Katodstrålerör (CRT) – uppfinning, funktion och användning i TV

Katodstrålerör (CRT) – historia och uppfinning, hur elektronkanon och fosforskärm skapar TV-bild; funktion, användning och teknisk utveckling.

Katodstråleröret (CRT) uppfanns av Karl Ferdinand Braun 1897 och var under många decennier den dominerande typen av bildskärm. Det användes i nästan alla datorskärmar och tv-apparater tills LCD- och plasmaskärmar började ersätta dem. CRT-tekniken används fortfarande i specialmätinstrument och vissa professionella applikationer, men är numera ovanlig i konsumentprodukter.

Uppfinning och tidig användning

Katodstråleröret utvecklades av Braun som en vidareutveckling av tidigare vakuumrör. Redan i slutet av 1800-talet kunde man med CRT visa elektriska signaler visuellt, vilket ledde till användning i oscilloskop — instrument för att visa vågor och signaler. Senare, med flera förbättringar av elektronik och bildbehandling, användes CRT i den första moderna elektroniska televisionen som demonstrerades av Philo T. Farnsworth på 1920‑talet (det första lyckade offentliga demonstrationstillfället skedde 1927). CRT var den dominerande tv-skärmstekniken fram till att flytande kristallskärmar och andra plattskärmstekniker blev vanliga i början av 2000‑talet.

Hur ett katodstrålerör fungerar

Ett katodstrålerör bygger på några grundkomponenter: en elektronkanon, ett vakuumrör, styr- och fokuseringsanordningar, avböjningssystem samt en fosforbelagd skärmyta. Kortfattat fungerar det så här:

• Elektronkanon och katod: Inuti rörets bakre del sitter en uppvärmd katod (en elektroder). När katoden upphettas avges elektroner. Dessa fångas och accelereras mot skärmens framsida av en eller flera anoder som har positiv spänning.
• Vakuum: För att elektronerna ska kunna färdas fritt utan att kollidera med gasmolekyler måste luften tas ut ur röret — det skapas ett vakuum. Vakuumet gör också att inga joner som skulle skada katoden finns kvar.
• Styrning och fokusering: Elektronstrålen kan formas och fokuseras med elektriska fält (kontrollgaller och fokuseringselement) eller magnetiska fält. Fälten ser till att strålen förblir smal och träffar rätt plats på skärmen.
• Avböjning: För att "rita" bilden flyttas strålen snabbt över skärmens yta i ett rutmönster (scan). Detta görs vanligen med magnetiska avböjningsspolar monterade på rörets hals som genererar varierande magnetfält som styr strålens riktning.
• Fosfor och bildbildning: Framsidan är täckt av ett lager fosfor som lyser upp när elektroner träffar det. Genom att noggrant välja vilka områden som beskjuts skapas en ljus bild. Eftersom bilden uppdateras många gånger per sekund uppfattar ögat rörelsen som stabil.

Färg‑CRT

Färg‑CRT använder tre separata elektronkanoner (rött, grönt, blått) eller en trippelkanon med delade strålar. Skärmen täcks av fosforpunkter eller -ränder i tre färger. För att elektronstrålarna endast träffa rätt färgpunkter används mekaniska maskeringsmetoder som shadow mask eller elektroniskt utformade strukturer såsom aperture grille (t.ex. Sony Trinitron). Genom att variera intensiteten från de tre kanonerna kombineras färgerna och bildens färgtoner skapas.

Bilduppdatering, upplösning och bildkvalitet

CRT-skärmar ritar bilden rad för rad. Traditionella tv-apparater använde ofta interlaced scanning (fältvis uppdatering) med 50 eller 60 fält per sekund, vilket ger 25/30 fulla bilder per sekund. Datorskärmar och senare TV‑standarder använder progressive scanning och högre uppdateringsfrekvenser för att minska flimmer och förbättra bildskärpa. Upplösning i CRT beror bland annat på fokus, konvergens (att färgkanonerna sammanfaller) och maskens finhet.

Fördelar och nackdelar

• Fördelar: Mycket bra färg- och kontraståtergivning, bred betraktningsvinkel, snabb responstid (ingen eftersläpning), och ofta större dynamikomfång än tidiga LCD-skärmar.
• Nackdelar: Stor och tung konstruktion (tjockt glas, vakuum och ofta bly i glaset), känsliga för magnetiska fält, hög strömförbrukning jämfört med moderna platta skärmar och risk för flimmer om uppdateringsfrekvensen är låg.

Säkerhet och miljö

CRT-rör innehåller tjockt glas som ofta innehåller bly för att avskärma mot röntgenstrålning och för att ge mekanisk styrka. Röret kan också innehålla andra tungmetaller och miljöfarliga ämnen. Därför kräver hantering och kassering särskild återvinning och säker destruktion. Andra säkerhetsaspekter är höga spänningar (ofta tiotusentals volt) i utrustningen och risken för att glaset imploderar om röret är skadat, vilket kan ge skär- och tryckskador.

Användning och eftermäle

Förutom i tv‑apparater och datorskärmar användes CRT länge i många laboratorieinstrument, såsom oscilloskop, där snabb responstid och direkt visning av signaler var viktiga egenskaper. När platta skärmar medförde lägre vikt, tunnare konstruktion och lägre energiförbrukning övergick konsumentmarknaden snabbt till LCD, LED och OLED. Trots detta finns ett intresse kvar inom vissa nischer (vissa spelare och professionella videoredigerare föredrar fortfarande CRT för dess färg- och rörelseegenskaper), och gamla CRT‑skärmar är fortfarande föremål för organiserad återvinning på grund av sitt innehåll.

Sammanfattningsvis var katodstråleröret en nyckelteknik som möjliggjorde såväl tidiga oscilloskop som den första elektroniska televisionen och dominerade bildskärmstekniken under mer än ett sekel innan platta skärmar tog över.

Frågor och svar

Fråga: Vem uppfann katodstråleröret?

F: Vad är ett katodstrålerör?

F: Hur fungerar den?

F: När användes det för första gången för tv?

F: När började LCD- och plasmaskärmar användas i stället?

F: Varför är CRT-skärmar tunga?

Sök med bokstav