Home
Conclusie
3D-Cinema en 3D-TV
Blu-ray
Plasma
LCD (TFT)
LED-LCD
DLP
OLED
SED
Laser-TV
CRT-Beeldbuis
Nieuwe TV's
Praktische tips
Vraag en antwoord
Woordenlijst
Oud nieuws
Links
|
Kathodestraalbuis
Een kathodestraalbuis, ook CRT of beeldbuis geheten,
is een elektronenbuis voorzien van
een fluorescentiescherm dat oplicht als het getroffen wordt
door de elektronenstraal en een afbuigmechanisme waarmee de
elektronenstraal bestuurd kan worden zodat een afbeelding zichtbaar
wordt. De naam 'beeldbuis' wordt vooral gebruikt om de
kathodestraalbuis in een televisieapparaat aan te duiden. De
naam 'CRT' is de afkorting van de Engelse naam 'Cathode Ray Tube'. De
eerste kathodestraalbuizen werden gebruikt in de oscilloscoop.
De bekendste toepassing van de kathodestraalbuis is die
als televisiescherm. Een eenvoudiger vorm van een
kathodestraalbuis is een indicatorbuis.
Opbouw en werking
De kathodestraalbuis is samengesteld uit een cilindrisch deel (hals) met het elektronenkanon en
een conisch verlopende overgang naar een min of meer vlak beeldscherm.
In de hals vindt men de kathode en de anode en een systeem om de
elektronenbundel te focussen. Dit is nodig omdat
de elektronen elkaar door hun elektrische lading afstoten,
waardoor de bundel divergeert. Vervolgens doorloopt de bundel een
veld waarmee hij in zijn geheel afgebogen wordt. In een oscilloscoop is
dit veld elektrostatisch (zie tekening). Bij een
televisiebeeldbuis is het veld magnetisch. Dit veld wordt opgewekt
door twee spoelen die uitwendig over de hals geschoven worden. Meestal
wordt de verkregen bundel versneld om de nodige lichtopbrengst te
krijgen via een hoge spanning die aangebracht wordt op een geleidende
koollaag binnen de conische overgang.
Details
De kathodestraalbuis wordt vervaardigd uit kwartsglas en
metalen onderdelen. De inwendige ruimte is hermetisch gesloten
en hoogvacuüm gepompt. Het glas is hooguit een centimeter
dik, in het buisvormige deel slechts een paar millimeter. Het heeft op
het breed uitlopende deel aan zowel de binnen- als de buitenkant een
lood-achtige coating (aquadag).
De buitenlaag is verbonden met het metalen chassis van de betreffende
installatie.(TV of monitor). De binnenlaag is door middel van een
contactpunt in de glaswand (elektrode) verbonden met
de hoogspanningstransformator die voor de naversnelling
zorgt. Met het glas als diëlectricum vormt dit
een condensator. In het smalle buisvormige gedeelte van dit deel
is (zijn) het (de) elektronenkanon(nen) aangebracht waarvan hun
contactdraden door de glaswand heen naar buiten zijn gebracht.
Bij zwart-wit / monochroom beeldschermen is er één
elektronenkanon aanwezig. Bij kleurenbeeldschermen zijn het er
gewoonlijk drie. Sony "trinitron" beeldbuizen hebben er maar
één. Bij een oscilloscoop worden de afbuigplaten binnenin het
buisvormige gedeelte geplaatst. Bij een TV-beeldbuis worden in plaats
daarvan uitwendige afbuigspoelen gebruikt. Hetzij door de spanning
tussen de afbuigplaten te variëren, hetzij door het magnetische veld
van de afbuigspoelen te regelen, kunnen de elektronen over het gehele
oppervlak van de voorzijde worden gestuurd. Zo kan een raster worden
gemaakt waarmee ieder punt van het scherm kan worden verlicht. Het
voorste deel bestaat uit een veel dikkere, (2+ cm) vlakkere plaat van
kwartsglas waarop aan de binnenzijde het fosfor is
aangebracht: één soort fosfor voor monochrome schermen, drie aparte
fosfors (in banen of groepen) voor de kleurenschermen. Over deze
fosforlaag is weer een aluminiumpoederlaag aangebracht om de zogeheten
"ionenvlek" te voorkomen. Voordat deze ontwikkeling was uitgevonden
gebruikte men de zogeheten "ionenval". De beeldschermen die destijds
geen ionenval hadden gingen na verloop van tijd in het midden van het
scherm een donkere verkleuring vertonen die ook de lichtopbrengst van
het fosfor verminderde. Monochrome beeldschermen bestaan dus uit drie
delen: aan de achterkant een elektronenkanon, dan een vacuüm ruimte en
aan de voorkant een fosforscherm.
Kleurenschermen
Bij kleurenbeeldschermen zit er nog iets tussen: het schaduwmasker. |
Kathodestraalbuis (schematisch)
Een kathodestraalbuis voor een oscilloscoop
Kathodestraalbuis voor een oscilloscoop met een detailfoto van de componenten waaronder
het elektronenkanon
Kathodestraalbuis voor een oscilloscoop (schematisch)
Monochrome kathodestraalbuis. (schematisch)
 Kleuren-kathodestraalbuis. (schematisch) |
Dit
is een geperforeerde metalen plaat die exact de bolling van de
binnenzijde van de voorkant volgt en er ± 0,5 cm achter is geplaatst.
De perforatie is precies een derde van
het aantal fosforpunten op de voorzijde. Doordat de drie
elektronenkanonnen onder een zeer kleine convergente hoek geplaatst
zijn, kruisen de drie elektronenbundels elkaar precies in zo'n
opening, waarna de stralen zich weer divergeren en ieder een enkel
fosforpunt treffen. Deze constructie maakt het mogelijk dat het
"blauwe" kanon dus alleen de blauw-oplichtende
fosforpunten kan raken. Bij rood en groen gebeurt exact hetzelfde. Dit
is een gevoelig concept en kan door magnetische invloeden van buitenaf
zeer gemakkelijk verstoord worden. Bijvoorbeeld een kleurentelevisie
kan door een magneet overwegend groen of paars worden. Hiermee wordt de
gevoeligheid goed aangetoond maar een als het toestel zich te lang in
een magnetisch veld bevindt dan kan die kleur blijvend worden. Het valt
dus af te raden om dit te proberen. De stralen die de weg vanaf het
schaduwmasker tot het fosforscherm volgen worden
door magnetisme van hun richting afgebogen en treffen
dan wel de fosforpuntjes van de "verkeerde" kleur.
Het elektronenkanon bestaat uit een gloeidraad met daaromheen de
kathode en een aantal metalen ringen en roosters. Door het gloeien van
de gloeidraad worden er elektronen uit de kathode losgeslagen en door
de verschillende ringen naar voren (het uittreedpunt) van het kanon
gericht. Wanneer de elektronen eenmaal vrij uit het kanon zijn, dan zal
de positieve potentiaal van het fosforscherm (tot 50kV) de
elektronen een dusdanige versnelling geven dat zij met voldoende
energie inslaan om het fosfor te doen oplichten. De verschillende
ringen en roosters in het elektronenkanon zorgen voor de "sterkte" en
de focussering van de straal. Door de spanning over bepaalde roosters
te variëren treedt er een elektronenstraal uit met een variërende
sterkte. De roosters hebben ten opzichte van de kathode een variërende
negatieve potentiaal, waardoor de elektronen meer of minder worden
afgeremd. Dat heet negatieve modulatie. Als men de spanning op de
roosters terugbrengt naar 0 volt dan is de uittredende straal op zijn
sterkst. Door deze variaties met de afbuigspoelen te timen kan men in
principe alle mogelijke ingewikkelde figuren "tekenen". Als de
afbuigspoel defect zou raken of geheel niet aangestuurd worden dan zal
de sterke elektronenstraal een gaatje in het fosfor branden, wat een
onherstelbare zwarte plek veroorzaakt. Met deze variaties van
spanningen op de roosters, alsmede de timing in de afbuig-elektronica
kan men een beeld produceren dat voor onze ogen een volledig
schermvullend geheel lijkt.
Configuratie
De klassieke configuratie met drie elektronenkanonnen in een
gelijkzijdige driehoek leverde problemen op met het convergeren.
Moderne kathodestraalbuizen hebben een configuratie met drie
elektronenkanonnen die op een denkbeeldige horizontale lijn liggen.
Fosfors
Het fluorescentiescherm zelf is van een materiaal dat wordt aangeduid met de term fosfor en heeft volgende belangrijke eigenschappen: de kleur, de nalichttijden de lichtopbrengst.
De kleur is meestal groen voor goede zichtbaarheid of blauw wanneer
voornamelijk foto's van het scherm genomen worden. De kleur was wit
voor de zwart-wit televisieschermen en rood, groen, blauw
voor kleurentelevisie. De nalichttijd is meestal kort, behalve
voor radarschermen.
Opmerking: de benaming fosfor heeft
te maken met de fosforescerende eigenschappen van het materiaal en niet
met het scheikundig element fosfor. Feitelijk is fosfor in de betekenis van fosforescerende stof een anglicisme. De juiste Nederlandse term is fosforescent of fosforescerende stof. Het chemische element fosfor heet in het Engels phosphorus, terwijl een fosforescerende stof phosphor heet.
Toekomst
De kathodestraalbuizen hebben waarschijnlijk hun langste tijd gehad.
Vooral bij grotere beeldformaten nemen ze veel plaats in, zijn heel
zwaar en hebben erg hoge spanningen nodig, wat weer schadelijke
röntgenstraling tot gevolg heeft. In plaats van
een oscilloscoop wordt steeds meer gebruikt gemaakt van
een meetapparaat dat via een USB-interface met
een computer verbonden is. Met de computer kan het
meetapparaat bediend worden en kunnen de resultaten zichtbaar gemaakt
worden. De radarbeeldbuis is al vrijwel overal vervangen door een
computerscherm. En zowel computers als televisies krijgen steeds vaker
een plat LCD scherm (= TFT-scherm) of een plasmascherm.
Waarschuwing
Omdat in een kathodestraalbuis een vacuüm heerst, bestaat implosiegevaar bij beschadiging van de buis.
Kathodestraalbuizen werken met zeer hoge spanningen, bij de
beeldbuis van een televisie is deze rond de 30.000 volt. Deze hoge
spanning kan nog lang aanwezig blijven na het uitschakelen van het
toestel. Werken aan dergelijke toestellen vereist vakkennis;
beeldbuizen zijn niet geschikt om mee te experimenteren.
|
