Üldine ehitus

Elektronkiiretoru on seadis, mille abil saab muundada elektrilisi signaale optilisteks – see on nähtavateks. Tema põhiliseks kasutusvaldkonnaks on mõõtetehnika, sest tema kaasabil on võimalik jälgida pingete ja voolude kujusid (ka teisi parameetreid). Samuti leiab ta kasutamist televisioonitehnikas, kus saatja poolel muundatakse optiline kujutis elektrilisteks signaalideks ning vastuvõtupoolel elektrilised signaalid uuesti optiliseks kujutiseks.

Elektronkiiretoru koosneb lehtritaolisest klaaskestast, mille sisse on tekitatud vaakum, et elektronid saaksid seal takistamatult liikuda elektrivälja toimel. Tasapinnalise põhja siseküljele on kantud fluorstsentseeruv ekraan ja mille sees paiknevad elektronprožektor ja hälvitussüsteem.

Elektronprožektor tekitab kitsa elektronidejoa ehk elektronkiire, milles olevatele elektronidele antakse elektriväljaga piisav kiirus nii, et nad hakkavad liikuma ekraani suunas. Läbides hälvitussüsteemi liigutatakse elektronkiirt nii, et ta liiguks ekraani soovi kohaselt ning selles kohas, kuhu elektronkiir ekraanil satub tekib helenduv täpp või ka triip.

 

Kineskoobi tagumises, peenemas osas on elektronkahur, mis saadab välja elektronkiire. Pärast teravustamist see kiir hälvitatakse sobivasse punkti ekraanil, andes talle samal ajal ka selle punkti jaoks vajaliku intensiivsuse. Ekraanil on luminofoortäpike, mis talle langeva elektronkiire mõjul helendama hakkab. Nii käiakse ridahaaval läbi terve ekraanitäis punkte ja moodustatakse kujutis. Kui seda piisavalt sageli teha, siis ei taju silm punktide vahepealset kustumist, kuna luminofoor jätkab helendumist veel veidi aega pärast kiire edasiliikumist järgmistele punktidele.

 

Elektronprožektor

Elektronprožektor koosneb katoodist, mis on vabade elektronide allikaks, tüürelektroodiks, mille abil määratakse elektronkiirt moodustavate elektronide hulk ja kahest või kolmest anoodist, milliste pingestamisega fokuseeritakse elektronkiir ja antakse elektronidele ekraanile jõudmiseks vajalik kiirus. Vabad elektronid saadakse termoemissiooni teel.

Kui tõsta aine temperatuuri, siis aines liikuvate elektronide kiirus suureneb ja teatud temperatuuril omandab osa elektrone sedavõrd suure kiiruse, et nad suudavad oma energiaga ainest väljuda ning jätkata liikumist väliste elektriväljade toimel.

Erinevate ainete emissioonivõime on erinev ja see sõltub väljumistööst, mis on töö, mida peab elektron sooritama, et ületada aine tuumajõude ja väljuda ainest. Nii näiteks on wolframi väljumistöö 7,5 elektronvolti, baariumil 2,3 elektronvolti, tseesiumil 1,7 elektronvolti jne.

Väiksema väljumistöö korral on kuumutamiseks vajalik temperatuur madalam nö elektronid väljuvad madalamal temperatuuril ja seepärast on levinud termokatoodide pinna katmine baariumoksiidkihiga. Katoodi kuumutatakse elektrivooluga ja selleks on katoodi sisse paigutatud isoleeritud kütteniit (6,3V vahelduvpinget). Temperatuur, mille juures tekib märgatav emissioon on umbes 800C (nii, et see katood hõõrdub punaselt ja torukael soojeneb ka).

Tüürelektrood ümbritseb katoodi ja temas on teljesuunaline ava, mille kaudu pääsevad elektronid välja. Tüürelektroodile antakse katoodi suhtes negatiivne pinge (umbes -10V) ja selle pinge reguleerimisega muudetakse elektronide hulka kiires ning ühtlasi ekraanil tekkiva kujutise heledust.

Esimesele anoodile antakse positiivne pinge ja selle pinge reguleerimisega saab muuta elektronkiire fookust, mis peab olema ekraanil. Tüürelektroodi ja esimese anoodi vahel tekib ebaühtlane elektriväli, mis moodustab nn elektrostaatilise läätse. Anoodil on ka vaheseinad ehk diafragmad, millega püütakse kinni ülemääraselt kõrvale kaldunud elektrone. Teisele anoodile antakse kõrgem pinge (1000 – 1500V). Selle pinge toimel tekib esimese ja teise anoodi vahel samuti ebaühtlane elektriväli ning samuti elektrostaatiline lääts. Teise anoodi kõrgem pinge on põhiliseks elektronide kiirendajaks ja seda pinget ei reguleerita.

 

 

Hälvitussüsteemid

Selleks, et tekitada ekraanil kujutist, mille nagu "joonistab" elektronkiir peab olema võimalus juhtida elektronkiirt ükskõik millisesse ekraanipunkti. Elektronkiire hälvitamine/kallutamine võib toimuda, kas elektri või magnetvälja abil. Vastavalt sellele on olemas elektrostaatilised ja magnetilised hälvitussüsteemid.

Selleks, et oleks võimalik kiire juhtimine ükskõik, millisesse punkti on hälvitussüsteeme alati kaks: vertikaal- ja horisontaalhälvitussüsteem. Esimene neist hälvitab kiirt vertikaalsihis ja teine horisontaalsihis.

Elektrostaatiline hälvitussüsteem koosneb kahest paarist plaatidest, milliste vahel hälvituspinge poolt tekitatakse elektriväli, mille toimel mõjub elektronile jõud, mis on suunatud positiivselt pingestatud plaadi suunas ja mille toimel elektronide liikumistee hälvub teatud nurga võrra. Hälvitusnurk sõltub elektrivälja tugevusest plaatide vahel ja elektronide plaatide vahel viibimise kestusest. Üldiselt oldakse huvitatud, et hälvitusnurk oleks võimalikult suur, see tähendab, et hälvitussüsteem oleks võimalikult tundlikum. Et mitte piirata hälvitusnurka kuid plaatide pikendamiseks tehakse hälvitusplaadid murtud kujuga. Praktiliselt on elektrostaatiliste hälvitussüsteemide tundlikus selline, et elektronkiire hälvitamiseks üle ekraani on vaja pinget 50-100V. Elektrostaatiliste hälvitussüsteemide puuduseks on väike hälvitusnurk. Eeliseks aga head sagedusomadused – see on kiire toime. Nimetatud põhjustel on nad levinud nendes elektronkiiretorudes, mida kasutatakse elektriliste signaalide uurimisel – see on ostsilloskoobitorudes.

Elektronkiirt on võimalik hälvitada ka magnetväljaga, mida saab seletada vooluga juhtme käitumisega magnetväljas, sest elektronkiires on ju liikuvad elektronid nii nagu vooluga juhtmeski ning seda toimet selgitab parema käe reegel. Hälvitava toime saamiseks kasutatakse kahte mähistepaari, millised on paigutatud elektronkiiretoru kaelale. Seejuures vertikaalselt paigutatud mähised hälvitavad kiirt horisontaalsihis ja horisontaalmähised vertikaalsihis.

Magnetiline hälvitussüsteem võimaldab suuremaid hälvitusnurki, kuid tema sagedusomadused tänu mähiste induktiivsustele on märksa halvemad. Kasutatakse kineskoopides, kus hälvitamise kiirus ei pea olema suur, kuid hälvitusnurk võimalikult lai.

 

 

Kujutise saamine kineskoobis

Kineskoopides kasutatakse kiire hälvitamiseks magnetilist hälvitussüsteemi ja selleks, et tekitada magnetilise hälvitussüsteemi korral elektronkiire lineaarne liikumine antakse hälvitusmähistesse hammasvool (mitte pinge).

Kineskoobis tekitatakse elektronkiirele liikumine rida realt ja horisontaalset liikumist nimetatakse realaotuseks. Samal ajal vajalikku vertikaalset liikumist tekitatakse nn kaadrilaotusega. Ridade arv kineskoobis on Euroopa standardite kohaselt 625.

Üheaegselt elektronkiire liikumisega rida realt tüüritakse kujutise signaaliga elektronkiire heledust, selle tulemusel tekib ekraanile tumedamate ja heledamate täppide kogum, millest moodustubki kujutis.

Joonis 1. Kujutise saamine kineskoobis. [2]

Mustvalged kineskoobid

Kujutise saamiseks liigub kineskoobis elektronkiir rida realt läbi kõik ekraani punktid. Vastavalt ülekantavale kujutisele tüüritakse samaaegselt ka kiire heledust tüürelektroodile (modulaatorile) antava videosignaali pingega. Ekraanil tekivad erineva heledusega täpid, mille kogum loobki kujutise. Kiirelt liikuvatekujutiste ülekandmiseks on kiire liikumise kiirus väga suur. Samal põhjusel peab ekraani järelhelenduse kestus olema piisavalt lühike (<0,l s). Sealjuures on nõudeks,et helenduv täpp oleks väike ja säilitaks oma teravuse igas ekraani punktis. Kineskoobi ekraan peab olema küllalt suur ja ristkülikulise kujuga. Et kineskoop ei kujuneks suure ekraani korral liiga pikaks, kasutatakse suuri hälvitusnurki ja seepärast kasutataksegi kineskoopides seni eranditult magnetilist hälvitussüsteemi. Lineaarse laotuse saamiseks peab hälvitussüsteemi poole läbima hammasvool. Laotuseks vajaliku homogeense magnetvälja saamiseks on mähised küllaltki keeruka kujuga ja nende toimet korrigeeritakse veel püsimagnetitega, mis paiknevad kineskoobi kaelal. Fokuseerimissüsteemis kasutatakse kineskoopidel kiirendusanoodiga süsteemi, kusjuures esimest anoodi nimetatakse teravduselektroodiks.

 

Värviline kineskoop

Värvikineskoobi elektronkiiretoru sisaldab kolme elektronkahurit, ekraani siseküljel mosaiigi kolmevärvilistest täppidest luminofooriga (R- punane, G- roheline ja B- sinine) ja varimaski (shadow mask) nende vahepeal. Maskis olevad avad (ümmargused või piklikud) lasevad läbi ainult ühe kindla elektronkiire temale vastava luminofoori täpile. Ekraani väliskülg on kaetud erilise kihiga, et vähendada peegeldumisi ja helkimist, ilma et kuva kvaliteet selle all kannataks. Nagu öeldud tehakse värvilise kujutise saamiseks luminofoortäpid kolme värvi: punased, rohelised ja sinised. Nende omavahelisel kombineerimisel saab siis moodustada ülejäänud värvusi

Joonis 2. Värvilise pildi tekitamine. [3]

 

Pildi ekraanile toomine

Pildi ekraanile toomisel on kaks võimalust:

Poolkaaderkuva

(interlaced display) puhul joonistatakse pilt kahe elektronkiire käiguga, joonistades esimesel korral üle ühe rea ja teisel korral ülejäänud read. Sellist jaotust kasutatakse ka tavalise teleri juures (50 Hz). Kuna terve kuvakaadri joonistamiseks kuluv aeg kahekordistub, tekib silmale märgatav vilkumine. Ülerealaotuse eeliseks on väiksema mahuga videokaader ja väiksem nõutav ülekandetrakti ribalaius. Poolkaadrikuva kasutatakse juhul, kui mingi tegur pildi allikast kuni selle kuvamiseni (kuvari elektroonika, ühenduskanalid, mälumaht jne) ei ole suuteline tagama täiskaadrikuvaks vajalikku informatsiooni mahtu (-sagedust).

Täiskaaderkuva

(non - interlaced display) puhul joonistatakse kõik read ühe elektronkiire käiguga. Kuna reaalne kaadrisagedus on 2 korda suurem kui poolkaadrikuva puhul, saavutatakse stabiilne, vilkumisvaba (flicker free) kuva.

Tekib küsimus, miks ei valita kohe võimalikult maksimaalne kaadrisageduse väärtus. Vastus peitub selles, et koos kaadrisageduse kasvuga kindlale monitorile lubatav lahutusvõime väärtus väheneb.