Преобразователи сигнал-свет

Предназначены для преобразования электрических сигналов в оптическое излучение, энергия которого будет пропорциональна энергии электрического сигнала. Преобразователи свет-сигнал делятся на 2 типа:

- прямого преобразования

- косвенного преобразования

При прямом преобразовании, электрический сигнал непосредственно переходит в оптическое излучение посредством специального вещества (люминофора). Данный способ используется в кинескопах, плазменных панелях, мониторах, видеоконтрольных устройствах и т.д.

При косвенном преобразовании, электрический сигнал управляет световой энергией, поступающей от отдельного источника света. Данный способ применяется в жидкокристаллических устройствах отображения, мультимедийных проекторах и так далее.

Кинескопы черно-белых изображений

Эти кинескопы представляют собой стеклянную колбу, внутри которой находится электронный прожектор, и внутренняя поверхность передней стенки покрывается люминофором. Так же внутри колбы искусственно создается вакуум.

Электрический прожектор состоит из катода, управляющего электрода (модулятора), ускоряющего электрода, первого и второго анодов.

Катод выполняется с внешним подогревом и обеспечивает формирование электронного луча. Модулятор регулирует концентрацию электронов в луче.

Ускоряющий электрод обеспечивает разгон электронов до уровня, необходимого для достижения электронами поля второго анода.

Экранирующие электроды экранируют катод от поля первого и второго анода.

Первый и второй анод обеспечивает подачу электронного луча на поверхность, покрытую люминофором.

При попадании электронного луча на люминофор, электронам его атомов сообщается дополнительная энергия. За счет этой энергии электроны переходят на более высокий энергетический уровень, то есть, переходят на нестабильные орбиты, более удаленные от ядра атома. Спустя некоторое время электроны возвращаются на более низкий энергетический уровень, выделяя при этом энергию в виде светового излучения. Энергия светового излучения будет зависеть от количества электронов поступающих на люминофор и от их скорости. Таким образом, если на катод или модулятор подавать сигнал яркости, то концентрация электронов в луче будет изменяться пропорционально и, следовательно, яркость люминофора так же будет изменяться по закону изменения сигнала яркости. Если при этом обеспечить отклонение электронного луча так же как перемещение развертывающего элемента преобразователя свет-сигнал, то на экране кинескопа будет сформировано изображение подобное передаваемому.

При функционировании кинескопа возникают следующие особенности:

1. Свечение люминофора осуществляется в обе стороны, а, следовательно, присутствуют прямая и отраженная световые волны. При этом, световая волна, которая распространяется внутрь кинескопа, может переотразиться от задней стенки колбы и вернуться на экран, засвечивая при этом темные участки изображения. Для устранения данной особенности внутренняя поверхность люминофора покрывается тонким слоем алюминия. Алюминий не пропускает световую волну, но пропускает электронный луч. В результате, отраженная волна сразу же возвращается на экран, удваивая яркость свечения отдельного участка.

2. При распространении передней световой волны на границе раздела стекло-воздух может возникнуть переотражение и прямая световая волна частично будет поступать к зрителям, а частично, отражаясь, на слой алюминия. После чего будет происходить повторное отражение и часть энергии передней световой волны будет поступать к зрителям уже от других участков изображения. За счет этого будут возникать так называемые «ореолы». Для устранения этой особенности переднюю стенку колбы выполняют из толстого дымчатого стекла с большим коэффициентом поглощения. При этом часть световой энергии передней волны, дважды проходя через это стекло, будет настолько поглощаться, что станет практически незаметной для зрителя.

3. Для увеличения средней яркости свечения кинескопа необходимо либо увеличивать ток электронного луча (концентрация электронов), либо увеличивать напряжение на втором аноде (скорости электронов). При увеличении тока луча будет ухудшена его фокусировка, а, следовательно, уменьшиться разрешающая способность. При увеличении напряжения на 2 аноде фокусировка наоборот улучшиться и, следовательно, повысится разрешающая способность. Таким образом, в кинескопах напряжение на 2 аноде составляет порядка 20..30 кВ, несмотря на то, что напряжение, достаточное для того, чтобы электронный луч поступил на люминофор, составляет порядка 1 кВ. Исходя из высокого напряжения, подаваемого на 2 анод, его вывод выносится отдельно на боковую стенку колбы и изолируется резиновой присоской. Все остальные электроды имеют выводы в торце колбы. Все электроды электронного прожектора выполняются в виде цилиндра. Это позволяет сформировать поле вихревого характера, за счет чего будет осуществляться дополнительная фокусировка электронного луча.

Кинескопы черно-белых изображений оцениваются по следующим характеристикам:

1. Модуляционная характеристика

Это зависимость напряжения на модуляторе от средней яркости свечения кинескопа.

, где - коэффициент пропорциональности, учитывающий светоотдачу люминофора; - коэффициент нелинейности

2. Спектральная характеристика

Это зависимость яркости свечения экрана от длины волны светового излучателя. Спектральная характеристика кинескопов черно-белых изображений имеет 2 максимума, один максимум – в области голубого цвета, что придает свечению голубоватый оттенок, другой – совпадает с максимумом кривой видности человеческого глаза.

3. Инерционная характеристика

Это зависимость времени свечения люминофора после того момента, когда электронный луч уже не воздействует на данный участок, от яркости свечения. Кинескопы выполняются со значительной инерционной характеристикой, что позволяет увеличить время зрительной инерции.