Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — это устройство, которое используется для генерации и управления электронным лучом, направляемым на экран, где он вызывает светящиеся элементы (например, фосфорное покрытие), тем самым формируя изображение. ЭЛТ широко применялась в старых телевизорах и мониторах до появления жидкокристаллических (LCD) и плазменных дисплеев.
Процесс работы ЭЛТ можно разбить на несколько ключевых этапов:
1. Основные элементы ЭЛТ
Электронная пушка (или электронный пистолет) — это устройство, которое генерирует и направляет поток электронов на экран. Обычно в ЭЛТ используется три такие пушки для создания цветного изображения. Каждая пушка отвечает за один из основных цветов (красный, зеленый, синий), и излучает электронный луч соответствующего цвета.
Коллиматор — прибор, который помогает сжать электронный луч до узкой фокусируемой линии, чтобы он мог попадать точно на экран в нужной области.
Магнитные или электростатические дефлекторы — создают магнитное или электрическое поле, которое отклоняет электронный луч в нужном направлении. Дефлекторы могут быть размещены как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, что позволяет перемещать электронный луч по экрану, чтобы создавать изображение.
Экраны с фосфорным покрытием — экран в ЭЛТ покрыт слоем фосфора, который светится, когда на него попадает электронный луч. Экран состоит из миллионов маленьких ячеек, каждая из которых соответствует отдельному пикселю изображения. Для создания цветного изображения экран состоит из триад фосфорных точек (красные, зеленые и синие), которые комбинируются в нужные цвета.
Стеклянная колба — сама трубка, обычно изготавливается из прочного стекла, и в ней создается вакуум. Вакуум необходим для того, чтобы электроны не сталкивались с молекулами воздуха и не теряли свою энергию, пока не достигнут экрана.
2. Принцип работы ЭЛТ
Работа ЭЛТ начинается с генерации электронного потока с помощью электронного пистолета. Электроны ускоряются в электрическом поле до высокой скорости. Этот поток электронов направляется на экран через систему дефлекторов, которые управляют движением луча.
Генерация электронов. Электроны создаются в катоде, который обычно разогревается для выбивания электронов в вакуум. Это называется термоэлектронной эмиссией.
Ускорение электронов. Электроны ускоряются с помощью высоковольтного поля, которое создается на аноде. Это ускоряет их до скорости, достаточной для того, чтобы они могли воздействовать на фосфорное покрытие экрана.
Управление движением луча. Электронный луч управляется с помощью магнитных или электростатических дефлекторов. Эти устройства отклоняют луч в разных направлениях, что позволяет ему «сканировать» весь экран, строка за строкой или пиксель за пикселем.
Сканирование и фосфорное покрытие. Когда электронный луч попадает на фосфорное покрытие экрана, происходит его возбуждение, что вызывает свечение в соответствующем участке экрана. Каждый фосфорный элемент светится своим цветом в зависимости от того, какой именно пистолет (красный, зеленый или синий) его активирует.
Модуляция яркости. Яркость каждого пикселя контролируется с помощью тока, подаваемого на пистолет. Чем больше ток, тем ярче светится соответствующий элемент фосфорного покрытия.
3. Цветное изображение
Для создания цветного изображения используется три пушки: одна для красного цвета, другая для зеленого и третья для синего. Эти пушки располагаются по углам экрана и направляют электронные лучи на соответствующие фосфорные триады. Таким образом, с помощью разных интенсивностей этих трех цветов можно создавать любые цвета.
Каждый цвет в системе RGB (красный, зеленый, синий) представляется рядом фосфорных точек. Эти точки не видны глазу отдельно, так как они очень маленькие и расположены очень близко друг к другу, что позволяет создавать полное цветное изображение. Например, если все три цвета активируются одновременно с высокой яркостью, на экране будет белый цвет.
4. Сканирование экрана
Сканирование экрана в ЭЛТ происходит по принципу, аналогичному движению стрелки сканера: сначала пистолет двигается слева направо по экрану, а затем, по мере того как одна строка сканируется, он возвращается в начало следующей строки. Процесс происходит очень быстро, и человеческий глаз воспринимает картину как непрерывную.
Современные ЭЛТ используют технологию «развертки»: процесс, при котором экран делится на строки, и каждую строку поочередно сканируют лучи. Эта развертка может быть плоской (один луч сканирует экран поочередно) или параллельной (несколько лучей сканируют одновременно).
5. Ретробэк и свечение экрана
Когда электронный луч достигает фосфорных точек, то происходит их возбуждение. Это приводит к свечению — цвет фосфора зависит от его состава. Обычно на экране есть три вида фосфора:
Красный (преимущественно красный цвет);
Зеленый (преимущественно зеленый цвет);
Синий (преимущественно синий цвет).
Фосфор светится, но не долго. Поэтому для обеспечения непрерывного изображения используются высокочастотные сигналы, которые «переключают» экраны так быстро, что наши глаза воспринимают картину как непрерывную.
6. Управление и синхронизация
Для точной работы ЭЛТ на компьютерах и телевизорах используется система синхронизации между видеосигналом и разверткой экрана. Это необходимо для того, чтобы лучи попадали точно в те места экрана, которые должны быть подсвечены в тот момент времени. Обычно система синхронизации включает две компоненты:
Горизонтальная синхронизация (периодическое перемещение луча по строкам).
Вертикальная синхронизация (перемещение луча от верхней части экрана к нижней и возврат на верх).
7. Недостатки и замена на другие технологии
ЭЛТ требует большого объема и массы, так как она состоит из стеклянной трубки с вакуумом.
Разрешение ЭЛТ ограничено из-за сложности в производстве высококачественных экранов с большим количеством пикселей.
Цветовое и контрастное отображение в ЭЛТ также ограничено.
С развитием технологий дисплеи с жидкокристаллическими панелями (LCD), светодиодными экранами (LED) и OLED-дисплеями стали более популярными благодаря меньшим размерам, лучшему качеству изображения, меньшему потреблению энергии и лучшей долговечности.
Вот так, в общем, устроена электронно-лучевая трубка. Система проста по сути, но требует точной синхронизации и контроля для создания стабильного изображения.
