Кіріспе
Пенетрон, ену түтігінің қысқаша атауы, кейбір әскери мақсаттарда қолданылатын шектеулі түсті теледидар түрі. Әдеттегі түсті теледидардан айырмашылығы, пенетрон шектеулі түстер гаммасын, әдетте екі түсті және олардың комбинациясын шығарады. Penetrons және басқа да әскери тек катодты сәулелі түтіктер (CRT) қазіргі заманғы дизайндарда LCD-мен ауыстырылды.
Негізгі теледидар
Әдеттегі қара-ақ телевизор (B&W) ішкі бетінде біркелкі фосформен қапталған түтікшелерді пайдаланады. Жоғары жылдамдықты электрондармен қозғайтын кезде фосфор жарық шығарады, әдетте ақ, бірақ кейбір жағдайларда басқа түстер де қолданылады. Түтіктің артқы жағында орналасқан электронды қару жоғары жылдамдықты электронды сәуле береді, ал қарудың жанында орналасқан электромагниттердің жиынтығы сәуле дисплейде қозғалуға мүмкіндік береді. Теледидар сигналы әрқайсысы дисплейде жеке жол ретінде көрсетілетін жолақтар сериясы ретінде жіберіледі. Сигналдың күші сәуледегі токтың мөлшерін арттырады немесе азайтады, сәуле түтікше арқылы өтетін кезде дисплейде жарық немесе қара нүктелер пайда болады. Түсті дисплейде ақ фосфордың біркелкі қабаты үш түсті фосфордың нүктелері немесе сызықтарымен ауыстырылады, олар қозғанда қызыл, жасыл немесе көк жарық (RGB) шығарады. Бұл негізгі түстер адамның көзіне араласып, бір ғана түс шығарады. Бұл әдеттегі электронды қарулар үшін қиындық тудырады, олар осы кіші жеке үлгілерді соғуға жеткілікті дәлдігімен фокус етілмейді немесе орналастырылмайды. 1940-жылдардың аяғында бірқатар компаниялар осы мәселені шешудің түрлі тәсілдерімен жұмыс істеді, олар үш бөлек түтік немесе оның алдына түсті сүзгілер қойылған бір ақ шығыс пайдаланды. Бұлардың ешқайсысы да практикалық болып шықпады және бұл салада даму қызығушылығы едәуір болды.
Пенетрон
Пенетронды бастапқыда Коллер мен Уильямс General Electric (GE) компаниясында жұмыс істеген кезде жасаған. Ол бастапқыда әдеттегі B&W жиынтығының қарапайымдылығымен бір қарулы түсті теледидарды жасаудың жаңа әдісі ретінде әзірленді. B&W түтігі сияқты, дисплейде біркелкі фосфор қаптамасы қолданылды, артында бір электронды пушка болды. Алайда, фосфорды қаптау үш түрлі түстес қабатта қолданылады, қызыл түстес ішкі жағында, зеленің жанында және көк түстес сыртқы жағында түтіктің алдыңғы бетінде. Түстер электронды сәуле күшін арттыру арқылы таңдалды, бұл электрондардың кез келген төменгі қабаттар арқылы ағып, тиісті түске жетуіне мүмкіндік берді. Әдеттегі құрылғыда суреттің түсі емес, жарықтығын басқару үшін кернеу қолданылады, бұл жаңа дизайнға да қол жеткізу керек еді. Пенетронның түсі үшін кернеу де қолданылады. Осы бәсекелестік қажеттіліктерді қанағаттандыру үшін түстерді таңдау сыртқы механизммен қамтамасыз етілді. Қарудың кернеуі B&W жиынтығында сияқты модульдендірілді, қуаттың өсуі экранның жарықты нүктесін тудырады. Экранның артына орналастырылған ұсақ сымдар жиынтығы белгілі бір түсті таңдау үшін қажетті қосымша энергияны қамтамасыз етті. Фосфорлар салыстырмалы түрде мөлдірсіз болғандықтан, жүйе 25 және 40 кВ арасындағы өте жоғары жеделдету кернеуін қажет етті. Ол үшін қажетті кернеуді төмендететін мөлдір фосфор қабаттары мен олардың арасында жұқа оқшаулағыш қабаттар қолданылды. Диэлектрик, электронды жарық көздері немесе фосфорлардың қосалқы сәулелері экранға жетуден бұрын тоқтатылатын болды. Пенетрон түстер туралы ақпаратты үш бөлек ретпен түсіретін CBS телеарнасының алғашқы жүйесіне өте қолайлы болды. CBS-тің эксперименталды теледидары B&W түтігінің алдында айналатын үш түсті бөлімді механикалық сүзгі қолданды. Түсті таңдау торының кернеуін сол жаққа ауыстыру үшін пенетронда дәл сол уақыт сигналы қолданылды. Секундта 144 рет ауысатын төменгі ауысу жылдамдығы жоғары кернеудің өзгеруі жоғары жиіліктегі шудың негізгі көзі емес екенін білдірді. Механикалық CBS жүйесінен айырмашылығы, пенетронның қозғалатын бөлшектері жоқ, кез-келген өлшемде (дискпен жасау қиын болған) жасалуы мүмкін және жалтырауымен проблемасы жоқ. Бұл дисплей технологиясының үлкен жетістігін білдірді.
NTSC
CBS жүйесі енгізілгеннен кейін көп ұзамай RCA жаңа жүйе енгізді, ол ақырында жеңіп шықты. CBS-тің өрістік реттілік жүйесінен айырмашылығы, RCA экранның әрбір нүктесінің түсін тікелей кодтады, бұл жүйе " нүктелік реттілік " деп аталады. RCA жүйесінің артықшылығы - сигналдың негізгі компоненті қолданыстағы құрылғыларда қолданылатын B&W сигналына өте ұқсас болды, бұл B&W теледидарларының миллиондаған жаңа сигналды қабылдай алатынын білдірді, ал жаңа түстер құрылғылары оларды B&W немесе түсте көре алады. егер қосымша сигнал берілсе. Бұл CBS жүйесіне қарағанда үлкен артықшылық болды және 1953 жылы NTSC жаңа түстер стандарты ретінде өзгертілген нұсқаны таңдады. Негізгі кемшілігі - сәулені дұрыс түске дұрыс бағыттаудың қиындығы, бұл RCA олардың көлеңке маскасы жүйесімен шешілген мәселе. Көлеңкелік маска - бұл фотоэкрандалған кішкентай тесіктері бар жұқа металл фольга, тесіктер түстес фосфор нүктелерінің үшеуімен тікелей үстінде орналасқан. Үш түрлі электронды пультер маскаға жеке-жеке бағытталып, экранды қалыпты түрде алып тастайды. Бұрандалар тесіктің үстінен өткенде, олар оның ішінде өтеді, ал пулялар түтіктің артқы жағында бір-бірінен аз қашықтықта орналасқандықтан, әрбір сәуле тесіктен өткенде сәл бұрышта болады. Фосфор нүктелері экранға сәулелер тек дұрыс фосфорға тигізерліктей орналастырылған. Түсірілім нүктелерімен сәйкес келетінін қамтамасыз ету үшін маска фотосезімді материалды пайдалана отырып, нүктелерді жасайды. Жаңа хабар тарату жүйесі пенетрон үшін үлкен проблема тудырды. Сигналдың түсі экраннан сәуле тартылған кезде "ұшқанда" жоғары жылдамдықпен таңдалуы керек еді. Бұл жоғары кернеулі түстерді таңдау торларын тез циклдеуге тура келді, бұл көптеген проблемаларды тудырады, атап айтқанда түтіктің ішкі бөлігін толтырған және қабылдағыш электроникасына кедергі келтіретін жоғары жиілікті шу. Бұл мәселені шешу үшін тағы бір өзгеріс енгізілді, ол үш бөлек тапаншаны пайдаланып, әрқайсысы қабаттардың бірін соғуға бейімделген әртүрлі негізгі кернеумен қамтамасыз етілді. Бұл нұсқада жоғары жиілікті шуды жою үшін ауыстырмау қажет болған жоқ. Мұндай жүйені жасау іс жүзінде қиын болып шықты, ал үй теледидарлары үшін GE RCA көлеңке маскасы жүйесінің күрт жақсартылған "Porta Color" жүйесін енгізді. Басқа әзірлеушілер жоғары жиілікті коммутациялау мәселелерін шешудің жолдарын табуға тырысып, негізгі жүйемен жұмыс істеуді жалғастырды, бірақ олардың ешқайсысы коммерциялық өндіріске кірмеді.
Авионикада пайдалану
Алайда, басқа мақсаттарда пенетронның артықшылығы сақталды. Бұл түстерді таратудың нүктелік ретті әдісіне жақсы сәйкес келмегенімен, егер адам әуедегі хабарларды қабылдаса ғана маңызды болды. Компьютерлік дисплейлердегідей сигнал кез келген қажетті форматта берілуі мүмкін болған жағдайда, пенетрон пайдалы болды. Түстердің толық гаммасы қажет болмаған кезде, пенетронның күрделілігі одан әрі төмендеп, өте тартымды болды. Бұл оны әскери авиация сияқты арнайы қолданбаларға берді, онда кіріс сигналының сипаты маңызды емес және әзірлеуші кез келген сигналды стильді еркін қолдана алады. Авиониканың рөлінде пенетронның басқа да артықшылықтары болды. Оның жолақтар орнына қабаттардағы фосфорды қолдануы оның жоғары ажыратылысына ие болды, бұл RCA жүйесінен үш есе жоғары. Бұл радарлық дисплейлер мен IFF жүйелерінде өте пайдалы болды, онда суреттер жиі мәтіндік белгілермен жабылады, олар оңай оқуға болатын жоғары ажыратылымды талап етеді. Сонымен қатар, барлық сигнал экранға пенетрон арқылы жеткендіктен, оның 15% -ы көлеңке маскасы түтігімен салыстырғанда, кез-келген қуат үшін пенетрон әлдеқайда жарық болды. Бұл авиациядағы маңызды артықшылық болды, өйткені энергия бюджеті жиі шектеулі болатын, бірақ дисплейлер жиі тікелей күн сәулесіне ұшырайтын және өте жарық болуы керек еді. Көлеңкелік масканың болмауы сонымен қатар пенетронның механикалық жағынан әлдеқайда берік болуын білдірді және g жүктемесі кезінде түс ауысуынан зардап шекпеді.
Басқа қолданыстар
Penetron дисплейлері кейбір графикалық терминалдарда опция ретінде ұсынылды, онда жоғары жылдамдықты түстерді ауыстыру қажет емес және penetron-дың шектеулі диапазоны алаңдатпады. IDI осындай дисплейлерді IDIgraph және IDIIOM сериялы терминалдарында 8000 долларлық опция ретінде ұсынды. Осциллоскоптарды ірі өндіруші Tektronix компаниясы Penetron технологиясын пайдалана отырып, кейбір CRT осциллоскоптарында шектеулі түсті ұсынды.
Сипаттама
Көптеген пенетрон нұсқаларында түтік қызыл түстес ішкі қабаты мен жасыл түсті сыртқы қабаты бар, олар жұқа диэлектрлік қабатымен бөлінеді. Толық сурет екі рет сканерлеу арқылы жасалады, бір рет қарудың төменгі қуаты қызыл қабатта тоқтатылады, содан кейін қызыл қабаттан және жасылдан өтетін жоғары қуатымен. Сары түсті екі рет бірдей жерге соғу арқылы алуға болады. Түстерді қосу немесе сөндіру және түрлі жарықтық деңгейлерін жасаудың қажеті жоқ дисплейде, жүйені түстерді таңдау торларын алып тастау және электронды қарудың кернеуін модуляциялау арқылы одан әрі оңайлатуға болады. Алайда, бұл да проблемалар тудырады, өйткені электрондар экранға жылдам жетеді, егер олар жоғары кернеумен жеделдетілсе, дефлекция жүйесін қуаттылығын арттыруға тура келеді, сонымен қатар сканерлеу екі өтуде бірдей экран өлшемі мен сызық енін жасайды. Бұл мәселені шешу үшін пенетронның бірнеше баламалы құрылғылары сынақтан өтті. Бір кездесетін тәжірибеде іріктеу торларының орнына түтік бетінде электрон көбейтуші қолданылған. Бұл жүйеде аз энергиялы сканерлік сәуле қолданылды, ал магниттер электронды көбейтушілердің жақтарына соққы беру үшін орнатылды. Бұдан кейін жоғары энергиялы электрондар шоуы босап, қалыпты пенетрондық құрылымның қабатталған фосфорларына жетеді. Кейіннен көбейтушілерден шығатын сәулелер сақиналарға түсетінін байқады, бұл фосфорлардың қабаттар орнына концентрикалық сақиналарға орналасуына мүмкіндік берді. Пенетронның басты артықшылығы - оның көлеңкелі маскалы теледидардың механикалық фокус жүйесі жоқ, яғни сәуле энергиясының барлығы экранға жетеді. Кез келген қуат үшін пенетрон әлдеқайда жарық болады, әдетте 85% жарық. Бұл ұшақ жағдайында үлкен артықшылық болып табылады, онда электр қуаты шектеулі, бірақ дисплейлер күн сәулесімен тікелей жарықтанған кезде де оңай оқуға болатын жарықты болуы керек. Жүйенің сыртқы кедергілерге немесе маневрдің g күштеріне қарамастан дұрыс түстерді шығаратыны кепілдендірілген - авиациялық жағдайда өте маңызды сапа. Пенетрон сондай-ақ көлеңке маскасы жүйесіндегі кішкентай дақтарға қарағанда фосфордың үздіксіз болғаны үшін жоғары резолюция ұсынды. Сонымен қатар, көлеңкелік масканың болмауы пенетронды механикалық жағынан әлдеқайда берік етеді. Синклер бұл технологияның нұсқасын өзінің алғашқы қалталық теледидар экрандарында сынады, бірақ RGB нұсқасын шығара алмады. Бұл түтіктердің үлгілері прототип ретінде бар.
Патенттер
АҚШ патенті 2,590,018, "Ранды суреттерді шығару", Луи Коллер және Фред Уильямс / General Electric, 1950 жылы 24 қазанда берілген, 1952 жылы 18 наурызда берілген АҚШ патенті 2,958,002, "Ранды суреттерді шығару", Доминик Кусано және Франк Студер / General Electric, 1954 жылы 29 қазанда берілген, 1960 жылы 25 қазанда берілген АҚШ патенті 2,827,593, "Жоғары тазалықтағы түсті ақпараттық экран", Луи Коллер / General Electric, 1955 жылы 29 сәуірде берілген, 1958 жылы 18 наурызда берілген АҚШ патенті 2,992,349, "Field Enhanced Luminescent System", Доминик Кусано / General Electric, 1957 жылы 24 қазанда берілген, 1961 жылы 11 шілдеде берілген АҚШ патенті 4,612,483, "Penetron түстелі дисплей түтігі электронды канал пластинасымен көбейтуші", Вашингтон / Филиппинг, 1983 жылы 22 қыркүйек, 1986 жылы 16 қыркүйекте берілген
U. S. Patent 2,958,002, "Production of Colored Images", Dominic Cusano and Frank Studer/General Electric, filed 29 October 1954, issued 25 October 1960
U. S. Patent 2,827,593, "High Purity Color Information Screen", Louis Koller/General Electric, filed 29 April 1955, issued 18 March 1958
U. S. Patent 2,992,349, "Field Enhanced Luminescent System", Dominic Cusano/General Electric, filed 24 October 1957, issued 11 July 1961
U. S. Patent 4,612,483, "Penetron color display tube with channel plate electron multiplier", Derek Washington/Philips Electronics, filed 22 September 1983, issued 16 September 1986