Katodinių spindulių kineskopas: technologija, istorija ir principai

Katodinių spindulių kineskopas (CRT) yra vakuuminis vamzdis, kuriame yra vienas ar daugiau elektronų šaltinių ir fosforescuojantis ekranas, naudojamas vaizdams rodyti. Jis moduliuoja, pagreitina ir nukreipia elektronų spindulį (-ius) į ekraną, kad sukurtų vaizdus. Vaizdai gali būti elektrinės bangos formos (osciloskopas), nuotraukos (televizorius, kompiuterio monitorius), radaro tikslai ar kiti.

CRT taip pat buvo naudojamas kaip atminties įtaisai. Televizoriuose ir kompiuterių monitoriuose visa priekinė vamzdelio zona yra nuskaitoma pakartotinai ir sistemingai fiksuotu būdu, vadinamu "rastru". Vaizdas generuojamas kontroliuojant kiekvieno iš trijų elektronų spindulių intensyvumą, po vieną kiekvienai pagrindinei spalvai (raudonai, žaliai ir mėlynai) su vaizdo signalu kaip nuoroda.

CRT konstrukcija ir veikimo principas

Elektronų pistoletas CRT yra pagamintas iš stiklo voko, kuris yra didelis, gilus ir gana sunkus bei trapus. CRT interjeras yra evakuotas, siekiant palengvinti laisvą elektronų judėjimą iš šautuvo (-ų) į vamzdžio veidą. Tai, kad jis evakuojamas, leidžia tvarkyti nepažeistą CRT, potencialiai pavojingą dėl vamzdžio susilpnėjimo ir smurtinio sprogimo, kuris gali smarkiai išsklaidyti stiklo gabalus. Saugumo sumetimais veidas paprastai yra storio švino stiklo, kad būtų labai atsparus smulkinimui ir daugiausiai blokuotų išmetamų rentgeno spindulių kiekį, ypač jei CRT naudojamas vartojimo gaminyje.

Pagrindiniai CRT komponentai yra:

• Elektronų pistoletas: sudarytas iš kaitinamo katodo, valdymo tinklo (grid) ir anodų; generuoja ir pagreitina elektronų srautą.
• Katodas: įkaitintas metalinis elektrodas, kuris išskiria elektronus; šis termiškai emituojamas elektronų srautas formuoja spindulį.
• Anodas: teigiamas elektrodas, pritraukiantis elektronus ir juos pagreitinantis link ekrano.
• Defleksijos sistema: magnetinės ritės (dažniausiai) arba elektrostatinės plokštės, kurios nukreipia elektronų spindulį pagal horizontalią ir vertikalią kryptis, kad būtų nupieštas vaizdas.
• Fosforo sluoksnis: ekrano viduje esantys švytintys sluoksniai (fosforai), kurie, smūgiuojami elektronų, spinduliuoja matomą šviesą.
• Vakuumas: vamzdžio viduje išgrynintas oras, kad elektronai galėtų laisvai sklisti ir kad nebūtų išblukimo dėl susidūrimų su oro molekulėmis.

Elektronų patranka nuolat skleidžia ploną elektronų srautą, kuris deflektuojamas ir skenuoja fosforo sluoksnį eilė po eilės (vadinamoji eilutė-in-column) - tai vadinama rastre. Keičiant vaizdą pakankamai greitai (dažnai 50-60 Hz ir aukštesniais dažniais), žmogaus akis mato nuoseklų judantį vaizdą be mirgėjimo. Defleksijos ritės sukuria magnetinį lauką, kuriuo elektronų spindulys yra nukreipiamas į skirtingas ekrano vietas. Specialios koregavimo grandinės užtikrina, kad geometrinės iškraipos būtų minimalios, o spalvų sutapimas (convergence) būtų tikslus - tai ypač svarbu spalvotuose kineskopuose, kur turi susitikti visų trijų spalvų spinduliai.

Istorija

Katodiniai spinduliai buvo aptiktos Johann Hittorf 1869 m. primityviai "Crookes" vamzdžiuose. Pirmoji CRT versija buvo žinoma kaip "Braun vamzdelis", sukurta vokiečių fiziko Ferdinando Brauno 1897 m. 1907 m. Rusijos mokslininkas Borisas Rosingas eksperimento pabaigoje naudojo CRT vaizdo signalą suformuoti paveikslėlį. Jis sugebėjo rodyti paprastas geometrines formas ant ekrano, kuris pirmą kartą pažymėjo, kad CRT technologija buvo naudojama tuo, kas dabar vadinama televizija. Pirmasis katodinių spindulių vamzdis, skirtas naudoti karštas katodas, buvo sukurtas John B. Johnson ir Harry Weiner Weinhart, o 1922 m. tapo komerciniu produktu.

Pirmosios komerciškai pagamintos elektroninės televizijos su katodinių spindulių vamzdeliais buvo gaminamos Telefunken Vokietijoje 1934 m. Daugelį dešimtmečių tai buvo dominuojantis ekrano tipas, plačiai taikomas tiek kompiuterių monitoriuose, tiek televizoriuose, kol vėliau buvo pradėtos masiškai naudoti naujesnės technologijos - LCD ir plazminiai ekranai.

CRT privalumai ir trūkumai

Privalumai:

• Geras kontrastas ir gilios juodos spalvos.
• Platus žiūrėjimo kampas ir natūralus judesio atkūrimas be daug judesio suliejimo.
• Dažnai aukštas dinaminių spalvų sodrumas be matomo „latencijos“ efekto.
• Palyginus CRT monitoriai nėra sunkiai pagaminami.
• Turi gan aukštus atnaujinimo dažnius.

Trūkumai:

• Dydis ir svoris - stori stiklai ir vidinis vakuumas lemia, kad dideli televizoriai yra sunkūs ir voluminiai.
• Energijos sąnaudos ir šilumos išskyrimas didesni nei pas daugumą šiuolaikinių skysčių kristalų ekranų.
• Galimi vaizdo „įdegimai“ (burn-in), ypač pasikartojantiems statiniams vaizdams.
• Palyginti sudėtingesnė gamyba ir didesni medžiagų sunaudojimo reikalavimai (pvz., švino turintis stiklas).
• Potencialūs saugos aspektai: nors modernūs kineskopai atitinka radiacijos normas, aukštos įtampos elementai reikalauja atsargumo remontuojant ar ardant.
• Kadangi vaizdą formuoja bėgantis taškas, vaizdas monitoriuje šiek tiek mirga, vargindamas akis.
• Į stiklą atsitrenkiantys įsibėgėję elektronai, prarasdami energiją, spinduliuoja kenksmingus rentgeno spindulius.
• Elektronų nukreipimui ir įgreitinimui naudojami galingi elektriniai laukai, kurie irgi kenkia sveikatai.

Nuo 2000-ųjų pabaigos CRT dažniausiai buvo pakeista naujausiais plokščiųjų ekranų technologijomis, tokiomis kaip LCD, Plazminis ekranas ir OLED Ekranai, kurie LCD ir OLED ekranų atveju turi mažesnes gamybos sąnaudas ir energijos suvartojimą, taip pat žymiai mažiau svorio ir didelės apimties.

tags: #katodiniu #spinduliu #vamzdyje #itaisytas