Il monitore è l’apparecchiatura nella quale, applicando al suo ingresso un segnale video composito proveniente da una telecamera, da un videoregistratore o da una qualsiasi sorgente video, visualizza una immagine luminosa simile a quella ripresa.
Il trasduttore elettrico-ottico che rende possibile questo trasferimento è il cinescopio.
Il cinescopio o tubo a raggi catodici è composto da tre parti:
il cannone elettronico e lo schermo fluorescente, racchiusi in una ampolla di vetro sottoposta ad alto vuoto spinto, ed il sistema di deflessione sistema sul collo del tubo

Il cinescopio

Il cannone elettronico

Esso è costituito dai seguenti elementi :
a) il catodo K, sfruttando il fenomeno della termoemissione esso genera un flascio di elettroni.
b) la griglia di controllo G1, ha la forma di un cilindro, coassiale con il catodo, con in centro un piccolo foro per il passaggio degli elettroni. A seconda del potenziale elettrico (Volt) ai suoi capi, viene controllata l’intensità del flusso elettronico e come conseguenza la luminosità dell’immagine riprodotta.
c) il primo anodo A1 o griglia G2k, ha la forma di un cilindro con un foro centrale, ai suoi capi è presente una tensione costante di 300-400 Volt, atta ad accelerare il fascetto degli elettroni.
d) gli anodi A2 e A4 o griglia G3 e G5, questo secondo gruppo di elettrodi acceleratori, collegati elettricamente fra di loro, sono anch’essi cilindrici e vengono connessi ad un’alta tensione EAT di 12-15Kvolt
e) anodo A3 o griglia G4, elettrodo cilindrico ad anello situato fra gli anodi A2-A4, avente ai suo capi una tensione variabile da 0 a 400 Volt, per focalizzare il pennello elettronico.
Il catodo, la griglia ed il primo anodo formano una prima lente elettronica ; gli anodiA2,A3 ed A4formano la seconda lente elettronica che accelera ulteriormente il fascio elettronico o beam e lo concentra in un sottilissimo pennello perfettamente a fuoco sullo schermo.

Lo schermo fluorescente

Lo schermo del cinescopio, dove viene visualizzata l’immagine video televisiva, ha le dimensioni con un rapporto larghezza ed altezza pari a 4/3, secondo l’attuale standard televisivo, vedi note precedenti. Prossimamente il rapporto sarà di ......
La sua denominazione in pollici dipende dalla sua diagonale, i primi cinescopi avevano lo schermo rotondo e la denominazione si riferiva al diametro.
Lo schermo è ricoperto nella parte interna da un sottile strato uniforme di sostanza fluorescente il quale, se colpito da un sufficiente numero di elettroni, emette luce visibile.
L’intensità luminosa emessa dallo schermo è direttamente proporzionale alla quantità di elettroni che compongono il beam. La sostanza usata, denominata impropriamente fosforo, è costituita da silicati o solfuri, oppure da ossidi di zinco cadmio o magnesio ; per i cinescopi in bianco e nero viene usata una miscela di solfuro di zinco con silicato doppio di zinco e berilio, denominato P4.
Al fine di migliorare il rendimento luminoso dello schermo, lo strato fluorescente viene ricoperto, nella parte interna, da uno strato sottilissimo di alluminio.
In questo modo, pur non costituendo un ostacolo al passaggio degli elettroni, si otterrà il passaggio frontale della luce generata dai fosfori e non quella della luce riflessa incidente.
Inoltre, con questo artificio, viene eliminata la bruciatura ionica sullo schermo, dovuta al bombardamento degli ioni. Gli ioni, presenti nel beam, hanno una notevole massa e non vengono deviati dal giogo di deflessionee colpendo sempre la parte centrale dello schermo, lo bruciano.

Nei vecchi cinescopi il cannone elettonico era messo obliquo e solo il fascio degli elettroni veniva deviato verso lo schermo per mezzo della trappola ionica, di vecchia memoria.
In ultimo, per eliminare il fenomeno della emissione secondarie, provocata dalla notevole velocità di arrivo degli elettroni sullo schermo, viene depositato nella parete interna del tubo uno strato conduttore, connesso all’alta tensione EAT. Il fenomeno dell’emissione secondaria è molto dannoso perché ostacola il passaggio degli elettroni.

Nella curva di trasferimento del cinescopio, fig.3, sono segnati in ascisse i valori della tensione ai capi della grigliaG1 riferita al catodo, nelle ordinate i corrispondenti valori della corrente elettroniva del beam e quindi dell’intensità luminosa.
La curva in questione non altro ché l’esempio pratico di quello che si è detto nel paragrafo b) del cannone elettronico ; infatti, se il potenziale della G1 è più o meno negativo, ossia respinge od attira gli elettroni, si avrà rispettivamente un minor o maggior flusso di elettroni.
Come si può notare la curva non è lineare ed è nella forma B = i =Avn dove B è l’intensità luminosa della aureole dello schermo o pixel, i è la corrente del flusso elettronico, A una costante, V è la tensione della G1 ed n è il fattore esponenziale.

Normalmente né pari a circa 2,5 per sopperire alla curva non lineare dei tubi di ripresa, che non hanno un gamma = 1.

Il sistema di deflessione

Nei precedenti paragrafi si è illustrato il funzionamento del cannone elettronico generatore del beam, il quale opportunamente accelerato e focalizzato colpisce il centro dello schermo fluorescente, provocando un punto luminoso denominato spot.
Nel cinescopio, come avviene nei tubi di ripresa, il beam deve essere deviato per formare, in assenza di segnale video, un reticolo di righe luminose di forma rettangolare, il raster, vedi il sistema video.
Questo risultato si ottiene grazie alla persistenza sulla retina ed alla alta velocità di scansione.
Un fenomeno analogo si ottiene facendo muovere velocemente, da sinistra a destra, e viceversa, un dito della mano ; l’effetto ottico ottenuto è una scia continua.
Il sistema di deflessione usato nei cinescopi è quello elettromagnetico, mentre nei cinescopi per uso oscillografico, strumenti di misura, la deflessione è elettrostatica.
La deviazione elettromagnetico consiste nel far scorrere una corrente variabile in due coppie di bobine, il giogo di deflessione, disposte esternamente sul collo del tubo, in modo tale che generano due campi magnetici ortogonali fra loro.
L’intensità del campo magnetico H è direttamente proporzionale al numero di spire impiegateed all’intensità della corrente in gioco.
Considerando che il numero delle spire è costante, il campo elettromagnetico varierà al variare dell’ampiezza della corrente e del senso di conduzione della corrente di deflessione.
Secondo le leggi dell’elettromagnetismo, la forza di spostamento in un campo magnetico è ortogonale al senso del campo. Come è visibile nelle fig.4a e 4b, la corrente variabile a dente di sega circola nelle bobine, aumentando di valore durante la scansione di andata e diminuendo durante la scansione di ritorno, generando un campo magnetico variabile.
Il beam passando attraverso ai due campi magnetici, verrà deviatoe colpendo lo schermo fluorescente genererà una traccia luminosa, L’angolo di deflessione, ossia l’angolo con il quale viene deviato il beam per formare il raster, era in origine 50° e 70° ; naturalmentein questo caso la lunghezza del collo del cinescopio era notevole.
Per ridurre la dimensione in profondità del tubo, si è accorciata la lunghezza del collo aumentando l’angolo di deflessione, portandolo agli attuali 110°.

Struttura del monitore

In figura è configurato lo schema a blocchi di un monitore; in questo paragrafo è descritto brevemente il funzionamento circuitale di ogni singolo blocco:

Amplificatore video

Il cinescopio, come abbiamo visto nel paragrafo precedente, è il componente fondamentale del monitore; esso, infatti, trasforma le variazionidi tensione del segnale video in proporzionali segnali luminosi. Nella figura è visibile la curva di trasferimento del cinescopio bianco/nero A61_120_W_24'' della Philips. Sulle ascisse è segnata la tensione della Vg1( vedi paragrafo b del cannone elettronico) riferito al catodo e sulle ordinate la corrispondente corrente del beam, ossia dell'intensità luminosa sullo schermo fluorescente.
L'escursione totale della luminosità, dal nero al bianco, corrisponde ad una variazione di Vg1 pari a circa 50 Volt. Il segnale video composito, disponibile all'ingrasso del monitore, ha un valore di 1 Volt massimo, compresi i sincronismi, quindi deve essere amplificato.
Tenendo presente che il segnale è composto, secondo il dettaglio, da segnali che si estendono sino a frequenze di 5Mhz, l’amplificatore deve essere in grado di amplificare tutte le frequenze presenti.
Immaginate una grande strada contenente diverse corsie per le varie velocità, da quella bassissima del pedone (le frequenze basse del segnale video, ossia i grandi oggetti e gli sfondi) a quella altissima delle auto veloci (frequenze alte del segnale video, ossia i dettagli). Il segnale uscente dallo stadio di uscita viene applicato al catodo del cinescopio, il tubo a raggi catodici, ed ha normalmente la restituzione della componente continua (vedi paragrafo precedente) ; nel caso contrario non è più rispettato il valore della luminosità media del soggetto. Infatti, se il riferimento del livello del nero, del segnale video, viene fatto slittare dal punto di interdizione del beam verso il senso della freccia, il nero diventerà nello schermo luminoso un grigio.
La variazione del guadagno d’ampiezza dell’amplificatore (comando C) regola il contrasto ( il rapporto fra il bianco ed il nero ossia la dinamica), la variazione della polarizzazione di Vg1 (comando L) regola la luminosità.

Separatore dei sincronismi

Il segnale video composito è corredato dagli impulsi di sincronismo, lo scopo del separatore è quello di prelevare questi impulsi per sincronizzare i generatori di scansione. Un esempio tipico del funzionamento del circuito separatore di sincronismo , è visibile nella figura.
In questo caso il segnale video si presenta, all’ingresso della curva di trasferimento con segnale invertito; così circolerà corrente nel circuito unicamente durante gli impulsi di sincronismo e non durante le variazioni di ampiezza del segnale video o luminanza, rendendoli disponibili in uscita. Il circuito integratore, dove la tensione di uscita è proporzionale all’integrale della tensione di entrata, è usata per la separazione dei sincronismi verticali.

Nella figura sono visibili gli impulsi di sincronismo durante la cancellazione verticale e nella susseguente figura il segnale integrato atto a sincronizzare il generatore della scansione verticale. L’ampiezza del segnale di sincronizzazione verticale viene raggiunta grazie alla durata ta (tempo di carica del condensatore) più ampia di tb (tempo di scarica del condensatore), in modo da superare il livello dei sblocco dell’oscillatore.
La stessa cosa accade quando l’acqua travasa da un recipiente dopo avere raggiunto un certo livello.
Il circuito derivatore, dove la tensione in uscita è proporzionale alla derivata del segnale d’ingresso, viene usato per la separazione dei sincronismi orizzontali.
In figura sono raffigurati gli impulsi derivati e solamente le ampiezze positive verranno usate per sincronizzare il generatore orizzontale.

Generatore di scansione

La scansione del beam avviene mediante campi magnetici generati dal giogo di deflessione ; le bobine, che compongono il giogo di deflessione, vengono percorse da correnti, le quali sono così composte :
a) rampa lineare con frequenza di 50 Hz per la deflessione verticale
b) rampa lineare con frequenza di 15625 Hz per la deflessione orizzontale
Il circuito dello stadio di deflessione è composto da un oscillatore e da un amplificatore finale. L’oscillatore è il generatore della forma d’onda a rampa, ed il suo principio di funzionamento è simile ad un interruttore.

Nella figura è raffigurato un resistore in serie ad un condensatore; in parallelo al condensatore vi è l’oscillatore funzionante da interruttore nel quale il tempo di apertura e di chiusura è prestabilita. Durante l’apertura, il condensatore si carica attraverso il resistore, con una forma esponenziale di durata (la costante di tempo) dipendente dai valori di RC ( in seguito vi saranno delle note tecniche al riguardo) sino al tempo di chiusura ove il condensatore si scarica.
Naturalmente i valori delle costanti di tempo RC, sono diversi in funzione del tempo di durata della rampa, tenendo presente che :
a) l’oscillatore verticale ha il tempo di andate di Ta = 18,.6 millisecondi ed il tempo di ritorno di Tb =1,4 millisecondi, per un totale di 20 millisecondi
b) l’oscillatore orizzontale ha il tempo di andata Ta = 52,5 micro secondi (milionesimi di secondi) ed il tempo di ritorno di 11,5 microsecondi per un totale di 64 micro secondi.
L’oscillatore viene agganciato dagli impulsi di sincronismo che comandano la chiusura dell’interruttore. Affinché il sistema funzioni la durata totale del ciclo (andata e ritorno) dell’oscillatore libero deve essere leggermente superiore alla durata degli impulsi di sincronismo.
I circuiti normalmente usati come oscillatori sono l’oscillatore bloccato ed il multivibratore astabile.
Per pilotare il giogo di deflessione è necessaria una certa energia, quindi la tensione in uscita deve essere amplificata in potenza. Il circuito d’uscita della deflessione si differenziano notevolmente se viene usato per la scansione verticale o per la scansione orizzontale. Lo stadio di uscita verticale, avendo una bassa frequenza di funzionamento, ha un carico costituito dalla bobina del giogo, prevalentemente resistivo (per carico si intende l’utilizzatore dell’energia amplificata dello stadio amplificatore). Tenendo presente che alla frequenza di 50Hz, il valore induttivo della bobina è trascurabile al confronto di quello resistivo. In questo caso, durante la durata della rampa, lo stadio si comporta come un amplificatore di bassa frequenza (alta fedeltà) dove la tensione di uscita è proporzionale alla forma d’onda d’ingresso.

Durante il ritorno lo stadio viene interdetto e l’energia accumulata nelle bobine provoca una sovratensione che deve essere eliminata.
Il funzionamento dello stadio di uscita della deflessione orizzontale è simile ad un interruttore, nella figura è visibile lo schema di principio. Nell’istante T1 l’interruttore si chiude ( il transistore, comandato da un impulso all’ingresso è in corto circuito) collegando la bobina L (giogo di deflessione) all’alimentazione +Vb ; in questo modo circolerà una corrente crescente linearmente nel tempo ed il suo campo magnetico sposterà il beam, fermo nel centro dello schermo, sino all’estremo destro. Nell’istante T2 l’interruttore si apre ( il transistore si interdice, ossia non circola corrente) e l’energia magnetica immagazzinata nella bobina si scarica nel condensatore C formando un circuito risonante parallelo ed il beam viene spostato verso il lato sinistro. Nell’istante T3 il condensatore è carico e non circola più corrente, quindi il condensatore si scarica invertendo il senso della corrente sino all’istante T4. A questo punto, il circuito oscillante tenderebbe a ripetere il ciclo ma entra in funzione il diodo D polarizzato inversamente che chiude la bobina L a massa per il tempo T4-T5.
Durante questo periodo il beam viene spostato da sinistra al centro schermo e quindi il ciclo si ripete.

Alimentatore

Questo circuito ha il compito di fornire le tensioni continue atta a far funzionare i vari circuiti. A differenza degli altri alimentatori è presente una tensione EAT di circa 15_25Kv per alimentare il cinescopio. Normalmente questa tensione viene prelevata dal trasformatore d’uscita orizzontale (l’interfaccia fra lo stadio di uscita e le bobine del giogo di deflessione) sfruttando l’extra corrente generata durante il ciclo di ritorno del pennello

Rammentiamo che questi circuiti oltre che nei monitori si trovano anche nei ricevitori televisivi

Note sulla televisione