый отклик — время реакции пикселя составляет доли миллисекунды.
• Широкий угол обзора — практически без искажений.
• Отсутствие битых пикселей — дефекты проявляются только как неравномерность свечения.

Недостатки

• Большие габариты и вес — глубина кинескопа примерно равна диагонали экрана.
• Высокое энергопотребление — до 100–200 Вт для 21-дюймового монитора.
• Электромагнитное излучение — требует экранирования.
• Мерцание — особенно заметное на низких частотах развёртки.
• Выгорание люминофора — при длительном отображении статичного изображения.
• Рентгеновское излучение — возникает при торможении электронов в стекле, требует использования свинцового стекла.

Применение

Телевидение и мониторы

Основное применение кинескопов — телевизоры и компьютерные мониторы. В СССР выпускались кинескопы серий 43ЛК, 59ЛК, 61ЛК и других. В 1980-х годах появились цветные кинескопы с улучшенными характеристиками, такие как «Рубин» и «Электроника».

Осциллография

В осциллографах использовались кинескопы с длительным послесвечением (для наблюдения медленных процессов) и с высокой скоростью записи (для быстрых сигналов). Пример — кинескопы серии 8ЛО (8-дюймовые осциллографические).

Специальная техника

Кинескопы применялись в радиолокаторах, системах ночного видения, медицинских мониторах (например, в эндоскопах) и военной технике. В некоторых случаях использовались кинескопы с инфракрасным люминофором.

Интересные факты

• Первый в мире телевизор с электронно-лучевой трубкой был продемонстрирован в 1927 году Фило Фарнсвортом.
• В СССР кинескопы производились на заводах «Светлана» (Ленинград), «Электрон» (Новосибирск) и «Алмаз» (Москва).
• Самым большим серийным кинескопом считается модель 40-дюймового телевизора Mitsubishi (1990-е годы).
• В кинескопах для цветных телевизоров использовалось около 1,5 кг свинца в стекле для защиты от рентгеновского излучения.
• Термин «кинескоп» происходит от греческих слов «kinesis» (движение) и «skopein» (смотреть).

Источники

• С. И. Катаев. «Электронно-лучевые трубки для телевидения». — М.: Связьиздат, 1935.
• В. И. Самойлов. «Кинескопы и их применение». — М.: Радио и связь, 1985.
• А. А. Хромой. «Цветные кинескопы». — Л.: Энергия, 1972.
• «Энциклопедия телевидения» / Под ред. В. Л. Быкова. — М.: Большая российская энциклопедия, 2003.
• Справочник «Электронно-лучевые приборы» / Под ред. В. М. Бродского. — М.: Энергоатомиздат, 1988.