Tubo de rayos catódicos
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thumb|150px|Tubo catódico El tubo catódico (CRT o Cathode Ray Tube en inglés), fue inventado por Karl Ferdinand Braun. Este componente es un dispositivo de visualización utilizado en la mayor parte de las pantallas de ordenadores, televisiones y osciloscopios. El tubo catódico fue desarrollado por los trabajos de Philo Farnsworth y lo utilizó en los televisores hasta principios de los años 2000, siendo sustituido progresivamente por las pantallas de plasma, LCDs, DLP y otras tecnologías .
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Orígenes
La primera versión del tubo catódico fue un diodo de cátodo frío, en realidad una modificación del tubo de Crookes con una capa de fósforo sobre el frontal. A este tubo se le llama a veces tubo Braun. La primera versión que utilizaba un cátodo caliente fue desarrollada por J. B. Johnson y H. W. Weinhart de la sociedad Western Electric. Este producto se comercializó en 1922.
Funcionamiento
Los rayos catódicos son flujos de electrones a alta velocidad procedentes del cátodo del tubo. Esta gran velocidad se debe a la alta tensión del ánodo. En un tubo catódico, los electrones son concentrados, ya sea magnéticamente por una bobina o electroestáticamente por una rejilla para obtener un rayo fino. La densidad del rayo puede finalmente ser controlada por una rejilla como es el caso en los tubos de TV. Este rayo es desviado en consecuencia, ya sea magnéticamente por las bobinas (como en un tubo de TV) o electroestáticamente por electrodos de desviaciones (en la mayor parte de los osciloscopios). A continuación, este rayo llega al ánodo cubierto de un material fosforescente, a menudo a base de tierras raras. Cuando los electrones golpean esta superficie, se emite luz.
La visualización mediante barrido
thumb|250px| Tubo de barrido en color
1: cañones de electrones
2: haces de electrones
3: máscara para separar los rayos rojos, azules y verdes de la imagen visualizada
4: capa fosforescente con zonas receptivas para cada color
5: gran superficie plana sobre la cara interior de la pantalla cubierta de fósforo
En el caso de los televisores y de los monitores de ordenador modernos, todo el frontal del tubo se obtiene por escáner según un recorrido definido, y se crea la imagen haciendo variar la intensidad del flujo de electrones (el haz) a lo largo del recorrido. El flujo en todas las TV modernas es desviado por un campo magnético aplicado sobre el cuello del tubo por un "yugo magnético" (magnetic yoke en inglés), que está formado por bobinas (a menudo dos) envueltas sobre ferrita y controladas por un circuito electrónico. Éste sería un barrido por desviación magnética.
La visualización vectorial
thumb|250px| Tubo de osciloscopio
1: electrodos que desvían el haz
2: cañón de electrones
3: haces de electrones
4: bobina para hacer converger el haz
5: cara interior de la pantalla cubierta de fósforo
En el caso de un osciloscopio, la intensidad del haz se mantiene constante, y la imagen es dibujada por el camino que recorre el haz. Normalmente, la desviación horizontal es proporcional al tiempo, y la desviación vertical es proporcional a la señal. Los tubos para este tipo de usos son largos y estrechos, y además la desviación se asegura por la aplicación de un campo electroestático en el tubo mediante placas (de desviación) situadas en el cuello del tubo. Este clase de desviación es más rápida que una desviación magnética, ya que en el caso de una desviación magnética la inductancia de la bobina impide las variaciones rápidas del campo magnético (ya que impide la variación rápida de la corriente que crea el campo magnético).
Visualización vectorial de los ordenadores
Los primeros monitores gráficos para ordenadores utilizaban tubos de visualización vectorial similares a los de los osciloscopios. Aquí el haz trazaba líneas entre puntos arbitrarios, repitiendo el movimiento lo más rápidamente posible. Los monitores vectoriales se utilizaron en la mayor parte de los monitores de ordenador de finales de los años 1970 hasta la mitad de los años 1980. La visualización vectorial para ordenador no sufre de aliasing ni pixelización, pero están limitados ya que sólo pueden señalar los contornos de las formas, y una escasa cantidad de texto, preferiblemente de un tamaño grande. Esto es así porque la velocidad de visualización es inversamente proporcional al número de vectores que deben dibujarse y "rellenar" una zona utilizando muchos vectores es imposible, así como escribir una gran cantidad de texto. Algunos monitores vectoriales eran capaces de mostrar varios colores, a menudo utilizando dos o tres capas de fósforo. En estos monitores, controlando la fuerza del haz de electrones, se controla la capa alcanzada y en consecuencia el color mostrado, que generalmente era verde, naranja o rojo.
Otros monitores gráficos utilizaban tubos de almacenamiento (storage tube). Estos tubos catódicos almacenaban las imágenes y no necesitaban refresco periódico.
Monitores en color
Principio
Los monitores en color utilizan tres materias agrupadas en un punto, por lo que el frontal del tubo está cubierto de puntos minúsculos. Cada una de estas materias produce un color si es sometida a un flujo de electrones. Los colores pueden ser el rojo, el verde o el azul. Hay tres cañones de electrones, uno por cada color, y cada cañón sólo puede encender los puntos de un color. Hay dispuesta una máscara en el tubo antes del frontal para evitar que interfieran los electrones de varios cañones.
Protecciones
El vidrio utilizado en el frontal del tubo, permite el paso de la luz producida por el fósforo hacia el exterior, pero en todos los modelos modernos bloquea los rayos X generados por el impacto del flujo de electrones con una gran energía. Por esta razón el vidrio del frontal está lleno de plomo (es pues vidrio cristal). Gracias a ello y a otras protecciones internas, los tubos pueden satisfacer las normas de seguridad, que son cada vez más severas en lo que se refiere a la radiación.
Colores mostrados
Los tubos catódicos tienen una intensidad característica en el flujo de electrones, intensidad luminosa que no es lineal, lo que se denomina gamma. Para los primeros televisores, el gamma de la pantalla fue una ventaja, ya que al comprimir la señal (un poco a la manera de un pedal de compresión para una guitarra) el contraste se aumenta (nota: no se habla de compresión numérica, sino de compresión de una señal, que puede estar definida por una reducción de aquello que tiene un nivel bajo y un aumento de lo que es más elevado). Los tubos modernos tienen siempre un gamma (más bajo), pero este gama se puede corregir para obtener una respuesta lineal, permitiendo ver la imagen con sus verdaderos colores, lo que es muy importante en la imprenta entre otras cosas.
Electricidad estática
Algunas pantallas o televisores que utilizan tubos catódicos pueden acumular electricidad estática, inofensiva, sobre el frontal del tubo, lo que puede implicar la acumulación de polvo, que reduce la calidad de la imagen. Se hace necesaria una limpieza (con un trapo seco o un producto adecuado, ya que algunos productos pueden dañar la capa anti-reflejo, si ésta existe).
Otras tecnologías
Los tubos catódicos se están quedando anticuados, ya que poco a poco las pantallas de plasma y LCD sustituyen a las pantallas de tubo catódico. Estos nuevos tipos de pantallas presentan algunas ventajas, como un tamaño reducido y un menor consumo. Además sus precios cada vez están más cerca del de las pantallas de tubo. Ahora los colores mostrados son idéntico a los de los tubos. Y el tiempo de respuesta es cada vez menor, lo que permite que algunos modelos (por debajo de 12ms) se puedan utilizar para juegos de acción como Doom 3, sin que haya que sufrir estelas en la visualización de movimientos rápidos, lo que hasta el presente era un freno importante para el uso de estas pantallas en ordenadores.
Aplicaciones
- La mayor parte de los televisores y pantallas de ordenador
- Los osciloscopios
- Los radares