Приборы и устройства для формирования видимого изображения: Учебное пособие, страница 36

Практически диапазон температур, применяемых в электрических лампах, не превышает 4000 К, и поэтому спад чувствительности глаза человека компенсируется  увеличением доли излучаемой энергии. Это хорошо видно при сравнении хода кривой видности и распределения энергии при 4000 К.

Распределение удельной мощности в спектре излучения раскаленного черного тела описывается законом Планка:

                         ,                 5.10)

где , , - скорость света, - постоянная Больцмана, Dl -  ширина полосы спектра, в которой  рассчитывается излучаемая мощность. При подстановке всех величин с размерностью в системе СИ  удельная мощность получается в Вт/м².

Полная удельная мощность, излучаемая накаленным черным телом, может быть рассчитана по закону Стефана-Больцмана:

                                                  ,                                          (5.11)

где  ,  Вт/м² ×К⁴  - постоянная Стефана-Больцмана.

Для определения длины  волны, на которой наблюдается  максимум излучения, можно использовать закон смещения Вина:

                                        см×К.                     (5.12)

При этом энергия кванта излучения, соответствующая максимуму излучения, определяется равенством:

                                               .                                      (5.13)

Для реальных “серых”  излучающих тел необходимо учитывать степень черноты их поверхности.

Спектральный состав видимой области спектра излучения накаленных тел зависит от температуры. При повышении температуры цвет излучения меняется от темно-вишневого до ослепительно белого.

5.2.1. Конструкции накальных индикаторов

 Казалось бы, что приведенные выше сведения  об особенностях восприятия изображения практически сводят к нулю возможность использования такого генератора изображений из-за ряда недостатков: сплошного (белого) спектра излучения; инерционности процесса нагрева и погасания; дискретности самих источников и т.д.

Однако сотрудником фирмы Sony Сатоси Симада  в 1968 году в журнале “Electronics” были опубликованы сведения о разработанном экспериментальном цветном телевизоре с диагональю 2,5 метра  (1,5х1,8 м). В  телевизоре использовано 78 тысяч электрических лампочек с фильтрами зеленого, красного и синего цветов. Для управления использовано 260 КУВ (кремниевых управляемых  вентилей) и 4 тысячи транзисторов. Блок питания обеспечивал ток 300 А при напряжении 30 В. Лампы накаливания были включены в прямоугольную матрицу по 300 штук в каждом из 260 рядов. Самое важное новшество заключалось в использовании преобразования стандартных видеосигналов в импульсы для дискретного сканирования прямоугольной матрицы с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) сигналов. Три разноцветных лампочки образуют триаду, т.е. треугольник, расположенный на двух рядах. Каждая лампочка является элементом двух цветовых триад. Было отмечено, что лампы с вольфрамовой нитью  дают хорошее изображение только в трехцветной схеме. Удовлетворительное черно-белое изображение получить с помощью обычных лампочек (без фильтров) невозможно. Фильтры с линзами ограничивают передаваемый свет областями красного, синего и зеленого свечения и позволяют воспроизводить белые и серые тона.

Лампы, применяемые для получения красного цвета, рассчитаны на напряжение постоянного тока 2 В  и ток 30 мА, зеленого – 1,5 В и 30 мА, синего – 1,5 В и 70 мА. Однако в схеме они работают в режиме: напряжение

30 В, время горения - не более 100 мкс из каждых 16,7 мс. Пиковый ток для красных  ламп – 400 мА, зеленых – 600 мА, синих – 1000 мА. Ток лампы в течение импульса не постоянен: он изменяется (нарастает) в течение примерно 10 мкс, т.е. времени установления  режима, а затем  почти постоянен. После  выключения яркость быстро уменьшается, но слабое послесвечение продолжается в течение нескольких миллисекунд и спадает к нулю до окончания кадра, который длится 16,7 мс. Период кадровой развертки составлял 1/60 секунды.

Для переключения вертикальных шин используется n переключателей, которые включаются и выключаются поочередно с перекрывающимся временем включенного и выключенного состояния. Весь процесс повторяется с периодом 1/60 с.

Средний срок службы лампы в видеопанели 5 тысяч часов. Но при общем количестве 78 тысяч штук и однородном распределении срока службы через 10 часов перегорит 80 ламп (~0,1 % ), через 100 часов -800 ламп (~1 % ), а через 1000 часов – 8000 ламп (~10 % ).  Это означает, что через каждые несколько минут может потребоваться замена одной лампы. Но в практической работе можно не обращать внимание на перегоревшие лампы до тех пор, пока их число не достигнет примерно 1 % от общего количества ламп.

Более серьезная проблема заключается в том, что некоторые  из ламп горят гораздо ярче соседних с ними и выделяются яркими точками.

Темные же точки в местах, где лампы перегорели, выглядят как очень маленькие “веснушки”, и гораздо менее заметны, чем можно было бы предположить.

Количество элементов  составляет 1/10 числа элементов цветного  кинескопа, что делает изображение дискретным при расстоянии до экрана менее нескольких метров. Однако с расстояния   более 5 метров дискретность изображения мало заметна.

В 1972 году фирма IBM продемонстрировала миниатюрный накальный индикатор. Нить накала состояла из тонкой пленки вольфрама, которой с помощью фотолитографии была придана форма зигзагообразной ленты. После стравливания подложки лента остается подвешенной на траверсах, т.е. пленка отделяется от керамического основания. Без этой операции из-за большого теплоотвода и низкой температуры плавления керамики невозможно обеспечить рабочую температуру нити. Вся конструкция помещалась в вакуумированный объём. Конструкция элемента отображения такого индикатора приведена на рис.5.6.