Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie

AlekZ 09 Lis 2020 00:16 2223 9
  • Już sam tytuł sugeruje, że nie będzie to miało nic wspólnego z nowelą Henryka Sienkiewicza. Istotnie, nie cofniemy się do wieku dziewiętnastego, a jedynie do połowy wieku ubiegłego.
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Monoskop (w Rosji nazywany także titoskopem, od skrótu TIT- telewizjonnaja ispytatielnaja tablica) był specjalnym typem lampy elektronowopromieniowej, która wytwarzała sygnały elektryczne wizji, odpowiadające nieruchomemu obrazowi. Nazwa monoskop pochodzi od greckich słów "mono" (jedno) "skopeo" (patrzę).
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Budowa lampy monoskopowej jest podobna do budowy kineskopu czy lampy oscyloskopowej. Podstawowa różnica
    polega na tym, że zamiast ekranu świecącego monoskop ma specjalną tarczę (płytkę sygnałową),
    na której naniesiony jest nadawany obraz. Jest to więc lampa elektronowa, będąca pamięcią tylko do odczytu (ROM).
    Tarcza najczęściej była wykonana z aluminium, a obraz z węgla bezpostaciowego (sadzy).
    Płytka sygnałowa była omiatana skupionym strumieniem elektronów, odchylanym tak,
    jak w lampie kineskopowej lub oscyloskopowej. W zależności od wykonania lampy, były lampy:
    a) ze skupianiem magnetycznym i odchylaniem magnetycznym
    b) ze skupianiem elektrostatycznym i odchylaniem magnetycznym
    c) ze skupianiem elektrostatycznym i odchylaniem elektrostatycznym
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Naprzeciwko płytki sygnałowej znajduje się wyrzutnia elektronów. Skupiona wiązka elektronów omiatała płytkę sygnałową.
    Do wytwarzania sygnału wizyjnego wykorzystuje się niejednorodne właściwości fizyczne płytki sygnałowej. Może to być niejednorodna rezystancja
    lub niejednorodna emisja wtórna. Płytka aluminiowa pokryta sadzą ma niejednorodną emisję wtórną.
    Miejsca nie pokryte sadzą stanowią czyste aluminium (glin), pokryte cienką warstwą tlenku glinu. Współczynnik emisji wtórnej
    elektronów z tych miejsc jest większy niż z miejsc pokrytych sadzą. Elektrony wtórne odpływają do kolektora, zaś na oporniku roboczym
    włączonym między płytkę a kolektor pojawia się sygnał wizyjny, odpowiadający treści obrazu na płytce.

    Bywały także płytki wykonane np. z pozłacanej miedzi, a obraz stanowił rysunek wykonany np. z tlenku baru. Różnice pracy wyjścia
    elektronów z tych materiałów przekładały się na niejednorodność współczynnika emisji wtórnej płytki.

    Inne rozwiązanie płytki to płytka wykonana ze szkła, na którą jest napylona warstwa metalu o wzorze, jaki ma być nadawany. Jest to płytka
    o niejednorodnej rezystancji.

    Monoskopy były używane od lat 50. XX wieku do generowania tablic testowych TV i logo stacji, a więc typowych obrazów nieruchomych.
    Na przykład klasyczna karta testowa z głową Indianina, używana przez NBC, była często generowana przy użyciu monoskopu.
    Monoskopy były dostępne z szeroką gamą standardowych wzorów i komunikatów, a można je było zamówić z niestandardowym obrazem,
    takim jak logo stacji. Monoskopowe generatory obrazu były szeroko stosowane do nadawania tablic testowych, logo stacji,
    specjalnych sygnałów do celów testowych i standardowych komunikatów, takich jak „Proszę czekać” i
    „normalna usługa zostanie wznowiona…”. Miały wiele zalet w porównaniu z kamerą na żywo skierowaną na tablicę.
    Były stosunkowo tanie, szybko osiągały gotowość do pracy. Obraz z nich był dobrze "wykadrowany" i ostry.
    Monoskopy były często używane do kalibracji kamer poprzez porównanie obrazu z monoskopu i takiego samego obrazu, ale nadawanego z kamery.
    Popularność monoskopu spadła w latach sześćdziesiątych z powodu niemożności wygenerowania kolorowej tablicy testowej.
    i rozwoju półprzewodnikowych generatorów sygnału testowego telewizji.
    Technologicznie przestarzałe były praktycznie w latach 80.
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Bywa, że tablicę testową (wyżej tablica 0249, stosowana w ZSRR) nazywa się monoskopem, co pochodzi prawdopodobnie od dawnego sposobu generowania tych właśnie tablic.

    Monoskopy były także używane jako generatory znaków dla wyświetlaczy komputerowych, przez krótki czas w latach sześćdziesiątych.

    Omówiony sposób wykorzystania monoskopów to tzw. sposób prosty. Istniał jeszcze sposób odwrotny. W tym sposobie monoskop był montowany w miejsce
    właściwej lampy, np. ikonoskopu w kamerze. Monoskop miał konstrukcję i wymiary takie, jak lampa, którą chwilowo "zastępował". Następnie kamerę regulowało się na
    dobry obraz z monoskopu (odchylanie, skupianie itp.), po czym monoskop się wyjmowało i wkładało właściwą lampę. Wszystko było już pod nią właściwie wyregulowane, czasami
    dokonywano jeszcze drobnych korekt.

    Przejdźmy obecnie do omówienia niektórych typów monoskopów.

    W ZSRR produkowano monoskopy LI-22 i LI-22-1. Służyły one do wytwarzania telewizyjnej tablicy testowej 0249. LI-22-1 miał nieco lepsze parametry, w tym długowieczność.
    Były to monoskopy o magnetycznym odchylaniu i skupianiu.
    Do strojenia konwerterów standardów stosowany był monoskop LN-102M, a więc był on używany w metodzie odwrotnej do regulacji grafekonu LN-102.

    W USA był produkowany monoskop 1699 (RCA), wprowadzony w 1939 r. Później wprowadzony (1946 r.) został 2F21 (RCA). Miał on skupianie elektrostatyczne
    i odchylanie magnetyczne. Służył do generowania testu "z głową Indianina".

    Monoskop CK1414 (1966 r. ) firmy Raytheon służył do generowania znaków w komputerach. Miał on skupianie i odchylanie elektrostatyczne.

    Na zakończenie pozostaje jeszcze opis budowy i relacja z testów działania monoskopu M2 mojej konstrukcji.
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Jest to mały monoskop demonstracyjny o skupianiu i odchylaniu magnetycznym. Został wyposażony w prostą tablicę testową, zawierającą dwa napisy "Replika", dwa jasne prostokąty
    i dwa ciemne koła.
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Parametry monoskopu M-2 (PWL):
    - Napięcie żarzenia : 2,1V
    - Prąd żarzenia ok. 0,7A.
    - Katoda tlenkowa, żarzona pośrednio
    - Napięcie kolektora 1750V (1300-2500
    Prąd sygnału ok. 1-5 mikroamperów

    Sposób wykonania czarno-białej tarczy, bez gradacji szarości sygnałowej jest następujący:

    Płytkę sygnałową można wykonać z blachy aluminiowej. W celu wycinamy sobie odpowiednie płytki. Ja korzystałem z blachy o czystości "cz.d.a" i grubości 0,5 mm.
    Blachę należy wytrawić w 10-20 % ciepłym roztworze wodorotlenku sodu cz.d.a . Czas trawienia 1- 3 minuty.
    Potem blachę należy bardzo dokładnie wypłukać wodą destylowaną i wysuszyć. Następnie trzeba położyć na blachę szablon rysunku,
    jaki ma być na płytce monoskopu. Szablon to nic innego jak cienka blacha z wytrawionym na wylot rysunkiem.
    Szablon najlepiej docisnąć pincetą tak, aby przylegał do tarczy aluminiowej. Niespełnienie tego warunku sprawi, że obraz będzie nieostry, rozmazany.
    Nieudany rysunek można usunąć przez zmycie wodą z detergentem i ponowne trawienie płytki.
    Następnie należy okopcić sadzą płytkę monoskopu przez szablon. Najlepiej okopcać w górnej części płomienia. Tam wydziela się sadza, a nie tłusta stearyna,
    szkodliwa po wmontowaniu płytki w lampę. Należy się starać, aby płytka w odsłoniętych miejscach była równomiernie pokryta sadzą.
    Dobrze mieć do szablonu mieć dogrzany metalowy "wąs". Po okopceniu ostrożnie kładziemy płytkę sygnałową rysunkiem do góry.
    Potem pincetą podnosimy ostrożnie za "wąs" szablon, aby nie zetrzeć obrazka.

    Potem wskazane jest obejrzeć płytkę w monoskopie rozbieralnym. W moim przypadku płytkę można było obejrzeć w spawarce elektronowej.
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Można wówczas ocenić kontrastowość obrazu itp. Napięcie przyspieszające 1,5- 2,5 kV. Prąd wiązki 0,1-0,2 mA
    (w moich warunkach- odległość od kolektora elektronów wtórnych ok. 10 cm). Wskazane jest też 30 s oddziaływanie wiązki o natężeniu 5-6 mA/3-4 kV w celu jej wygrzania
    pod próżnią. Usuwa się przy tym łatwo lotne zanieczyszczenia z płytki.

    Następnie do płytki dogrzewa się wspornik i wyprowadzenie płytki i montuje się w lampie (jej szerszej części). Wewnętrzną część szkła pokrywa się akwadagiem, zostawiając ok. 0,5 cm przed tarczą
    i ok 1 cm od otwartego końca rury. Potem dołącza się wąską część balonu lampy- szyjkę. Po dołączeniu pokrywa się akwadagiem jej część w środku oraz jej łączenie z szerszą częścią balonu.
    Od otwartego końca balonu pozostawia się pewien fragment czysty, taki, żeby wąsy anody wyrzutni dotykały akwadagu.
    Po wysuszeniu akwadag spieka się w 300 stopniach w piecu w czasie ok. 1 - 2 godzin i pozostawia do wystudzenia.

    Osobno sporządza się wyrzutnię elektronów na nóżce spłaszczowej. Odległość Wehnelt- katoda ok. 0,5 mm. Odległość Wehnelt- anoda ok. 4 mm.
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie

    Wyrzutnię montuje się w lampie poprzez zatapianie odwrotne.

    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie Po odprężeniu łączenia w piecu przystępuje się do pompowania połączonego z wygrzewaniem.
    Po osiągnięciu ciśnienia niższego niż 5x10^-6 Tr formuje się katodę, powoli przeżarzając ją do 3,8V obserwując wskazania próżniomierza. W żadnym momencie tego
    procesu nie należy przekroczyć ciśnienia 2x10^-5 Tr.
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie

    Po odtopieniu lampy (ciśnienie niższe niż 4x10^-6 Tr) rozpyla się getter i montuje się wyprowadzenia kolektora i płytki sygnałowej.

    Następnie gotową lampę, wyposażoną w cewki odchylające i cewkę skupiającą podłącza się do stanowiska testowego.
    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie Podaje się:
    prąd skupiania ok. 0,3A, sygnały odchylania, napięcie żarzenia 2,1V, napięcie cylindra 0V, napięcie przyspieszające 1750V. Prąd wiązki w tych warunkach powinien osiągnąć
    50-60 mikroamperów. Regulując prądem skupiania i sygnałami odchylania należy doprowadzić do uzyskania obrazu o właściwych proporcjach. Właściwy kontrast można osiągnąć
    przez zmniejszenie prądu wiązki monoskopu (przy ok. -9V na elektrodzie Wehnelta prąd wiązki wynosi ok. 10 mikroamperów).

    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie
    Stosowane było odchylanie spiralne, o ok. 30 zwojach i częstotliwości odświeżania ok. 15 Hz.
    Sygnał użyteczny z monoskopu przy prądzie wiązki 100 mikroamperów przy napięciu przyspieszającym 2200V, na rezystorze 12 kiloomów miał amplitudę ok. 60 mV. Oznacza to, że prąd sygnału jest nie mniejszy niż 5 mikroamperów.
    Przy napięciu 1500V sygnał ten może być szacowany na ok. 1 mikroamper, przy prądzie wiązki 20 mikroamperów (napięcie elektrody Wehnelta ok. -5V).
    Dopuszczalny zakres napięć przyspieszających 1300-2500V. Zalecane 1500-1800V.

    Szkice węglem, czyli opowieść o emisji wtórnej w monoskopie

    Dalsze polepszenie jakości obrazu jest możliwe na drodze zamiany odchylania spiralnego na liniowe i poprawie wzmacniacza wizji. Ale to już zupełnie inna historia.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    Offline 
    Specjalizuje się w: technika próżniowa
    AlekZ napisał 1658 postów o ocenie 1571, pomógł 70 razy. Mieszka w mieście Marki. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    andrzejlisek
    Poziom 28  
    Fajnie, że robisz takie eksperymenty, tylko szkoda, że żeby zmienić obraz, to trzeba rozbić lub przetopić lampę, a potem na nowo ją zrobić. Może, jakbyś zastosował cewki odchylające od kineskopu do odchylania elektronów w ikonoskopie. Takie cewki mają już odpowiednie parametry, żeby wygenerować sygnał video zawierający obraz tego, co jest w ikonoskopie.
  • #3
    rafi8112
    Poziom 13  
    AlekZ napisał:
    Monoskopy były często używane do kalibracji kamer poprzez porównanie obrazu z monoskopu i takiego samego obrazu, ale nadawanego z kamery.
    Popularność monoskopu spadła w latach sześćdziesiątych z powodu niemożności wygenerowania kolorowej tablicy testowej.
    i rozwoju półprzewodnikowych generatorów sygnału testowego telewizji.



    Gratuluje znów poruszonego nietuzinkowego zagadnienia, dzięki Twojej wiedzy można spojrzeć na elektronikę w zupełnie inny sposób.
    Zastanawiam się dlaczego nie użyto trzech monoskopów o składowych barwach aby wygenerować kolorowy obraz, przecież było by to o wiele lepsze jakościowo z uwagi na precyzję wykonania tarcz testowych niż sygnał z kamery.
    Tak jak wspomniałeś - bardzo pomysłowe było wykorzystanie monoskopów jako pamięć ROM w archaicznych komputerach, zapewne rozwiązało to problemy w tamtych czasach związane ze skonstruowaniem niezawodnej pamięci stałej. Czy jesteś w stanie powiedzieć jaki jest najmniejszy możliwy piksel, który będzie można realnie odróżnić tak aby można było odczytać stan 0 lub 1 ? Wtedy można pokusić się o wyznaczenie maksymalnej rozdzielczości takiej standardowej tarczy i dzięki temu można stwierdzić jaka byłaby maksymalna pojemność takiej pamięci.
  • #4
    andrzejlisek
    Poziom 28  
    rafi8112 napisał:
    Zastanawiam się dlaczego nie użyto trzech monoskopów o składowych barwach aby wygenerować kolorowy obraz, przecież było by to o wiele lepsze jakościowo z uwagi na precyzję wykonania tarcz testowych niż sygnał z kamery.

    Teoretycznie nie ma przeszkód, żeby wyprodukować 3 lampy z tym samym obrazem w wersjach dla poszczególnych barw RGB. Wtedy oprócz precyzyjnego wykonania trzech obrazów trzeba by precyzyjnie sterować przemieszczaniem się plamki. Nie wiem, czy w latach 50. było to możliwe. W latach 80. na pewno byłoby to możliwe, problem analogiczny do sterowania kineskopami w dużych projektorach CRT (było kilkadziesiąt regulatorów, żeby można było precyzyjnie zgrać obrazy składowe). Błąd ułamku milimetra mógłby spowodować widoczną utratę zbieżności kolorów.
  • #5
    TechEkspert
    Redaktor
    @andrzejlisek a gdyby zamiast 3 lamp-ROM ze składowymi RGB była jedna lampa 3 wyrzutnie i matryca z przesuniętymi wzorcami dla RGB czy to byłoby możliwe?
  • #6
    DJ.TRoX
    Poziom 17  
    Szanowny autorze niniejszego artykułu, jesteś moim niekwestionowanym mistrzem. Przyjdzie dzień, gdzie trzeba będzie odtworzyć współczesną technologię przy pomocy tej poprzedniej. Wtedy okaże się, że kompletnie nikt nie ma o niej pojęcia. Warto pamiętać, że lampę do tranzystora dzieli przepaść a tranzystor do współczesnego VLSI miliony lat świetlnych.
  • #7
    andrzejlisek
    Poziom 28  
    TechEkspert napisał:
    @andrzejlisek a gdyby zamiast 3 lamp-ROM ze składowymi RGB była jedna lampa 3 wyrzutnie i matryca z przesuniętymi wzorcami dla RGB czy to byłoby możliwe?

    Moim zdaniem musiałyby to być jakby trzy lampy (zestaw katoda+anoda) w jednej bańce (co najwyżej jeden żarnik podgrzewający wszystkie katody bądź 3 żarniki podłączone do jednej pary wyprowadzeń). Jak popatrzysz na rysunek, to płytka z rysunkiem jet anodą, a sadza zmienia "łatwość" wnikania elektronów w tą płytkę i to różnicowanie w różnych miejscach powierzchni daje obraz.

    Myślę, że warto by było zapoznać się, jak były zbudowane kolorowe kamery z widikonem lub ikonoskopem. Nie wiem czy były trzy niezależne widikony, czy był jeden specjalnej konstrukcji (może właśnie takiej, jak sobie wyobrażasz). Zasada działania widikonu i monoskopu jest podobna, jedyna różnica to rodzaj substancji, z którego jest wykonana płytka sygnałowa, w widikonie jest to substancja światłoczuła, a w monoskopie jest metal miejscowo pokryty węglem lub sadzą. W obu lampach strumień elektronów omiata całą płytkę i zmiany natężenia prądu miedzy anodą a masą przenoszą treść obrazu.
  • #8
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    Były kamery z 3 widikonami jak i z jednym z odpowiednim filtrem (później).

    Czym innym jest jednak analizowanie powierzchni płytek widikonów, a czym innym analizowanie powierzchni płytek monoskopów, gdzie trzy identyczne co do geometrii obrazy wykonane de facto jako "czarno- białe" musiałyby reprezentować obraz rozłożony na barwy podstawowe. Już samo sporządzenie 3 takich obrazów rozłożonych na barwy podstawowe byłoby trudne. Dziś, w dobie komputerów dałoby się to zapewne zrobić. Obrazy te, raz namalowane na płytkach sygnałowych nie mogłyby już podlegać żadnej korekcie optycznej, a jedynie elektrycznej. Trudność w uzyskaniu identycznego odchylania w 3 lampach byłaby znaczna. Żadne przesunięcia nie byłyby dopuszczalne, bo obrazy nie nałożyłyby się na siebie. To jeszcze dałoby się elektrycznie skompensować. Ale różnice w liniowości odchylania w poszczególnych lampach byłoby już znacznie trudniej usunąć.
    Wykonanie monoskopu maskowego, podobnego do kineskopu kolorowego byłoby również bardzo skomplikowane. W czasach, gdy telewizja kolorowa upowszechniła się, lepiej było wykonać generatory obrazu na znacznie już wtedy rozwiniętych elementach półprzewodnikowych.

    Jest jednak znaczna różnica, jeśli chodzi o działanie widikonu a monoskopu. Nie sprowadza się ona tylko do materiału płytki sygnałowej. W widikonie analiza odbywa się powolnym strumieniem elektronów, tak aby nie wywoływać zjawiska emisji wtórnej. W monoskopie wybieranie odbywa się szybkim strumieniem, co powoduje zjawisko emisji wtórnej z płytki. Jedynie w monoskopach z niejednorodną rezystywnością płytki analiza mogłaby się odbywać powolnym strumieniem elektronów.
  • #9
    TechEkspert
    Redaktor
    Artykuł jak zwykle robi wrażenie, materiały jakie umieszczasz pojawiają się z zaskoczenia i zawsze znajdę coś ciekawego i nowego dla siebie.
    Element eksperymentalny ma dla mnie dużą wartość.

    Na zdjęciu widoczne są dwie butle zabezpieczone łańcuchami, zasilanie palników oraz coś jeszcze?
    Ile waży taka pełna butla, czy da się to dźwignąć czy trzeba toczyć?
  • #10
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe
    Butla z tlenem nie waży zbyt wiele. Ma objętość ok. 8 l i można ją unieść. Jest tam jeszcze butla z mieszaniną neonu z argonem.