Ecran cu tub catodic

Această intrare sau secțiune referitoare la ingineria electrică nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Tub de raze catodice de televiziune complet cu jugul de deviere, văzut din spate

Ecranul tubului cu raze catodice , sau ecranul CRT ^[1] , este un tip de ecran , care a căzut în mare măsură în desuetudine, după multe decenii de utilizare pe scară largă, datorită introducerii, de la începutul secolului 21, a ecranelor cu plasmă. și cristal lichid (LCD) . Atunci când este utilizat pentru aplicații video (de exemplu pentru realizarea de ecrane și televizoare ) se mai numește și cinescop .

Ecranul tubului catodic este constituit în mod substanțial dintr-un tub catodic în care sunt produse fascicule de electroni , care creează imaginea fiind transportate ad hoc pe o suprafață fotosensibilă din față. Un parametru fundamental al ecranului unui tub de raze catodice este dimensiunea zonei pe care sunt afișate imaginile în mod normal indicate cu diagonala zonei și măsurate în inci .

Istorie și evenimente actuale

Tehnologia din spatele tubului cu raze catodice a fost dezvoltată în 1897 de către fizicianul german Karl Ferdinand Braun , care a realizat primul osciloscop , în timp ce primul prototip de tipul folosit în televizoare a fost realizat de inventatorul american Philo Farnsworth . CRT a fost tipul de ecran utilizat în majoritatea aplicațiilor timp de aproape un secol, până în anii 2000 , începând de la care a început să meargă spre o învechire progresivă în favoarea celor mai moderne plasme , cristale lichide și OLED , mai puțin voluminoase și cu o scădere continuă costurile productiei.

Monitoarele cu tuburi catodice au avut avantajul, comparativ cu tehnologiile concurente, de o viteză de reacție mai bună (sau o latență mai mică, mult apreciată în utilizarea jocurilor video ) și imagini cu culori mai fidele, iar inițial s-au dovedit a fi mai economice în consum , mai ales în cazul imaginilor întunecate.

Descriere și funcționare

Acest sistem are o funcționare de bază, care este adaptată în funcție de idei diferite.

Principiu de bază

Secțiunea schematică a unui tub de raze catodice monocromatice
1) Verificarea grilei
2) Anod
3) Bobină deflectoră
4) Încălzitor
5) Catod
6) Fascicul de electroni
7) Bobina de focalizare
8) Ecran fluorescent

Structura tubului catodic derivă direct din dioda catodică rece, derivată la rândul ei din tubul Crookes , la care se adaugă un ecran acoperit cu material fluorescent , numit și tub Braun . În 1922, prima versiune comercială cu catod fierbinte a fost dezvoltată de JB Johnson și HW Weinhart de la Western Electric.

Catodul este un mic element metalic încălzit la incandescență care emite electroni prin efectul termionic . În interiorul tubului cu raze catodice, în care s-a practicat un vid ridicat, acești electroni sunt direcționați într-un fascicul (raze catodice) prin intermediul unei diferențe mari de potențial electric între catod și anod , cu ajutorul altor câmpuri electrice sau magnetice aranjate corespunzător pentru a focaliza cu precizie fasciculul. Raza (numită și perie electronică ) este deviată de acțiunea câmpurilor magnetice ( forța Lorentz ) (devierea magnetică) sau a câmpurilor electrice (devierea electrostatică) astfel încât să lovească orice punct de pe suprafața internă a ecranului, anodul.

Această suprafață este acoperită cu material fluorescent (numit fosfor , în general metale de tranziție sau pământuri rare) care, atunci când este excitat de energia electronilor, emite lumină . Tubul cu raze catodice are o curbă de răspuns caracteristică a triodei , ceea ce duce la o relație neliniară între curentul electronic și intensitatea luminii emise, numită funcție gamma . La primele televizoare, acest lucru a fost pozitiv, deoarece a avut efectul de a comprima contrastul (reducând riscul de saturație a părților mai deschise sau mai întunecate), dar în unele aplicații informatice în care redarea culorilor trebuie să fie liniară, cum ar fi în publicarea pe computer , trebuie să fie corecția gamma aplicată.

Televizoare și monitoare monocromatice

Secțiunea schematică a unui tub de raze catodice monocromatice

În televizoare și monitoare, suprafața este scanată în conformitate cu o matrice predefinită de linii succesive, numită scanare raster sau linii de scanare, iar imaginea este creată prin modularea intensității fasciculului de electroni în funcție de tendința semnalului video. Scanarea se obține prin devierea fasciculului prin intermediul câmpului magnetic variabil generat de electro- magneți adecvați fixați pe „gâtul” tubului ( deviere electromagnetică ), care constituie așa-numitul jug de deviere . Circuite electronice speciale acționează electromagnetii jugului pentru a scana în sincronie perfectă.

Osciloscop

Secțiunea schematică a unui tub osciloscop
1: electrozi de deviere a fasciculului
2: tun de electroni
3: fascicule de electroni
4: bobina de focalizare
5: strat de fosfor

Pe osciloscop, pe de altă parte, intensitatea periei electronice este constantă, în timp ce devierea se efectuează pe baza semnalelor arbitrare. De obicei, devierea orizontală are loc proporțional cu timpul, conform unei baze configurabile de utilizator, în timp ce verticala este proporțională cu semnalul de analizat. În aceste tuburi mai înguste și mai lungi, devierea se realizează prin intermediul unui câmp electric generat de plăci dispuse ortogonal în interiorul tubului ( deviere electrostatică ). Această tehnică este de preferat în osciloscop, deoarece permite o variație foarte rapidă a semnalului de deviere, care este în schimb limitată în limite precise de inductanța electro-magneților. Viteza remarcabilă a acestui tip de deviere a fost exploatată de producătorul american Tektronix , în familia osciloscoapelor din seria 7000, în uz în anii șaptezeci, în care un circuit, numit citire , afișat pe ecran, împreună cu semnalul analizat, valorile bazei de timp și factorul de atenuare setat, precum și unele funcții minore. Caracterele alfanumerice, formate din 5 sau 6 puncte întrețesute a căror poziție relativă a fost stocată în ROM-urile de caractere, au fost aranjate pe două linii: una pe marginea superioară a ecranului, cealaltă pe marginea inferioară. Ele au fost generate prin devierea ciclică și rapidă a fasciculului de electroni în zona în care ar trebui să apară scrierea și trimiterea de impulsuri foarte scurte în circuitul amplificatorului vertical în raport cu caracterul care trebuie afișat și cu maparea corespunzătoare stocată în ROM.

Monitoare vectoriale

Primele monitoare de computer foloseau un sistem asemănător osciloscopului și erau numite monitoare vectoriale, deoarece imaginile erau formate din linii trasate între puncte arbitrare și regenerate frecvent. Monitoarele vectoriale au fost utilizate până în anii 1970 și 1980 în unele jocuri video precum Asteroids . Acest tip de monitor nu are defectul de aliasing tipic pentru monitoarele actuale, dar nu este potrivit pentru afișarea de caractere sau imagini care nu sunt linii datorită dificultății de reîmprospătare a unui număr mare de linii, în timp ce această problemă nu apare la monitoarele ulterioare. care funcționează diferit.

Unele monitoare vectoriale sunt capabile să afișeze culori diferite, folosind un tub catodic de culoare obișnuit sau mai multe straturi de fosfor, reglând energia cinetică a electronilor pentru a pătrunde la stratul necesar. Unele tuburi ( Direct View Bistable Storage Tubes ) sunt capabile să stocheze imaginea și nu necesită reîmprospătare periodică.

Monitor color

Decuparea unui tub catodic cu mască de umbră colorată
1: Tun de electroni
2: Fascicul de electroni
3: Bobina de focalizare
4: Bobina de deviere
5: Pol pozitiv (anod)
6: Mască de separare verde, roșie și albastră
7: Strat de fosfor verde, roșu și albastru
8: Mărirea stratului cu fosfor

Tuburile cu raze catodice color folosesc diferite tipuri de fosfor (7 și 8 în figura din dreapta) capabile să emită culorile roșu , verde și albastru , care, în funcție de masca de separare folosită, sunt dispuse în benzi paralele subțiri (tehnica diafragmei ) grilă sau grilă cu fante verticale ) sau în grupuri de puncte (tehnica măștii de umbră ) sau benzi paralele, dar eșalonate între ele cu 1/2 pixel (tehnica Cromaclear ), metodă care se interpune între cele două precedente ^[2] . Acești fosfor pot fi, în unele cazuri, vizibili prin observarea unui ecran aprins de la o distanță foarte apropiată.

Prin urmare, există trei catoduri (1) cu trei sisteme de focalizare (denumite în mod colectiv tunuri electronice ), care generează un fascicul pentru fiecare culoare (2) (de fapt fasciculele sunt invizibile, corespondența cu culoarea depinde exclusiv de ce fosfor este lovit). În interiorul tubului, la mică distanță de ecran, există o mască metalică perforată în moduri diferite în funcție de tipul (6) cu funcția de a absorbi electroni care nu se află pe traiectoria exactă pentru a ajunge la fosforul corect (7) și că altfel ar provoca confuzie în culorile afișate.

Impactul electronilor cu masca metalică determină producerea unei cantități mici de raze X. Din acest motiv, partea frontală a tubului este realizată din sticlă de plumb, astfel încât să permită trecerea luminii imaginii, dar nu și a razelor X. În plus, sistemul electronic este conceput pentru a preveni creșterea tensiunii anodice la excesivă valori., provocând emisia de raze X de energie mai mare. Alte metode au fost experimentate în trecut pentru a genera culori, cum ar fi utilizarea unei singure pensule electronice care scanează secvențial cele trei fosforuri colorate care alcătuiesc pixelul imaginii.

întreținere

Curățare

În timpul funcționării tubului, se induce o încărcare electrostatică pe suprafața ecranului care, deși nu reprezintă un pericol pentru oameni, provoacă acumularea de praf care poate degrada calitatea imaginii pentru o lungă perioadă de timp. Din acest motiv, este recomandabil să curățați periodic ecranul cu produse specifice (produsele necorespunzătoare pot deteriora stratul antireflex, dacă există).

Datorită prezenței de înaltă tensiune, interiorul unui televizor atrage o mulțime de praf, care poate fi îndepărtat cu un jet moderat de aer comprimat, posibil în aer liber. Suprafața externă a tubului catodic între ecran și gât este acoperită cu o pulbere fină de grafit negru. Scopul său este de a face armătura unui condensator capabilă să acumuleze și să niveleze tensiunea înaltă generată (cealaltă armătură este o acoperire similară pe suprafața interioară a sticlei). Acest praf, care ar putea părea ochiului neinițiat un simplu depozit de murdărie, nu trebuie eliminat absolut.

Campuri magnetice

Deoarece electronii sunt deviați de câmpul magnetic, este necesar să se evite apropierea magneților (de exemplu difuzoare ) de un ecran, deoarece ar provoca magnetizarea măștii și, prin urmare, reprezentarea incorectă sau distorsionată a culorilor și figurilor. Acest fenomen persistă chiar și după ce magnetul a fost îndepărtat și corectarea poate fi dificilă. Televizoarele și monitoarele moderne implementează o bobină specială de demagnetizare care, la pornirea dispozitivului, produce un câmp magnetic scurt, dar intens, cu o tendință sinusoidală amortizată, începând de la frecvența de 50 Hz a rețelei electrice .

Acest câmp variabil poate elimina o magnetizare reziduală modestă. Demagnetizatoare externe speciale sunt de asemenea disponibile pentru a fi utilizate dacă bobina internă nu este eficientă sau lipsește complet. Ca alternativă, puteți utiliza un fier de lipit manual care are un transformator integrat. Demagnetizarea manuală trebuie să înceapă din centru, îndepărtându-se progresiv de ecran cu o mișcare în spirală, repetând procesul până când culorile corecte sunt restaurate. În cazuri extreme, în special cu magneții de neodim - fier - bor , câmpul magnetic poate deforma mecanic masca. Această deteriorare este ireversibilă și face ca tubul catodic să fie practic inutilizabil. La monitoarele albe și negre vechi, problema nu apare, deoarece acestea sunt fără mască.

Riscuri pentru siguranță și sănătate

Câmpuri EM

Unii oameni ^{[ necesită citare ]} consideră că câmpurile electromagnetice emise în timpul funcționării tubului catodic pot avea efecte biologice. Dincolo de efectele posibile, intensitatea acestui câmp este redusă la valori neglijabile la un metru de distanță și, în orice caz, este mai intensă pe laturile ecranului decât în ​​față.

Raze X

După cum sa menționat deja, tuburile de culoare emit o cantitate mică de raze X , în mare parte blocate de sticla groasă cu plumb a ecranului. Administrația Americană pentru Alimente și Medicamente stabilește o limită de 0,5 miliroentgen pe oră (mR / oră) pentru intensitatea razelor X la o distanță de 5 cm de la suprafața externă a unui televizor ^[3] .

Risc de implozie

Un vid ridicat se practică în interiorul tubului, prin care o împingere rezultată acționează constant pe întreaga sa suprafață, datorită în mare măsură apăsării hidrostatice (1 kg per cm ² ) a atmosferei. Această stare permanentă de stres a materialului tubului constituie o acumulare vizibilă de energie potențială în interiorul acestuia, care poate fi eliberată sub formă de implozie în cazul ruperii sticlei. În tuburile televizoarelor și monitoarelor moderne (la vremea lor) partea din față este întărită cu interpunerea foilor de plastic, pentru a rezista șocurilor și a nu imploda. Partea rămasă a tubului și în special gâtul sunt foarte delicate. În alte tuburi, cum ar fi osciloscoapele, nu există o ranforsare a ecranului, care este în schimb protejat cu un ecran de plastic plasat în fața acestuia. ^{[ fără sursă ]}

Tubul catodic trebuie manipulat cu grijă și competență; în special, trebuie evitat să îl ridicați de gât sau altfel din punctele prevăzute special. În timpul eliminării, un tehnician expert poate elimina riscul de implozie (după ce a descărcat orice încărcare electrică reziduală prin introducerea unei șurubelnițe izolate corespunzător în orificiul de fixare al ventuzei EHT) prin spargerea sticlei dintre picioare și producerea unei cantități minime de fragmente de sticlă toxică. Acest lucru se face prin apucarea lor cu clești și răsucirea lor. În acest fel, aerul pătrunde rapid în tub, dar mai treptat, descărcând energia. Odată ce acest lucru este făcut, tubul catodic este încă toxic și fragil, dar cel puțin nu riscă să se rupă catastrofal, aruncând fragmente într-un mod deosebit de violent.

Toxicitatea fosforilor

În vechile conducte, pentru fosfor erau folosite materiale toxice, care au fost ulterior înlocuite cu altele mai sigure. Implozia sau, în orice caz, spargerea sticlei, determină dispersia acestor materiale. La eliminarea conductei, trebuie luată în considerare prezența plumbului , care este un poluant .

Imagini intermitente

Numai în televizoare, pâlpâirea produsă de redesenarea continuă a imaginii (de 50 de ori pe secundă, dar într-un mod întrețesut, adică sunt trasate mai întâi toate liniile pare și apoi toate liniile impare, ceea ce în practică aduce frecvența la 25 Hz ) unii indivizi sunt cauza convulsiilor epileptice . Sistemele sunt disponibile pentru a reduce acest risc, în timp ce monitoarele de computer nu au această problemă și este, de asemenea, posibil să reglați (în anumite limite), după cum doriți, frecvența actualizării.

Tensiune înaltă

Tuburile cu raze catodice sunt alimentate cu tensiuni electrice foarte mari , de ordinul a zeci de kilovolți, chiar dacă la curenți foarte mici. Aceste tensiuni pot rămâne în aparat chiar și pentru o lungă perioadă de timp după ce a fost oprit și deconectat de la rețea. De aceea, evitați deschiderea monitoarelor sau a televizoarelor, chiar și cu ștecherul deconectat, dacă nu aveți pregătire tehnică adecvată și, în orice caz, luați măsurile de precauție necesare (de exemplu, descărcarea tubului și a condensatoarelor).

Degradarea în timp

Așa cum se întâmplă în toate tuburile termionice, de asemenea, în CRT, eficiența emisiei de electroni de către catod, în timp, tinde să scadă progresiv, cu o luminozitate mai scăzută a imaginilor de pe ecran. În osciloscoape, consecința este o luminozitate mai mică a urmelor. Cauza degradării este modificarea stratului de oxid depus pe suprafața catodului și formarea pe suprafața unor mici bucăți, zgură reală, o consecință a nenumăratelor porniri și opriri, a căror prezență constituie un ecran pentru fluxul de electroni generat.

În anii în care tubul catodic era de uz universal, având în vedere costul ridicat pentru înlocuirea acestuia, existau pe piață dispozitive speciale numite „regeneratoare”, care permiteau o curățare momentană a deșeurilor depuse pe catod. Metoda a constat în aplicarea unei tensiuni suficient de ridicate, între pinul conectat la catod și pinul conectat la prima rețea de lângă acesta. Eventualul arc voltaic care s-a format a distrus cea mai consistentă zgură, dând o nouă viață tubului pentru o perioadă scurtă de timp.

Notă

Elemente conexe

• Tub catodic
• Ecran cu cristale lichide
• Ecran cu plasmă
• Ecran plat
• Monitor (video)
• Televiziune
• Teleproiector

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe ecranul CRT

linkuri externe

• DG Fink și DM Lutyens, The Physics of Television , pe scribd.com .
• Tubul catodic , pe audiovalvole.it .

Portal electrotehnic : accesați intrările Wikipedia referitoare la ingineria electrică