Н. — Какие же напряжения прикладываются к электродам?
Л. — На первом аноде относительно небольшое напряжение, порядка 220 в. Зато второй анод находится под высоким напряжением в несколько тысяч вольт. При этом напряжение на первом аноде можно изменять, влияя таким образом на распределение электрических полей и тем самым изменяя «кривизну» электронной линзы.
Н. — Значит, электронная линза совершеннее обычной оптической линзы?
Л. — Нет, не всякой. Вот, например, глазной хрусталик тоже обладает способностью изменять свою кривизну, чтобы приспосабливаться к рассматриванию близких и удаленных предметов.
Н. — Значит, регулируя напряжение на первом аноде, изменяют фокусировку пучка?
Л. — Совершенно верно. Стараются получить очень узкий пучок, дающий на экране светящееся пятно очень небольших размеров, которое и является элементом растра, определяющим размер элемента изображения.
Н. — По что делается с электронами, достигшими экрана? Нужно, чтобы они вернулись к источнику высокого напряжения, каков бы он ни был.
Л. — Вот вопрос, который раньше мало интересовал изготовителей трубок. Электроны, падающие на экран с большой скоростью…
Н. — Какого порядка?
Л. — Эта скорость зависит от напряжения, приложенного к последнему аноду, и пропорциональна квадратному корню из этого напряжения. Так, при 10 000 в на этом аноде электроны будут иметь скорость около 60 000 км/сек. Но при 20 000 в она едва превзойдет 80 000 км/сек.
Н. — Какой же смысл увеличивать эту скорость?
Л. — Чем сильнее электроны ударяются об экран, тем ярче он светится.
Н. — Вернемся, с твоего разрешения, к электронам, которые ударяются об экран. Что с ними происходит?
Л. — Как камень, с силой брошенный в воду, поднимает фонтан брызг, электроны выбивают другие электроны из люминесцентного слоя. Эти электроны…
Н. — …вторичные.
Л. — Ну да, я вижу, ты ничего не забыл из наших прежних бесед. Эти вторичные электроны медленно и как умеют передвигаются к аноду. По крайней мере, так было в старых трубках. В наше время им облегчают обратный путь, покрывая внутренние стенки колбы между экраном и выводом последнего анода проводящим графитовым слоем. Я должен тебе, кстати, заметить, что вывод последнего анода производится через стекло в конической части колбы (рис. 15).
Рис. 15. Электронно-лучевая трубка с фокусировкой посредством электронной линзы. Высокое напряжение на последнем аноде требует хорошей изоляции; поэтому его вывод осуществляется вне цоколя трубки.
1 — управляющий электрод; 2 — первый анод; 3 — второй анод; 4 — проводящее покрытие.
Н. — А почему не через штырек цоколя?
Л. — Да потому, что из-за высокого напряжения на этом электроде его следует по возможности отдалить от других электродов.
Н. — Теперь я ясно представляю себе всю цепь. Электроны вылетают из катода, пролетают отверстия управляющего электрода и одного или нескольких анодов и попадают на какую-то точку экрана. Оттуда они движутся вдоль стенок по направлению к последнему аноду и через источник высокого напряжения возвращаются на катод. Я полагаю, что самая трудная часть пути — это та, которая ведет от пятна к краю экрана.
Л. — Верно, потому что люминесцентный слой очень далек от идеального проводника. Но в современных трубках на этот слой часто наносится очень тонкий зеркальный слой алюминия, сквозь который легко проходят электроны, вылетающие из электронной пушки, и который облегчает удаление вторичных электронов. Впрочем, истинная цель алюминиевого слоя — увеличить яркость изображения, отражая по направлению к зрителю ту часть световых лучей, которая без этого безвозвратно терялась бы для него, уходя внутрь трубки.
Н. — Вот мы и владеем электронным карандашом, предназначенным для вычерчивания светящихся изображений на экране. Однако, чтобы рисовать, нужно сделать его подвижным. Как схватить этот невидимый пучок и манипулировать им по своему желанию?
Л. — Когда настоящая пушка выпускает снаряд, он следует по прямолинейной траектории?
Н. — Нет, конечно. Он описывает параболу, так как земное притяжение искривляет его траекторию по направлению к Земле.
Л. — Не видишь ли ты возможности воздействовать на электрон аналогичной силой, способной отклонить его от прямого пути?
Н. — Да, вижу. Можно было бы расположить под пучком положительно заряженный электрод, который притягивал бы электроны так же, как Земля притягивает снаряд. Таким образом, пучок искривился бы книзу.
Л. — Правильно! Можно поступить еще лучше, поместив одновременно над пучком второй, отрицательно заряженный электрод (рис. 16).
Рис. 16.Электростатическое отклонение. В соответствии со знаком напряжения на отклоняющих пластинах пятно отклоняется вниз или вверх.
Н. — Понимаю. Отталкивая электроны пучка, он дополнит действие электрода, помещенного внизу. Но два таких электрода в действительности образуют обкладки конденсатора.
Л. — Конечно. Заметь, впрочем, что на отклоняющие пластины нужно подавать не постоянное напряжение, так как, отклонившись от центра экрана, пятно займет неподвижное положение. Однако не это нам нужно. Что произойдет, если к двум отклоняющим электродам приложить переменное напряжение?
Н. — Во время полупериода, когда верхний электрод становится положительным, а нижний — отрицательным, пучок будет притягиваться вверх (отталкиваясь при этом снизу). Мы увидим, как пятно поднимается. Во время следующего полупериода верхний электрод, становясь отрицательным, его оттолкнет, в то время как он будет притягиваться к нижнему электроду, который станет положительным. Наше пятно, следовательно, переместится вниз.
Л. — Ты видишь, что пятно будет передвигаться туда и обратно вдоль вертикального диаметра экрана. И если частота переменного напряжения, приложенного к отклоняющим пластинам, превышает тридцать герц…
Н. — …глаз воспримет светящуюся вертикальную черту, так как, принимая во внимание инерцию светового ощущения, он не будет различать мгновенных положений, занимаемых пятном.
Л. — Предположим теперь, Незнайкин, что на пути пучка мы помещаем вторую пару отклоняющих пластин, на этот раз расположенных вертикально по обе стороны пучка (рис. 17).
Рис. 17. Электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением.
1 — вход видеосигнала; 2 — к пластинам вертикального отклонения (кадры); 3 — к пластинам горизонтального отклонения (строки).
Н. — Ясно, что они создадут возможность отклонять пучок вправо и влево. И если приложить к этим пластинам переменное напряжение, то пятно прочертит на экране горизонтальную линию.
Л. — Справедливость и логичность твоих выводов заслуживают комплиментов.
Н. — Но мне не нравится, что вертикальные пластины создают горизонтальное отклонение, и наоборот.
Л. — Это, действительно, очень досадно. И некоторые авторы создают плачевную путаницу, когда говорят о «горизонтальных отклоняющих пластинах», тогда как хотят сказать о «горизонтально отклоняющих пластинах» или «пластинах горизонтального отклонения», которые сами по себе расположены вертикально!
Н. — Мы умеем теперь отклонять пятно как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Как его заставить теперь вычерчивать изображение?
Л. — Не будем торопиться и ограничимся сначала ориентировочным представлением. Предположи, что к горизонтально отклоняющим пластинам приложено периодическое напряжение такой формы, что пятно пробегает с постоянной скоростью горизонтальную линию слева направо, потом почти мгновенно возвращается налево, возобновляет такое же движение вправо и т. д.
Н. — Это вроде того, как если бы я читал без конца одну и ту же строчку книги.
Л. — Остается, следовательно, сообщить пятну гораздо более медленное движение сверху вниз, прикладывая соответствующее напряжение к вертикально отклоняющим пластинам.
Н. — Таким образом, когда одна строка будет прочитана, мы не будем больше возвращаться к началу этой же строки, а будем переходить к началу следующей.
Л. — Конечно. И так будет для всех строк изображения, потому что пятно будет медленно с постоянной скоростью перемещаться сверху вниз. Но когда оно пробежит последнюю строку, резкий переброс вертикально отклоняющего напряжения возвратит пятно кверху, чтобы начать развертку следующего изображения.
Н. — Мы закончили страницу и перевернули ее, чтобы начать новую… Все это ясно. Но наше пятно вычертит только ряд однообразно светящихся строк, которые создадут впечатление прямоугольника с равномерной яркостью во всех точках. Это как книга, у которой все буквы одинаковы!..
Л. — Да, но ведь мы забыли нечто очень существенное: изменять интенсивность электронного пучка так, чтобы каждая точка изображения была воспроизведена со свойственной ей яркостью.
Н. — Я что-то не пойму, как ты этого добьешься.
Л. — Послушай-ка, Незнайкин, уж не устал ли ты? Подумай же. Какой электрический сигнал в приемнике точно отражает все изменения яркости последовательно развертываемых точек изображения?
Н. — Сигнал видеочастоты.
Л. — А на какой электрод трубки нужно подать этот сигнал, чтобы промодулировать интенсивность электронного пучка?