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zeitgenosse
Anmeldedatum: 21.06.2006
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 Verfasst am: 04.07.2008, 14:28 Titel: Elektronenstrahlröhren - Vol. 2 |
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KATHODENSTRAHLRÖHREN - TEIL I
(Von der Braunschen Röhre bis zur Farbbildröhre)
Es gibt unterschiedlich konzipierte Kathodenstrahlröhren (konstruktionsbedingt und anwendungsbedingt verschieden). Die Röntgenröhre, die bereits an anderer Stelle beschrieben wurde, zählt ebenso dazu wie die zur Strahlerzeugung in Teilchenbeschleunigern (LINAC) verwendeten Elektronenkanonen. Auch Fernsehröhren und Computermonitore (Cathode Ray Tube) zählen dazu.
In diesem Beitrag unterteile ich für eine sinnvolle Zuordnung die Kathodenstrahlröhren in zwei Hauptgruppen, nämlich A) Fernsehröhren für die Bildwiedergabe (und als Anhang eine spezielle Elektronenröhre der Fernsehtechnik) sowie B) Videoröhren für die Bildaufnahme und -speicherung.
Mit dieser Gruppierung - denke ich mir - kann das Thema einigermassen überschaubar kanalisiert werden.
A1) FERNSEH(BILD)RÖHREN
1) Braunsche Röhre
Zu nennen an erster Stelle der Entwicklung ist die Braunsche Röhre.
Prinzip der Braunschen Röhre (direkt beheizt und mit Lochanode):
http://www.home.datacomm.ch/chs/Container/Elektronenroehren/braun_0.jpg
(Anm:. Nach meinem Dafürhalten sollten die Horizontalablenkplatten aus Gründen der Strahlgeometrie zuerst vom Elektronenstrahl durchquert werden, siehe Schema unten; leider wird der beanstandete Fehler in diversen Darstellungen - auch auf LEIFI - wiederholt.)
Schema einer (verbesserten) Braunschen Röhre:
Die in der Grafik mit g2 und g3 bezeichneten Elektroden dienen als elektrostatische Linsen. Die Plattenpaare D1 und D2 sind für die horizontale und vertikale Strahlablenkung vorgesehen. Der Buchstabe "D" weist auf "deflection factor" (V/inch) hin. Die eigentliche Anode befindet sich in diesem Beispiel an der Innenwand des aufgeweiteten Glaskolbens (gestrichelte Line). Die Anodenspannung beträgt 16 bis 20 kV. Das Grundprinzip wird auch für die späteren TV-Bildröhren beibehalten werden.
Erfunden wurde diese Kathodenstrahl-Vakuumröhre von Braun (1850-1918). Dieser promovierte im Jahre 1872 zum Doktor der Physik, indem seine Dissertation "Üeber den Einfluss von Steifigkeit, Befestigung und Amplitude auf die Schwingungen von Saiten" gutgeheissen wurde. Weil er nicht gerade begütert war, legte er auch noch das Staatsexamen für Gymnasiallehrer ab, um sich so sein Brot zu verdienen. Später wurde er ausserordentlicher Professor und dann ordentlicher Professor an verschiedenen Universitäten. Im Jahre 1895 schliesslich wurde er zum Direktor des physikalischen Instituts der Eberhard Karls Universität in Tübingen ernannt. Braun verstand es, seine Zuhörer als "Meister des verständlichen Vortrags und des auch für Laien spektakulären Experiments" zu fesseln. Seine anhaltende Bekanntheit verdankte Braun der von ihm konzipierten Kathodenstrahlröhre, welche von der Industrie (und auch seinem Assistenten Zenneck) nachhaltig verbessert wurde, bis sie als eigentliche Oszillographenröhre weite Verbreitung fand.
In der Funktechnik (wireless telefonie) war als Empfänger nur der "Kohärer" von Branly (manchmal auch "Fritter" genannt) bekannt, der nicht immer zufriedenstellend arbeitete. Braun ersetzte das zentrale Element durch einen Kristalldetektor (der selbst heute noch - als einfacher Geradeausempfänger mit Germaniumdiode - manches Bubenherz höher schlagen lässt). Auch Marconi - der um diese Zeit auf empirischer Grundlage seinen Sender baute - profitierte von Brauns profunden Kenntnissen in der Hochfrequenztechnik, indem jener den Schwingkreis vom Antennenkreis trennte und so leistungsfähigeren Anlagen den Weg bahnte. Im Jahre 1901 konnte Marconi eine Übertragung von England nach Nordamerika realisieren. Eine weitere Verbesserung durch Braun bestand in der Ersetzung der Hertzschen Funkenenstrecke durch Wechselstromgeneratoren (was den Weg zu den grossen Maschinensendern ebnete).
Im Jahre 1909 wurde Braun der Nobelpreis für Physik zugesprochen, den er sich mit Marconi teilte. Braun starb 1918 in New York City.
2) Oszilloskopröhre
Prinzipiell dient sie der Umwandlung elektrischer Signale in adäquate Lichtemissionen. Das Geschehen spielt sich in einem Glaskolben, der auf 1e-6mm Hg ausgepumpt ist, ab. Die Röhre besteht aus einem zylindrischen nach vorne geweiteten Glaskolben, dessen massive Stirnfläche nach aussen gewölbt und innen mit einem Leuchtschirm ausgestattet ist. Die optisch aktive Schicht in Oszilloskopröhren besteht meist aus einer Kombination zweier silberaktiver Leuchtstoffkomponenten wie Zinksulfid (für blaue) und Zinkcadmiumsulfid (für gelbe Lumineszenzerscheinungen). Es gibt auch Röhren mit Nachleuchtdauer (Oszillographenröhre). Dies ist für langsam ablaufende Vorgänge, die eine gewisse Zeit sichtbar bleiben sollen, sinnvoll.
Moderne Oszillographenröhre D7-16 GJ:
http://www.home.datacomm.ch/chs/Container/Elektronenroehren/d7-16gj.jpg
Im Röhrenhals, ganz hinten, befindet sich die Elektronenkanone (Kathode, Wehneltzylinder, Anode):
(diese Grafik ist - wie die noch folgedenden - dem Buch "Fernsehtechnik ohne Balast" von Limann/Pelka, 18. Auflage, entnommen)
Die (indirekt beheizte) Kathode (k) besteht aus einem Zinkröhrchen, das vorne mit einer Bariumoxid-Schicht bestrichen ist. Um den Elektronenstrahl zu fokussieren, wurde von Wehnelt (1902) ein zylinderförmiger Topf (g1) um die Kathode herum angebracht, der stirnseitig ein kleines Loch vorwies, aus dem der Strahl heraustreten konnte. Durch Verändern der negativen Vorspannung des Wehneltzylinders konnte die Strahlintensität - und damit die Helligkeit - beeinflusst werden. Die Steuerung erfolgt leistungslos. Zwischen Wehneltzylinder und Anode bilden sich schalenförmige Aequipotentialflächen aus. Dadurch wird der Strahl gebündelt (ansonsten würde er auseinanderlaufen bzw. divergieren).
Oft ist vor der Anode eine zusätzliche Elektrode (als Gitter g2 bezeichnet) eingebaut. Man sieht sehr schön, wie der Strahl durch die elektrischen Felder beeinlusst wird:
Allgemein werden Vorrichtungen zur Beeinflussung der Bewegung elektrischer Ladungsträger im Vakuum als Elektronenoptik bezeichnet. Aehnlich wie in der geometrischen Optik die Lichtstrahlen lassen sich Ladungsträger (Elektronen, Ionen) durch elektrische oder magnetische Felder beugen, bündeln und zu einem Brennpunkt fokussieren. Elektronenlinsen bestehen aus axial-symmetrischen elektrischen oder aus magnetischen Feldern mit nach aussen radial ansteigender Feldstärke.
Weiter vorne auf dem Röhrenhals befinden sich zwei elektrostatische Ablenkeinrichtungen (x- und y-Ablenkung).
Prinzipiell gibt es drei Möglichkeiten, um einen Elektronenstrahl zu beeinflussen:
- Elektrostatische Beeinflussung (Kondensatorfeld):
Auf eine Probeladung (Elektron) wirkt die Coulombkraft: F = e*E
Elektronen werden stets in Richtung der elektrischen Feldlinien beschleunigt. Im Kondensatorfeld beschreibt das Elektron, wenn es parallel zu den Platten eindringt, eine Parabelbahn. Nach verlassen des Feldes bewegt es sich geradlinig weiter. Dies ermöglicht die Konstruktion elektrischer Fokussiereinheiten und elektrischer Strahlablenksysteme.
- Beeinflussung durch ein Magnetfeld:
Auf eine Probeladung (Elektron) wirkt die Lorentzkraft: F = e*v*B*sinα
Elekronen, die sich quer zum Feld bewegen, werden auf eine Kreisbahn gezwungen. Elektronen, die sich schiefwinklig zu einem Längsfeld bewegen, werden auf Schraubenbahnen - deren Achsen mit den Feldlinien zusammenfallen - gezwungen. Dies ermöglicht die Konstruktion magnetischer Fokussiereinheiten und magnetischer Strahlablenksysteme.
- Intensitätsbeeinflussung durch ein Steuergitter (Triodensystem)
Braun wählte aus den zu seiner Zeit bekannten zwei Möglichkeiten (die Funktion des Steuergitters wurde erst von De Forest und v. Lieben erkannt) die elektrostatische Strahlbeeinflussung, vermutlich, weil diese aus konstruktiven wie auch schaltungstechnischen Gründen einfacher zu realisieren war.
Wird an die Horizontalablenkplatten eine sägezahnförmige Spannung (Kippspannung) angelegt, um so eine zeitproportionale Ablenkung zu erzielen, bewegt sich der Strahl gleichmässig von links nach rechts. Während dem Rücklauf sperrt der Wehneltzylinder den Strahl, so dass nur die eigentliche Auslenkung angezeigt wird. Wird zugleich an die Vertikalablenkung ein Messsignal angelegt, lässt sich dessen zeitlicher Verlauf direkt als zeitfunktionale Kurve (Oszillogramm) abbilden.
Nach diesem Prinzip funktionieren alle Kathodenstrahloszillographen (KO):
http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10/grundwissen/07_braunroehre/ph-04.htm
Um bei verschiedenen Frequenzen des Messsignals ein stehendes Bild zu erhalten, muss die entsprechende Zeitbasis und der Triggerpegel eingestellt werden. Ansonsten wandert das Oszillogramm vor- oder rückwärts aus dem Sichtbereich hinaus. Um zugleich zwei Messsignale darzustellen, werden Zweistrahlröhren verwendet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Strahl jeweils kurzzeitig mit einem integrierten elektronischen Schalter zu unterbrechen und so alternierend beide Signale abzubilden. Dem menschlichen Auge fallen die kurzen Unterbrechungen nicht auf.
Ein guter KO ist ferner mit einer Abschirmung aus Mu-Metall umgeben, um dadurch den Einfluss von externen Störfeldern zu minimieren. Gerade in Anlagen der Leistungselektronik (wie z.B. Mittelfrequenzumrichter) ist das eine unverzichtbare Forderung an ein gutes Gerät.
Um den Strahl besser zu fokussieren, wird der Anodenzylinder oft in zwei Anodenhälften (g3 und g5) unterteilt:
Die erste Elektrode (g2) wirkt wie das Schirmgitter einer Verstärkerröhre, andererseits - zusammen mit g3 - als bündelnde Elektronenlinse. Die zusätzliche Elektrode (g4) erzeugt ein elektrisches Feld, das sich in die Potentiallücke zwischen den Anodenhälften einschiebt. Dadurch bilden sich an den auf 16 kV befindlichen Anodenstücken zwei plankonvexe Sammellinsen aus. Im Werk wird die Spannung an g4 so justiert, dass der Strahl seine optimale Schärfe erhält.
Um den Ablenkwinkel zu erhöhen ohne die Röhre unnötig zu verlängern, werden die Ablenkelektroden gelegentlich aufgebogen. Um die Ablenkempfindlichkeit zu steigern, sollte die Anodenspannung wiederum nicht zu gross sein. Andererseits muss sie gross genug sein, damit die Elektronen die erforderliche Endgeschwindigkeit erhalten. Dies erreicht man mit einem Kunstgriff, indem sozusagen zwei Anoden verwendet werden. Zuerst durchlaufen die Elektronen eine Elektrode mit geringerer Spannung, danach die Ablenkeinheit, und erst danach werden sie einer Nachbeschleunigung (zusätzliche Elektrode) ausgesetzt. Meist wird dazu die konische Innenwandung des Kolbens mit einem leitenden Graphitbelag versehen. Oft wird der Graphitbelag zweigeteilt, indem er kreisförmig unterbrochen wird. Der dem Ablenksystem nähere Belag wird mit der ersten Beschleunigungselektrode (Anode) verbunden, der dem Leuchtschirm nähere mit der zweiten (Nachbeschleunigungsanode). Solches führt bei Durchqueren der Röhre zu einem Potentialsprung und damit wiederum zu einer elektrischen Linse. Dadurch wird der Strahl leicht gegen das Bildzentrum gebeugt. Neuere System verwenden eine spiralförmige Graphitschicht, die eine zunehmende Spannungserhöhung mit sich bringt.
Eine weitere Verbesserung besteht in der Montage einer Ionenfalle. Im Kolben befinden sich immer auch Restgasatome oder -moleküle, die durch den Strahl ionisiert und infolge ihrer Trägheit nur wenig abgelenkt werden und deshalb gegen die Schirmmitte fliegen, wo sie den berüchtigten Ionenfleck (blinder Fleck) erzeugen, indem sie die Leuchtschicht dort zerstören. Indem die Elektronen schräg in den Hals eingeschossen werden um danach durch einen Magneten in ihrer Bahn korrigiert zu werden, lässt sich das Problem lösen. Die wesentlich schwereren Ionen fliegen geradeaus, wo sie von der Anode abgesaugt werden. Ein andere Möglichkeit besteht darin, dass vor der Leuchtschicht eine dünne Aluminiumfolie angebracht wird, welche die Elektronen mühelos durchdringen.
In diesem Zusammenhang sollte man wissen, wie sich die Lineargeschwindigkeit elektrisch geladener Partikel nach klassischem Verständnis berechnet. Die erzielbare Geschwindigkeit ist von der Ladung, der Spannung und der Masse abhängig:
v(t) = sqrt(2*e*U/m)
Aufgrund ihrer wesentlich grösseren Masse erreichen die Ionen eine erheblich kleinere Endgeschwindigkeit, obwohl die dieselbe Potentialdifferenz durchlaufen. Eine dünne Metallfolie ist somit ausreichend genug, um sie abzubremsen und unschädlich zu machen, indem sie ihre Ladung ans Metall abgeben.
Anm.:
Relativistische Effekte müssen bei Oszilloskopröhren (dasselbe gilt für TV-Bildröhren) kaum berücksichtigt werden, weil die Strahlkorrektur im Werk mittels Justierung der Fokussier- und Ablenkeinheiten erfolgt. Es ist nackter Unsinn, wenn in populärwissenschaftlichen Darstellungen zu lesen ist:
| Zitat: | | Egal ob im Auto, im Fernseher oder CD-Player - überall steckt Technologie drin, die ohne Einsteins Theorien nicht funktionieren würde. |
Die Röhrentechnik fand gänzlich ohne Einstein statt! Offensichtlich schreibt ein Autor vom andern ab. Das Gross der Wissenschaftsjournalisten ist m.E. schlichtweg unfähig, sich aufgrund eigener Recherchen ein fundiertes Bild vom Thema zu machen. Das ist deshalb sehr ärgerlich, weil dadurch den "Kritikern" unnötigerweise Anlass zu Attacken auf die RT gegeben wird. Zwar ist es völlig richtig, dass beschleunigte Teilchen sich anders verhalten, als von der Newtonschen Mechanik vorausgesagt. Die Versuche von Kaufmann (1901-03, 1905) - und insbesondere von Bucherer (1908) und Neumann (1914) - belegen, dass sich schnelle Elektronen so verhalten, als ob ihre Masse zunähme. Kaufmann vermochte sich aber noch nicht zugunsten der SRT festzulegen und gab der Theorie von Abraham den Vorzug. Erst Bucherer sah im Experiment eine gute Übereinstimmung mit dem Lorentz-Einsteinschen Modell. Dieses Phänomen lässt sich bspw. an Stossprozessen wie Elektron-Elektron-Streuung noch deutlicher nachweisen (Champion 1932). Auch steigt die Geschwindigkeit der beschleunigten Elektronen - entgegen obiger Formel - nicht beliebig an, weil sich c als unüberschreitbare Grenzgeschwindigkeit offenbart (Bertozzi 1964). Ab Geschwindigkeiten > 0,9c machen sich die relativistischen Effekte zunehmends bemerkbar. Bei 0,995c verhalten sich Elektronen bereits so, als wenn ihre Masse zehnmal ihrer Ruhmasse entspräche. In Teilchenbeschleunigern muss dieses Verhalten ohne Widerrede berücksichtigt werden, um den Radius des Strahlrohrs zu korrigieren.
3) Fernsehbildröhren
3.1) Scharzweissbildröhren
Schwarweissbildröhren unterscheiden sich von der Oszilloskopröhre durch ihre Form (grösserer Ablenkwinkel, bis 110°) und die magnetische Ablenkeinheit (anstelle der elektrostatischen). Je grösser der Ablenkwinkel bei gleicher Bildschirmdiagonale ist, um so kürzer kann die Bildröhre gebaut werden:
Prinzip einer s/w-Bildröhre:
Der Röhrenboden mit der Leuchtschicht besteht aus massivem Glas. Bei einer Bildröhre mit 59 cm Bildschirmdiagonale lastet auf der Bildschirmfläche ein Druck von mehr als 1,5 Tonnen!
Die an der Innenseite des Glases aufgetragene Leuchtschicht bestimmt die Farbe. So ergibt Kalziumwolframat ein bläuliches und Zinksulfid ein gelblich-grünes Bild. Oft werden verschiedene Leuchtstoffe miteinander gemischt. Der vom Strahl getroffene Bildpunkt soll kurze Zeit nachleuchten (Nachleuchtdauer < 20 ms). Damit kein störender Lichthof entsteht, verwendet man für den Kolbenboden kein Klarglas, sondern ein graues Filterglas. Um die Lichtverluste zu minimieren, wird auf der Innenseite der Leuchtschicht eine dünne reflektierende Aluminiumschicht aufgedampft. Solche Bildschirme benötigen zudem keine Ionenfalle. Ferner wird der Glaskolben innen mit einer mattschwarzen Graphitschicht versehen.
Um den divergierenden Elektronenstrahl zu bündeln, wurde bei den ersten s/w-Röhren eine geteilte Spule an den Rörenhals angelegt, deren Feldlinien durch einen Luftspalt ins Röhreninnere dringen konnten und prinzipiell dieselbe Wirkung wie eine elektrostatische Linse ausübten. Die das Magnetfeld durchquerenden Elektronen werden dabei auf eine schraubenförmige Bahn gezwungen und gegen die Strahlachse gelenkt. Neuere s/w-Röhren besitzen anstelle der Fokussierspule einen Permanentmagneten aus zwei entgegengesetzt polarisierten Ferroxdure-Ringen. Für die Strahlschärfe kann der eine Ring mittels einer Gewindespindel verschoben werden.
Um den Strahl aus seiner axialen Richtung abzulenken und über den Bildschirm zu führen, werden magnetische Wechselfelder eingesetzt. Dazu werden zwei Ablenkpaare (x- und y-Ablenkung), die um 90° versetzt sind hintereinander auf dem Röhrenhals montiert und zwar derart, dass die Spulen eines Paares sich einander gegenüberliegend auf dem Hals in einer Flucht befinden. Fliesst ein Strom durch die Wicklungen, entsteht ein magnetisches Querfeld, das den Strahl aus der Mitte bewegt (Dreifingerregel). Um die Spulen dem Hals anzupassen, werden sie sattelförmig gewickelt. Im Unterschied zu den Sattelspulen werden für neuere Bildröhren auch Toroidspulen verwendet. Deren vier Teilwicklungen befinden sich auf einem Ferritring. Um ein verzerrungsfreies Bild zu erhalten, müssen die magnetischen Feldlnien parallel durch den Glaskolben verlaufen. Der Verlauf des Wickelquerschnittes (Cosinuswicklung) spielt dabei auch eine Rolle. Oft wird eine Kombination benutzt, z.B. Sattelspulen für die Horizontal- und Toroidspulen für die Vertikalablenkung. Zusätzlich können am Röhrenhals kleine Permanentmagnete zur Strahlkorrektur angebracht werden.
Ältere Ablenkeinheit mit Fokussiermagnet:
http://www.home.datacomm.ch/chs/Container/Elektronenroehren/ablenkung_1.jpg
Gut erkennbar ist der justierbare Fokussiermagnet und die abgeschirmte Sattelspule.
Neuere Ablenkeinheit für 59 cm Rechteckbildröhren mit 110° Ablenkwinkel:
http://www.home.datacomm.ch/chs/Container/Elektronenroehren/ablenkung_2.jpg
Gut erkennbar nebst der Toroidspule (Ringkörper) sind auch die kleinen Permanentmagnete.
(die Grafiken entstammen dem Buch "Fernsehtechnik ohne Ballast" von Limann, 9. Auflage)
Aufgrund der hohen Anodenspannung (16-18 kV) benötigt man starke Magnetfelder, um die Elektronen abzulenken. Die Ströme werden in einer leistungsfähigen Verstärkerstufe erzeugt.
Der Ablenkstrom für die Zeilenablenkung steigt linear an (Sägezahn), um am Ende einer Zeile in kürzester Zeit erneut die Richtung zu wechseln. Die Zeilenfrequenz beträgt 15'625 Hz (für gute Ohren ein hohes Pfeifen). Der Zeilenrücklauf findet innerhalb der sog. "Schwarzschulter" des Fernsehsignals statt; dadurch wird der Strahl solange unterdrückt, bis er erneut über eine weitere Zeile streicht. Dazu fliesst in den um 90° gedrehten Spulen der Bildablenkung ebenfalls ein sägezahnförmiger Strom, dessen Frequenz aber nur 50 Hz beträgt. Durch das Zusammenwirken beider Ströme bzw. Magnetfelder wird der Strahl - von oben links beginnend - Zeile um Zeile bis nach unten gelenkt. Genauer gesagt werden zuerst nur die ungeraden Zeilen abgetastet und danach die geraden. Aus den zweimal 25 Halbbildern pro Sekunde entsteht dann das gesamte Bild. Bei den moderneren Röhren mit nahezu flachem Bildschirm weicht der Stromanstieg von der linearen Figur des Sägezahns etwas ab, indem in den Ablenkstufen eine leicht s-förmige Vorverzerrung erzeugt wird. Ohne diese Korrektur würden die Bildzeilen am oberen und unteren Rand einen grösseren Abstand erhalten, als diejenigen in der Bildmitte.
3.2) Farbbildröhren
Farbbildröhren besitzen drei Elektronenkanonen und sind um einiges komplexer aufgebaut als s/w-Bildröhren. Es steckt eine Menge an technischer Physik darin. Gebräuchlich sind, systembedingt, die Delta-Farbbildröhre und die Schlitzmaskenfarbbildröhre.
α) Die Delta-Farbbildröhre besitzt hinter einer Lochmaske 0,4 Millionen Farb-Triplett's, bestehend aus den drei Grundfaben Rot (600 nm), Grün (540 nm) und Blau (450 nm), die exakt von den drei Elektronenstrahlen getroffen werden müssen, um ein naturgetreues Farbbild zu erzeugen. Werden die Strahlströme im Verhältnis 0,30R:0,59G:0,11B ausgesteuert, leuchten die Farbpunkte in entsprechender Farbsättigung. Für das Auge erscheint ein solches Farbgemisch als reines Weiss. Je nach Aussteuerungsstärke der Strahlströme lassen sich so die gewünschten Farben erzeugen.
Lochmaskenröhre mit Ablenk- und Konvergenzspulen (von oben gesehen):
Unmittelbar am Röhrenkonus liegt die Ablenkeinheit mit den Horizontal- und Vertikalablenkspulen. Etwa in der Mitte des Röhrenhalses sitzt die Radial-Konvergenzeinheit. Mit ihr lassen sich die Elektronenstrahlen so verschieben, dass sie durch dasselbe Maskenloch fallen. Diese Einheit besteht aus drei U-förmigen Ferritkernen mit zwei Wicklungen (eine für die Vertikal- und eine für die Horizontalkonvergenz) und einem verschiebbaren Permanentmagneten (Reinheitsmagnet) auf jedem Joch. Die Ströme für die Vertikalkonvergenz müssen oben wie unten separat eingestellt werden (Nord-Süd-Korrektur). Dasselbe gilt für die Horizontalkonvergenz (Ost-West-Korrektur). Der Röhrenhals wird an dieser Stelle durch einen sektorförmigen Steg in drei Kammern unterteilt, in denen die einzelnen Elektronenstahlen durchlaufen. Die Magnete erzeugen zwischen den Polschuhen homogene Felder zur radialen Strahlbeeinflussung. Damit wird die "statische Konvergenz" (Bildschirmmitte) eingestellt. Trotzdem treten an den Rändern weiterhin unerwünschte Farbsäume auf, welche durch Ströme in den Wicklungen kompensiert werden müssen. Die Konvergenzeinstellung ist auch deshalb wichtig, weil infolge der unterschiedlichen Ablenkwinkel der drei Elektronenstrahlen kartoffelartige Kreise entstünden, die zudem verschieden verzerrt würden. Um Linearität und Farbdeckung zu erhalten sind somit Konvergenzschaltungen (aus Bildkippübertrager und Zeilenendstufe) und mehrfache Justierungen nötig. Für den gesamten Abgleich gibt es mindestens 6 Trimmer und 3 Permanentmagnete, die einzeln justiert werden müssen (keine einfache Sache). Mit der Lateral-Konvergenzeinheit (Blauschiebemagnet) lässt sich der blauerzeugende Elektronenstrahl seitlich zur Bildröhrenachse verschieben. Das ist deshalb erforderlich, um den zentralen Strahl in die Symmetrieachse zu den beiden anderen Strahlen zu bringen. Alle drei Strahlen müssen im gleichen Maskenloch konvergieren. Als Anhaltspunkt für die Konvergenzeinstellung dient die Weisseinstellung mittels Bildmustergenerator. Um die Farbreinheit zu gewährleisten, befinden sich noch weitere verstellbare Magnetringe (Reinheitsmagnete) auf dem Hals der Bildröhre.
Übertragen werden natürlich nur Signale und nicht Farben, nämlich die Schwarzweiss-Bildmodulation (Video- oder Y-Signal), das Farbtonsignal (rot, grün, blau) und das Farbsättigungssignal (blasse oder kräftige Farbe), somit nebst der s/w-Information zwei Farbsignale, die als Differenzsignale im FBAS-Signal enthalten sind (es würde an dieser Stelle zu weit führen, auf dieses Signal näher einzugehen). Auf dem Bildschirm lassen sich durch Mischen der Grundfarben alle anderen Farben erzeugen. Damit das empfindliche Ablenksystem am Wohnort des Betrachters nicht durch externe Magnetfelder gestört wird, ist der Röhrenkolben magnetisch abgeschirmt. Beim Einschalten des Gerätes wird ein abklingender Wechselstrom durch eine Entmagentisierungswicklung geschickt (als surrendes Geräusch hörbar).
Zur Farbphysik:
Im IBK-Farbdiagramm (Farbdreieck) werden alle Farben durch additive Farbmischung aus den Spektralfarben erzeugt. Ein bestimmter Farbton lässt sich aus den Spektralfarben bekanntlich dadurch erzeugen, indem die Leuchtdichten der Grundfarben in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Diese Zusammenhänge lassen sich in einem räumlichen Farbkoordinatensystem festhalten, wo die Leuchtdichten der Spektralfarben im jeweiligen Verhältnis zur Gesamtleuchtdichte der Farben enthalten sind. Weil die Summe der Leuchtdichten die Gesamtleuchtdichte x+y+z = 1 ergibt, kann die dritte Achse wegfallen. Es resultiert ein ebenes IBK-Farbdiagramm. Jeder Ecke ist eine der Grundfarben Rot, Grün, Blau zugeordnet. Dazwischen - auf den Verbindungslinien liegen sämtliche Farbübergänge. Der Techniker spricht dabei nicht von Farben, sondern von Farbart (Chrominanz). Zur Dreiecksmitte hin werden die Farben zunehmends blasser. Bei den Koordinaten (0,3;0,3) liegt der sog. Weisspunkt.
Beim Farbfernsehen wird das dreieckige Farbkoordinatennetz zu einem Farbkreis mit den Koordinatenachsen U und V umgeformt. Damit lassen sich Farbtöne durch einen Winkel angeben. Im Farbkreis gegenüberliegende Farben nennt man Komplementärfarben. An der Kreisperipherie befinden sich die gesättigten Farben, die gegen das Zentrum zu verblassen. Der Mittelpunkt ist weiss, somit entsättigt. Der Sättigungsgrad wird durch die Amplitude des Farbzeigers angegeben. Farbtöne werden somit durch den Farbwinkel und der Sättigungsgrad durch die Zeigerlänge ausgedrückt (analog zu Darstellungen in Polarkoordinaten) bzw.: Farbart = Farbton + Farbsättigung. Die Bildhelligkeit bzw. Leuchtdichte (Luminanz) wird durch das Y-Signal (Bildsignal) erzeugt. Eine Veränderung der Leuchtdichte lässt die Farbart unverändert. Stellt man das Bild dunkler ein, entsteht aber der subjektive Eindruck, dass die Farben satter werden.
Eine Farbbildröhre nach dem Lochmaskenprinzip enthält drei Strahlsysteme, bestehend jeweils aus Heizfaden, Kathode, Gitter 1 und Gitter 2. Die Fokussierelektrode (Gitter 3) und die Anode gehören allen Systemen gemeinsam.
Schaltsymbol einer Lochmaskenröhre:
Für die Strahlsteuerung sind zwei Verfahren möglich:
Die RGB-Steuerung gewinnt aus dem FBAS-Signal die reinen Farbsignale für Rot, Grün und Blau zurück und steuert damit die drei Kathoden der Bildröhre.
Die Farbdifferenzsteuerung gwinnt aus dem Farbartsignal die drei Farbdifferenzsignale (R-Y, G-Y und B-Y) und steuert damit die Gitter (g1). Das Leuchtsignal (Y) wird an die Kathoden gelegt.
Bei beiden Verfahren sind die Farbsignalanteile an den Steuergittern so zu bemessen, dass die Weissbalance stimmt. Wenn "Weiss" gesendet wird, muss Y = 0,30R + 0,59G + 0,11B auch im Steuerteil der Bildröhre erfüllt sein.
β) Bei der Schlitzmaskenbildröhre ist die Konvergenzeinstellung bereits wesentlich einfacher zu handhaben. Durch konstruktiv verbesserte Anordnungen der Elektronenkanonen (alle Strahlen in derselben Ebene) sind nur noch geringfügige Justierungen erforderlich. Der grünerzeugende Strahl wird in der Mitte angeordnet. Damit reduziert sich der Abgleich auf zwei Konvergenzeinstellungen, um die beiden äusseren Strahlen so zu verschieben, dass sie mit dem zentralen Strahl konvergieren. Mittels einer Differenzspule - in Serie zu den Zeilenablenkspulen - lassen sich die Ablenkströme so beeinflussen, dass nur noch eine ganz geringe parabelförmige Abweichung zwischen den roten und blauen Linien am rechten und linken Bildrand verbleibt, die sich mit nur einem Trimmer zur Deckung bringen lassen. Dazu wird lediglich eine zusätzliche Vierpol-Toroidspule auf der Ablenkeinheit benötigt. Ein weiterer Fortschritt besteht in einer verbesserten Bildschirmmaske, die anstelle runder Löcher Schlitze enthält sowie senkrechter Leuchtstoffstreifen. Pro Zeile befinden sich wiederholend rote, grüne und blaue Streifen nebeneinander. Dadurch ist der Bildschirm unkritischer bezüglich möglicher Nord-Süd-Abweichungen. Eine weitere Optimierung stammt von RCA (PI-Schlitzmaskenbildröhre), wo das Ablenksystem bereits beim Hersteller auf dem Bildröhrenhals so justiert und abgeglichen wird, dass nachher nur noch zwei Korrektureinsteller im Gerät betätigt werden müssen.
Damit verlassen wird das zweifellos hochinteressante Gebiet der Farbbildröhren, um uns weiteren Fernsehröhren zuzuwenden.
A2) SPEZIELLE ELEKTRONENRÖHREN in TV-Geräten
1) Boosterdiode
In einem alten s/w-Fernseher gibt es viele Doppeltrioden und Pentoden. Im Grunde nichts anderes als Radioröhren also. Es gibt aber ein paar Besonderheiten, darunter die Booster- oder Schalterdiode (z.B. PY 81, PY 88, PY 500). Zuammen mit der Zeilenendstufenröhre (Pentode, z.B.PL 36, PL 500) und einer Hochspannungsgleichrichterröhre (z.B. DY 80, EY 86) ist sie an den Zeilentrafo (ein Spartransformator mit Ferritkern) angeschlossen. Dieser speist die Zeilenablenkspulen mit einem sägezahnförmigen Wechselstrom von 15'625 Hz, erzeugt aber auch die Hochspannung (16 kV!) für die Bildröhre.
Das Schema zeigt eine vollständige Zeilenendstufe:
Die Röhrendioden befinden sich - der hohen Spannungen wegen - in einem gelochten Metallkäfig.
Zeilentrafo mit Boosterdiode und Hochspannungsgleichrichter:
http://home.datacomm.ch/chs/Container/Elektronenroehren/zeilentrafo.jpg
Die Funktion der Boosterdiode besteht darin, den Zeilenrücklauf zu dämpfen. Bekanntlich fällt der Sägezahn am Zeilenende steil ab, was einmal hohe Spannungsstösse (bis 4 kV) zur Folge hat und andernseits zu wilden Schwingungen führen könnte. Somit muss die Feldenergie der Ablenkspulen rasch abgebaut bzw. gedämpft werden. Das erfolgt durch einen elektronischen Diodenschalter (Boosterdiode) und einen Kondensator. Zur Vermeidung von Feldemission sind die Anoden von Hochspannungsdioden abgerundet und der Abstand zwischen Kathode und Anode vergrössert. Die Kathode muss spannungsfest gegenüber dem Heizfaden sein. Entgegen der sonst üblichen Bauweise ist die Kathode aus diesem Grund oben an der Röhre als Metallkappe herausgeführt.
Boosterdiode:
http://home.datacomm.ch/chs/Container/Elektronenroehren/boosterdiode.jpg
In jungen Jahren machte ich mir einen Spass daraus, mit einem Schraubenzieher die Kathodenkappen zu berühren, um dann hübsche bläuliche Funken zu ziehen. Modernere TV-Geräte besitzen anstelle der Röhren Halbleiterelemente (Transistoren, Thyristoren, Si-Dioden), wo dieses Spiel nicht länger funktioniert.
KATHODENSTRAHLRÖHREN - Teil II
(Bildaufnahmeröhren und eine schweizerische Erfindung)
Geschichtlicher Rückblick:
Die Frühgeschichte der Bildaufnahme-, Bildübertragungs- und Bildwiedergabetechnik (Bildtelegraphie, Bildfunk, Television) kann in zwei resp. drei Phasen eingeteilt werden:
α) Das (opto)-mechanische Fernsehen
Bildabtastung mittels der Nipkowschen Spiralscheibe (elektrisches Teleskop von Nipkow, 1884). Weiterentwicklungen sind das Spiegelrad (Weiller, 1889), die Spiegelschraube (Okolicsanyi, 1927) und der Spiegelkranz (Mihály, 1933). Auch für die Bildwiedergabe werden auf dieser Basis opto-mechanische Empfänger gebaut. Die Bildübertragung erfolgt auf elektrischem Wege (Kabel oder Funk). Angetrieben werden die Bildzerleger- und Bildwiedergabevorrichtungen durch Synchronmotoren.
β) Es folgt eine längere Übergangsphase einer von mir als semi-elektronisches Fernsehen bezeichneten Epoche. Mechanisches und semi-ektronisches Fernsehen überlappen sich und werden als gleichwertige Technologien weiterentwickelt, bis sich 1931 der Kathodenstrahlfernseher (System v. Ardenne) durchzusetzen beginnt.
Die Idee zur Verwendung der Braunschen Röhre für die Wiedergabe zwanzigzeiliger Schwarzweissbilder (1906) stammt von Dieckmann - Assistent von K.F. Braun - und Glage.
Rosing (1907) entwickelt ein halbelektronisches Fernsehsystem (Reichspatent "Elektrisches Teleskop"). Die senderseitige Bildabtastung erfolgt mit Hilfe rotierender Vielfachspiegel (somit noch mechanisch). Als "Bildschreiber" wird die Braunsche Röhre vorgeschlagen. Eine Demonstration vor einer Reihe namhafter Gelehrter erfolgt im Jahre 1911.
Karolus (1924) verbessert die Kerr-Zelle zu einem weitgehend trägheitsfreien Lichtmodulator für den Fernsehempfänger. Als lichtelektrischen Wandler auf der Senderseite benutzt er eine Maschenphotozelle (mit hydrierter Kalium-Kathode und einem Argon-Wasserstoffgemisch als Füllgas).
Baird (1926) erfindet den 30-Zeilen Televisor.
Ives (Bell-Labs, 1927) verwendet als Bildzerleger einen "Flying-Spot-Geber" (Lichtstrahlabtaster) mit Nipkowscheibe. Als Empfänger dient eine Nipkowscheibe mit Neon-Flächenglimmlampe.
Die erste transatlantische Übertragung von bewegten Bildern (London-New York) nach dem Baird-System erfolgt im Jahre 1928. Das Bildsignal läuft zunächst über Telefonleitungen zu einem Kurzwellensender in Coulsdon, von wo aus es abgestrahlt wird.
Im selben Jahr (1928) präsentiert Mihály in Berlin einem kleinen Kreis eine Fernsehübertragung.
γ) Das (voll)-elektronische Fernsehen
Das Konzept des Phototelegraph (Senlecq, 1877) beruht auf einer Bildabtastung mittels Fotozellenfeld und einer Bildwiedergabe mit Glühlämpchen. Rumer (1909) stellt eine Kontakttafel mit 10'000 Selenzellen her.
Das vom Elektroingenieur Alan Archibald Campbell Swinton (1911) gedanklich entworfene TV-System kommt dem Konzept des heutigen Fernsehen bereits sehr nahe:
http://www.home.datacomm.ch/chs/Container/Technik/swinton-system.jpg
Dieckmann und Hell (1925) bringen eine Bildsondenröhre (lichtelektrische Bildzerlegerröhre für Fernsehen) ins Spiel. Auf der Gewerbeausstellung in München stellen sie eine Fernsehsende- und Empfangsstation vor, wo es der damals 17-jährige Schüler und spätere Erfinder des PAL-Farbfernsehens, Walter Bruch, zu sehen bekam.
In den USA arbeitet Philo Taylor Farnsworth (und auch dessen unerbittlicher Konkurrent Zworykin, der von Westinghouse zur RCA gewechselt hatte) an einem vollelektronischen Bildübertragungssystem. Im Jahre 1927 gelingt Farnsworth die Übertragung eines Fernsehbildes. Aufgrund langwieriger Patentsteitigkeiten mit RCA ist es ihm jedoch nicht vergönnt, aus diesen Erfindungen einen bleibenden Nutzen zu erzielen. Später wird er sich der Kernfusion zuwenden (Farnsworth-Hirsch-Fusor). Farnsworth stirbt völlig verarmt in Boston und ist heute nahezu unbekannt.
Mitte 1928 beginnt die 'Jenkins Television Corporation' über ihren Versuchssender W3XK bei Washington mit der regelmässigen Ausstrahlung 48-zeiliger Fernsehbilder von Filmen (mit 15 Bildern in der Sekunde).
Manfred von Ardenne (1930) führt im Labor einem erlauchten Kreis von Fachleuten ein vollelektronisches Fernsehsystem (100 Zeilen Raster und 20 Bildwechseln pro Sekunde) vor und präsentiert das System während der "Großen Deutschen Funkausstellung" erstmals öffentlich. Für die Bildabtastung eines Filmstreifens werden die Braunsche Röhre (Leuchtfleckabtaster) und Photozellen eingesetzt. Die Bildwiedergabe erfolgt ebenfalls mit der Braunschen Röhre.
Im Jahre 1931 war der technische Fortschritt im Bildfunk bereits offensichtlich:
An der "Großen Deutschen Funkausstellung" in Berlin wird der staunenden Oeffentlichkeit ein Telefunken-Fernsehgerät von Karolus gezeigt. Der "Telehor" von Mihály ist für Bild- und Tonempfang geeignet. Radio Loewe baut den ersten Kathodenstrahlfernseher auf der Basis des "System Manfred von Ardenne". In Kürze wird sich das elektronische Fernsehen gegenüber den elektromechanischen Verfahren der Konkurrenz bleibend durchsetzen.
Mitgewirkt an der Entwicklung des Fernsehens haben Ingenieure, Physiker und geniale Autodidakten.
Für Interessierte:
Abramson, "Die Geschichte des Fernsehens" (Wilhelm Fink Verlag, 2002)
Für Nostalgiker:
Telehor von Mihály
http://www.home.datacomm.ch/chs/Container/Technik/telehor.jpg
Televisor von Baird
http://www.home.datacomm.ch/chs/Container/Technik/televisior.jpg
Nipkow-Fernsehempfänger in Röhrentechnik (Bernhard Beier, 2007)
http://members.chello.at/b.beier/default-datein/Nipkowfernseher.htm
B) VIDEORÖHREN
Nun gilt es sich zu fragen, auf welchem Weg bewegte Bilder in das Videosignal umgewandelt werden. Dem menschlichen Einfallsreichtum, das ist gewiss, sind dabei kaum Grenzen gesetzt. Wertvolle Anregungen habe ich dem Buch "Einführung in die Elektronik" von W.A. Günther entnommen. Dieses - inzwischen vergriffene Buch (eines der besten, die ich zum Thema habe) - geht auf einen vom Verfasser in einem Wintersemester (um das Jahr 1960 herum) gehaltenen Elektronikkurs an der Kant. Volkshochschule Zürich zurück. Selbst war ich damals noch zu jung, um teilzunehmen. Das Buch hat mir später aber wesentliche Einblicke in die Röhrentechnik ermöglicht, was mir insbesondere auch im Beruflichen in abgewandelter Form sehr zugute kam.
Erwähnenswert aus der Vielzahl diesbezüglicher Erfindungen und Weiterentwicklungen sind:
- Dissector-Röhre (Farnsworth, 1925)
- Ikonoskop (Zworykin, 1923)
- Orthikon, Emitron (Iams und Rose, 1939)
- Vidicon, Endicon (RCA, 1950)
- Plumbicon (Philips, 1962)
Grundsätzlich sind zwei Bildwandlungsverfahren bekannt: Die "direkte Methode" bedient sich der Umwandlung eines Lichtbildes in ein Elektronenbild und dessen Zerlegung in aufeinanderfolgende Zeilen. Die "indirekte Methode" bedient sich der Zwischenspeicherung des aus dem Lichtbild gewonnenen Ladungsbildes und dessen zeilenweiser Abtastung. Wir befassen uns nachfolgend nur mit der zweiten Methode.
Diverse Fernsehkameraröhren (um sich einen ersten Eindruck zu verschaffen):
http://www.jogis-roehrenbude.de/Roehren-Geschichtliches/Spezialroehren/diverse.jpg
Am Beispiel zweier typischer Vertreter von Videoröhren (Superikonoskop und Superorthikon) soll das Prinzip der Bildumwandlung und Bildsignalerzeugung in gebotener Kürze erläutert werden.
B1) Superikonoskop
Erfunden wurde das Ikonoskop ("Bildfängerröhre") in den USA von Zworykin (1923; Patentanmeldung 1928; Produktion 1934).
Ikonoskop:
http://home.datacomm.ch/chs/Container/Elektronenroehren/ikonoskop_f.jpg
Der Zusatz "Super" deutet auf nachhaltige Verbesserungen seitens der Elektronikindustrie hin.
Superikonoskop (schematisch):
Durch ein Objektiv fällt das Licht des Szenenbildes auf eine Fotokathode (F). Diese besteht aus einer Glasplatte (Einfallfenster), auf der sich eine Silber-Cäsium- oder Silber-Antimon-Schicht befindet. Aus dieser austretende Primärelektronen fliegen zu einer Speicherplatte (S), aus der sie Sekundärelektronen herauslösen. Diese werden durch die seitlich angeordnete Anode (A) weggesaugt. Auf der Speicherplatte verbleibt das (inverse) elektrische Ladungsbild. Eine magnetische Linse (L) dient der optischen Strahlauffächerung.
Die Speicherplatte (auch Mosaik genannt) besteht aus einer Glimmerschicht (I), auf welcher sich ein Metalloxid mit mikroskopisch winzigen Silberpartikelchen befindet. Jeder Mosaikpunkt lädt sich auf ein zur Helligkeit des Bildes adäquates Potential auf (bis + 3 V); lediglich dort, wo im Aufnahmebild dunkle Stellen sind (und somit keine Fotoemission stattfindet), bleibt das Potential unverändert. Als Gegenelektrode dieser Mikrokapazitäten dient ein rückseitiger Metallbelag (M).
Ein schräg einfallender Kathodenstrahl (E) tastet das Ladungsrelief zeilenweise ab und neutralisiert dabei die punktuell aufgeladene Metalloxidoberfläche. Jeder Ladungsausgleich löst einen kleinen Stromstoss aus, der einer nachgeschalteten Verstärkereinheit zugeführt wird. Die Helligkeitswerte des Bildes werden nacheinander in eine Zeitfunktion übertragen. Das auf diesem Wege gewonnene Signal wird als Videosignal bezeichnet.
Jeder Bildabtastung entspricht ein Raster. Um ein flimmerfreies Bild zu erhalten, werden pro Sekunde 50 Halbraster erzeugt. Der Strahl tastet während der ersten 1/50 Sekunde alle ungeraden Zeilen ab und - nach dem Vertikalrücklauf - in der folgenden 1/50 Sekunde alle geraden Zeilen usw. Somit werden in einer Sekunde 25 Vollbilder generiert. Dieses als "Zeilensprungverfahren" bekannte Prinzip findet noch heute in der Fernsehtechnik Verwendung. Damit der Empfänger dasselbe Bild sieht, werden dem Übertragungssignal zusätzlich Zeilen- und Bildsynchronisierimpulse aufgeprägt.
B2) Superorthikon
Das von Iams und Rose im Jahre 1939 erfundene (Image)-Orthikon ist einige hundermal empfindlicher als das Superikonoskop. Diese verbesserte Bildaufnahmeröhre ist besonders interessant, weil sie mehrere elektronische Elemente wie Photozelle, Bildwandler, Kathodenstrahlröhre und Elektronenmultiplier enthält.
Superorthikon (schematisch):
Die auf negativem Potential liegende hauchdünne Fotokathode (F) emittiert den zum Aufnahmebild adäquaten Fotostrom. Im Bildwandlerteil - zwischen Fotokathode und Speicherplatte - befinden sich zwei rohrförmige Beschleunigungselektroden (350 V und 500 V, in der Grafik nicht eingezeichnet). Die Primärelektronen lösen auf der Speicherplattte (S) wiederum Sekundärelektronen heraus. Die Speicherplatte (eine 2-5 μm dicke Glasfolie) besitzt einen Emissionsfaktor von etwa 4 und hat eine bestimmte Leitfähigkeit (die nicht zu gross sein darf, aber doch so gross, um innert 1/25 Sekunde einen Ladungsausgleich zu ermöglichen). Die Sekundärelektronen werden von einem feinmaschigen Fadennetz (N), das sich 20-50 μm vor der Speicherplatte befindet, absorbiert. Die Netzelektrode ist mit der einen Rohrelektrode verbunden. Nachteilig wirkt sich aus, dass bei Überbelichtung derart viele Sekundärelektronen freigesetzt werden, dass diese von der Netzelektrode nicht vollständig absorbiert werden können und dadurch die positiven Ladungen auf der Speicherplatte ausgleichen. Das Bild wird dann im Bereich der übermässig hellen Stellen dunkel.
Die Rückseite der Speicherplatte wird von einem Elektronenstrahl (E) in der gewohnten Fernsehmanier zeilenweise abgetastet. Dazu dienen Ablenkspulen. Um eine scharfe Fokussierung zu erzielen, wird zudem ein sich über den ganzen Glaskolben erstreckendes axiales Magnetfeld benötigt, in welchem die Elektronen mehrere Schraubenumgänge mit geringstem Durchmesser durchlaufen. Eine Verlangsamungselektrode (V) - als Bremsring konstruiert - bremst den von der Anode beschleunigten Strahl auf 0 eV, so dass die Elektronen "wie schwebend" auf der Speicherplatte landen. Auf der mit positiver Ladungsverteilung besetzten Platte bleiben mehr oder weniger Elektronen "kleben". Die jeweilige Elektronenaufnahme ist beendet, sobald das lokale Punktpotential auf Null zurückgeht. Die restlichen Elektronen wenden und fliegen unter dem Einfluss einer Wandelektrode in Richtung Anode (Sammelelektrode) zurück.
Der rücklaufende Strahl ist demzufolge durch die Speicherplatte in seiner Intensität moduliert worden (was den Helligkeitsstufen im Bild entspricht). Der Bildstrom - als Differenz der hin und rücklaufenden Elektronen - erzeugt auf einer Prallelektrode (1. Dynode) eine ausgiebige Sekundäremission, welche in einem rauscharmen Elektronenvervielfacher (EV) zu einer 500 bis 2000-fachen Verstärkung führt. Weisse Bildflächen erzeugen auf diesem Wege einen kleinen Videostrom, schwarze einen grossen, während Graustufen irgendwo dazwischen liegen.
B3) Fernsehgrossprojektion (eine Schweizererfindung)
Eine zweifellos und ebenso interessante Kathodenstrahlröhre - wenn auch zur Bildwiedergabe (Fernseh-Grossprojektion) dienlich - soll nicht unerwähnt bleiben, das Eidophor. Erfunden hat es ein Schweizer, der Ingenieur Dr. Fritz Fischer (1898-1947), der an der ETH Zürich das 'Institut für Technische Physik' einrichtete. Es braucht wahrlich ein profundes Wissen in technischer Physik, um ein solch raffiniertes System zu ersinnen und auch noch zu realisieren.
Eidophor (schematisch):
In einer Vakuumkammer befindet sich eine Glasplatte (G), welche mit einer nahezu isolierenden, transparenten (etwa 0,1 mm dicken) öligen Flüssigkeit (F) benetzt ist. Ein schräg von oben kommender Elektronenstrahl, der zeilenweise (gemäss der Fernsehnorm) über die Flüssigkeitsschicht gelenkt wird, setzt entsprechend der Intensität des Videosignals Ladungen auf der Flüssigkeit ab. Dunkle Punkte im Empfangsbild hinterlassen eine flache Oberfläche. Helle Bildpunkte hingegen führen aufgrund der intensitätsgesteuerten Elektronenberieselung (und der dabei auftretenden Coulombkräfte) zu einer Wölbung der Flüssigkeit, die von der Amplitude des Videosignals abhängig ist. Damit entsteht in der Ölhaut eine ausgeprägte Ladungsriffelung. Die Leitfähigkeit der öligen Schicht ist so gewählt, dass die Ladungen (und damit die lokalen Deformationen) nach Ablauf eines Bildwechsels wieder verschwinden, so dass die benetzte Platte im nächsten Bildzyklus erneut aufnahmebereit für den Schreibstrahl ist.
Eine starke Lichtquelle (Xenarlampe mit Hohlspiegel und Optik) projiziert das auf der Ölhaut gespeicherte Reliefbild auf einen Projektionsschirm. Um die dabei entstehende Wärme abzuleiten, rotiert die Glasplatte langsam. Damit bei ebener Flüssigkeitsfläche (dunkle Bildstellen) kein Licht auf den Schirm fällt, liegen im Strahlengang zwei gegeneinander versetzte Spaltgitter (Bo und Bu), die als Blendensystem dienen.
Nur wenn die Ölhaut ein Wellenmuster (Reliefbild) enthält, gelangt das (von der Aufwölbung der Oberfläche nun abgelenkte) Projektionslicht zwischen den Prismenstäben hindurch auf den Bildschirm. Das Projektionsbild entsteht folglich durch Beugung an den einzelnen Bildelemente. Die Lichtausbeute des Eidophors ist grösser als beim Kinoprojektor. Der Kontrast liegt bei 100:1.
Eine Verbesserung des Eidophors besteht darin, dass anstelle zweier getrennter Gitterblenden nur noch eine vorkommt. Diese besteht aus mehreren verspiegelten Barren, die in Stufenform angeordnet werden:
Dunkelfeld-Projektionssystem (Eidophor verbessert):
Das Projektionslicht gelangt über die verspiegelte Stufenblende zu einem nun hohlspiegelförmig konstruierten Reflektor, welcher mit der zu modulierenden Ölschicht benetzt ist. An der Spiegelwandung werden die Lichtstrahlen durch die transparente Ölhaut hindurch zum Blendensystem zurückgeworfen. Bei glatter Oberfläche gelangen die Strahlen nicht zum Projektionsschirm. Ein moduliertes Wellenmuster führt hingegen zu einer entsprechenden Beugung, so dass dieses Licht - zwischen der Gitterblende hindurch - zum Schirm gelangt.
Um Farbeindrücke hervorzurufen, befinden sich im Strahlengang der Ausgangsoptik drei rotierenden Sektoren aus Farbfilterscheiben, die von einem Synchronmotor angetrieben werden. Solches setzt aber voraus, dass auch bei der Bildaufnahme Farbfilter verwendet werden. Anhand der additiven Synthese lassen sich so aus den drei Grundfarben (Rot, Grün, Blau) die gewünschten Farbarten des Spektrums erzeugen. Obwohl die Projektion sequentiell erfolgt, nimmt der Betrachter aufgrund der Trägheit des menschlichen Auges einen vollständigen und gleichzeitig erscheinenden farbigen Bildeindruck wahr. Damit ein flimmerfreies Bild entsteht, muss die Abtastgeschwindigkeit verdreifacht werden (damit alle drei Grundfarben während der Bildwechselzeit von 1/25 Sekunde gleichermassen durchlaufen werden).
Inzwischen haben Halbleiterbildsensoren (CCD-Kamera) und DV-Projektoren (Beamer) die obigen Vakuumröhren längst verdrängt. Mit diesem Ausblick verlassen wir das lehrreiche Gebiet der Fernsehtechnik, um uns den Mikrowellenröhren zuzuwenden.
Gr. zg
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JANm
Anmeldedatum: 08.10.2008
Beiträge: 322
Wohnort: Haarlem, Nederland
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| Verfasst am: 26.10.2008, 04:02 Titel: Kippspannung |
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Ah
zum erst dachte ich dass die kippspannung sagetand mit beschleunigung von electronen zu machen hat, aber es ist gewohnlich die x achse.
wollte ich mal teilen.
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Weiss nicht viel aber was ich weiss benutze ich. |
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