Katodstaru lampa (CRT): kas tā ir, darbības princips un vēsture

Elektronstaru lampu jeb CRT izgudroja Karls Ferdinands Brauns. Ilgus gadus tā bija visizplatītākais displeja veids. To izmantoja gandrīz visos datoru monitoros un televizoros, līdz sāka izmantot LCD un plazmas ekrānus.

Katodstaru lampai ir elektronu lielgabals. Katods ir elektrods (metāls, kas pēc uzkarsēšanas var raidīt elektronus). Katods atrodas stikla caurulē. Stikla caurulē ir arī anoda, kas piesaista elektronus. Tas tiek izmantots, lai vilktu elektronus uz stikla caurules priekšpusi, tādējādi elektroni izšaujas vienā virzienā, veidojot katoda staru. Lai labāk kontrolētu staru virzienu, no caurules tiek izvadīts gaiss, radot vakuumu.

Elektroni nonāk lampas priekšpusē, kur atrodas fosfora ekrāns. Elektroni liek fosforam iedegties. Elektronus var virzīt, radot magnētisko lauku. Rūpīgi kontrolējot, kuras luminofora daļas iedegas, var izveidot spilgtu attēlu lampas priekšpusē. Šo attēlu mainot 30 reizes katru sekundi, attēls izskatās kustīgs. Tā kā caurulē ir vakuums (kam jābūt pietiekami stipram, lai noturētu gaisu) un caurulei jābūt stiklainai, lai luminofors būtu redzams, caurulei jābūt izgatavotai no bieza stikla. Lielam televizoram šī vakuuma caurule var būt diezgan smaga.

1897. gadā izgudroja katodstaru lampu, ko izmantoja kā osciloskopu (ierīce viļņu attēlošanai). Vēlāk kopā ar citiem izgudrojumiem un uzlabojumiem to 20. gadsimta 20. gados Filo T. Farnsvorts izmantoja pirmajā modernajā elektroniskajā televīzijā. Kineskops bija galvenais televizora ekrāna veids, līdz 2000. gadu sākumā kļuva populārs šķidro kristālu displejs.

Darbības princips

Katodstaru lampas darbības pamatā ir elektronu emisija un to vadība tā, lai tie trāpītu noteiktās vietās uz ekrāna. Galvenās daļas ir:

• Elektronu pistole (galvenokārt: katods, sildītājs, vadības režģis, fokusa anoda un paātrināšanas anoda) — katods, uzkarsējoties, izdala elektronus (termojoniska emisija).
• Defleksijas sistēma — magnētiskie spoles (defleksijas vijumi) vai elektrostatiskās plāksnes, kas novirza elektronu staru horizonta un vertikāla virzienā, ļaujot „skanēt” ekrānu rindās un kolonnās.
• Fosfora slānis ekrāna iekšpusē — kad elektroni trāpa fosforā, tas izstaro gaismu; fosforu veidi nosaka krāsu un dzīves ilgumu.

Elektronu plūsma tiek pastāvīgi ātri pārzīmēta vienu pēc otras (skanēšana). Televīzijās bieži izmanto interlaced (šķērsvirziena) vai progressive (pilna) skenēšanu ar atjaunošanas frekvenci, kas parasti ir 50 vai 60 Hz (un datora monitoros — 60 Hz un augstāk). Ja attēla atjaunošana notiek pietiekami ātri, cilvēka acs to uztver kā nemainīgu attēlu.

Krāsu CRT un tehniskie risinājumi

Krāsainās CRT lampas izmanto trīs fosfora veidus — sarkanu, zaļu un zilu — izvietotus kā mazas punktu vai svītru kopas. Lai nodrošinātu, ka atsevišķie elektronu stari trāpa tikai atbilstošo krāsu fosforu, izmanto šādus risinājumus:

• Shadow mask (ēnas maska) — plāksne ar maziem caurumiem, kas novieto trīs starus tā, lai tie trāpītu pareizajos fosfora punktos.
• Aperture grille (atveres režģis) — vertikālas stieples, kas ļauj vairāk gaismai iznākt un tiek izmantots, piemēram, Sony Trinitron tipa ekrānos.

Tiek izmantotas precizēšanas un konverģences regulēšanas sistēmas, lai krāsainie stari saskanīgi sakristu uz visām ekrāna daļām.

Ieguvumi un trūkumi

• Priekšrocības: laba krāsu atveide, dziļi melnie toņi, plaši skatīšanās leņķi, zema ievades aizture (tādēļ CRT bieži izvēlējās spēlēm un profesionālām monitoru vajadzībām), augsta kontrasta attēls.
• Trūkumi: liela masa un biezums, augsts enerģijas patēriņš, ģeometriskās deformācijas malu apvidos, nepieciešams regulēt konverģenci un fokusēšanu, ražošanā un apsaimniekošanā izmantots svins stiklā (vides piesārņojums).

Vēsture un attīstība

Katodstaru lampu jeb Braun trubu izstrādāja Karls Ferdinands Brauns 19. gadsimta beigās; to sākotnēji izmantoja kā instrumentu signālu un viļņu attēlošanai — osciloskopiem. 20. gadsimtā CRT kļuva par galveno televizoru un datoru monitoru tehnoloģiju. 1920. — 1930. gados un vēlāk vairāki izgudrotāji, tostarp Filo T. Farnsvorts un citi pionieri, attīstīja pilnībā elektronisku televīziju, kur CRT kalpoja par attēla izvadierīci.

Krāsainie televizori un kino monitora risinājumi ar dažādām maskām attīstījās 20. gadsimta vidū. Līdz 1990. un 2000. gadu sākumam CRT dominēja mājas televīzijā un profesionālajos monitoros. Pēc tam augoša plakanekrānu tehnoloģiju pieejamība — LCD, plazmas un vēlāk OLED — ievērojami samazināja CRT ražošanu un pārdošanu.

Drošība, vide un utilizācija

CRT darbībā tiek izmantoti augsti spriegumi (bieži vairākus kilovoltu), tāpēc ar tām jāapietas uzmanīgi — remontu drīkst veikt tikai apmācīti speciālisti. Ekstremālā retumā var radīt nelielu rentgenstarošanos, ja tiek bojāts iekšējais ekrāna slānis, bet rūpīgi izpildīta konstrukcija šo risku ierobežo. Stikla kolba var implodeēt, tāpēc daudzos CRT izstrādājumos lieto drošības stiklu vai ārējo apvalku, kas satur stikla gabalus.

Videi bīstamais aspekts ir svins biezā stikla slānī, ko izmanto, lai aizsargātu pret radiāciju. Tāpēc nolietoti CRT monitori un televizori prasa speciālu utilizāciju un pārstrādi — tos nevajadzētu izmest sadzīves atkritumos.

Mūsdienu lietojumi un kolekcionēšana

Lai gan CRT ražošana lielā mērā izzudusi, dažās nišās ierīces joprojām tiek izmantotas: retro spēļu cienītāju monitori un televizori, daži profesionālie video un grafikas monitori, kā arī osciloskopi un zinātniskās ierīces. Kolekcionāri un entuziasti novērtē CRT par to unikālo attēla raksturu, skenēšanas efektu un krāsu dabu.

CRT tehnoloģija ir svarīga daļa no elektronikas attīstības vēstures — tā aizsāka attēlu elektronisko atveidi un kalpoja par pamatu daudzām vēlākām displeju inovācijām.

Jautājumi un atbildes

J: Kas izgudroja katodstaru lampu?

J: Kas ir katodstaru lampa?

J: Kā tas darbojas?

J: Kad to pirmo reizi izmantoja televīzijā?

J: Kad sāka izmantot LCD un plazmas ekrānus?

J: Kāpēc kineskopi ir smagi?

Meklēt pēc burta