TUBOS DE RAYOS CATODICOS - personales.unican.es

1 Apuntes complementarios para el curso de Televisi n TUBOS DE RAYOS CATODICOS Constantino P rez Vega - 2000 1 TUBOS DE RAYOS CATODICOS Introducci n. El tubo de RAYOS cat dicos (TRC o CRT) es una v lvula o tubo electr nico en el que un haz de electrones se enfoca sobre un rea peque a de una superficie emisora de luz que constituye la pantalla y cuya intensidad y posici n sobre ella pueden variarse. Originalmente se conoci como tubo de Braun 1. El tubo de RAYOS cat dicos tiene su origen en el tubo de Crookes 2, una forma primitiva de de un tubo de descarga de baja presi n, cuyo c todo era un disco plano de aluminio en un extremo del tubo y el nodo un alambre en uno de los lados del tubo, fuera de la zona del haz electr nico. El tubo se utiliz para estudiar los RAYOS cat dicos. En televisi n, el tubo de RAYOS cat dicos se designa frecuentemente como tubo de imagen o simplemente como pantalla y tiene caracter sticas particulares para esta aplicaci n, distintas a las de los TUBOS de RAYOS cat dicos utilizados en los osciloscopios, en particular su forma, dimensiones y m todo de deflexi n del haz electr nico.

2 En el tubo de RAYOS cat dicos, un ca n electr nico produce y confina un haz de electrones que env a hacia una pantalla recubierta de material luminiscente, de forma que cuando los electrones chocan contra ella emite luz cuya intensidad o brillo, es proporcional a la cantidad y velocidad de los electrones incidentes. En otras palabras, la energ a cin tica del haz electr nico se transfiere al material de la pantalla convirti ndose en energ a luminosa. Entre el ca n electr nico y la pantalla se tiene un sistema deflector constituido por bobinas colocadas en el exterior del tubo, para desviar el haz electr nico horizontal y verticalmente. A diferencia del sistema de deflexi n magn tica usado en televisi n, los osciloscopios emplean deflexi n electrost tica, desviando el haz electr nico mediante plazas horizontales y verticales colocadas en el interior del tubo.

3 El brillo puede variarse, si se var a la densidad del haz electr nico mediante una rejilla de control, cuya acci n es similar a la que se tiene en un triodo u otras v lvulas como el tetrodo o el pentodo. En el caso de televisi n monocrom tica, la pantalla est recubierta de un tipo de material homog neo que emite luz de un solo color. Los TUBOS de imagen para televisi n en color funcionan bajo el mismo principio, excepto que la pantalla est recubierta de diferentes tipos de material fosforescente que emite luz de diferentes colores al recibir el impacto del haz electr nico y est n distribuidos sobre la superficie pantalla en forma de peque os puntos contiguos. Los colores corresponden a los primarios utilizados en televisi n, es decir, rojo, verde y azul. Puede decirse que un tubo de imagen de color est constituido por tres TUBOS monocrom ticos en una misma ampolla de vidrio; as , en un tubo de color el ca n electr nico est formado de hecho, por tres ca ones individuales que producen tres haces electr nicos de modo que cada uno de stos impacta sobre el material fosforescente de cada uno de los colores primarios.

4 Cuando sobre los tres puntos fosforescentes contiguos de diferentes colores, inciden los tres haces electr nicos con la misma intensidad, la pantalla emite luz blanca y las diversas mezclas de colores se consiguen variando la intensidad de los correspondientes haces electr nicos que inciden sobre cada punto de un color particular. La intensidad o brillo se controla variando el n mero de electrones en los haces electr nicos respectivos. Para asegurar que cada haz electr nico incide sobre un punto de un color particular se emplean varias t cnicas. Una de ellas consiste en colocar una m scara perforada, designada tambi n como m scara de apertura o m scara de sombra, inmediatamente antes de la superficie de la pantalla, de forma tal que las perforaciones queden alineadas con las triadas de puntos crom ticos, de forma tal que cada haz electr nico pueda ver solamente el punto correspondiente a su color.

5 Este tema se tratar con alguna amplitud m s adelante. 1 En honor de Karl Ferdinand Braun, f sico alem n que realiz investigaciones sobre los RAYOS cat dicos y telegraf a inal mbrica y fue Premio Nobel en 1909. 2 William Crookes, f sico y qu mico ingl s, inventor del tubo de Crookes para estudiar las descargas el ctricas en el vac o as como de un radi metro. Descubri adem s el talio. Apuntes complementarios para el curso de Televisi n TUBOS DE RAYOS CATODICOS Constantino P rez Vega - 2000 2 1. Ca n electr nico. En la figura 1 se ilustra un tubo de RAYOS cat dicos y la posici n del ca n electr nico, en la parte trasera del tubo, opuesta a la pantalla. Ca n electr nicoPantalla Fig 1. Tubo de RAYOS cat dicos para televisi n. El ca n electr nico contiene el c todo emisor, reja de control y electrodos aceleradores y de enfoque del haz electr nico, designados generalmente como sistema de lentes electr nicas.

6 Con la excepci n de los ca ones electr nicos en los TUBOS de c mara, casi todos los ca ones empleados en televisi n se basan en el principio de dos lentes consistentes en una fuente de electrones termoi nicos, una primera lente, generalmente electrost tica y una segunda lente que puede ser electrost tica, magn tica o una combinaci n de ambas3. En la primera lente se encuentra el c todo, la reja de control y el primer nodo. El c todo es de caldeo indirecto y tiene la forma mostrada en la figura 2. En el interior de un manguito cil ndrico de n quel se encuentra el filamento calefactor y el c todo, es decir la superficie emisora propiamente dicha, en un disco sobre la cara plana del cilindro en direcci n a la pantalla. Area emisoraFilamento calefactorCilindro de n quel Fig. 2. Estructura del c todo en un tubo de RAYOS cat dicos.

7 3 Para un tratamiento riguroso del tema de lentes electr nicas cons ltese por ejemplo: Zworykin, V. K and Morton, G. A. Television , 2nd Ed. John Wiley and Sons, Inc. New York, 1954. Cap tulos 4 y 12. Tambi n Hemenway, C. L., Henry, R. W. and Caulton, M. F sica Electr nica . Editorial Limusa. M xico. 1973. Apuntes complementarios para el curso de Televisi n TUBOS DE RAYOS CATODICOS Constantino P rez Vega - 2000 3 La reja de control no es de la forma habitual que se encuentra en los triodos u otras v lvulas de vac o. En este caso es un cilindro met lico, con un peque o orificio a trav s del que pueden pasar los electrones. Esta configuraci n ayuda a reducir el rea efectiva del c todo a la vez que permite la configuraci n del haz electr nico en esa zona, como consecuencia del campo el ctrico entre la reja y el c todo.

8 A continuaci n de la reja y separada de sta por un peque o espacio, se localiza el primer nodo en el que mediante paredes cuidadosamente ajustadas se controla y configura el haz electr nico hacia la pantalla. La estructura de la primera lente as configurada se muestra esquem ticamente en la figura 3. Reja de control cil ndricaC todoCampo electrost ticoCilindro del primer nodo acelerador Pared met lica con ventanaHaz electr nico Fig. 3. Estructura esquem tica de la primera lente En ausencia de campos el ctricos, los electrones abandonan el c todo con baja velocidad y forman una nube electr nica o carga de espacio en la zona entre el c todo y la reja. Esta carga de espacio act a como repulsor para los nuevos electrones emitidos por el c todo y se alcanza una condici n de equilibrio. Si se aplica un voltaje positivo, relativamente elevado, al primer nodo, se establece un campo el ctrico en el espacio a su alrededor que arrastra a los electrones a trav s del orificio en el cilindro de la reja de control, conform ndose un haz electr nico de secci n circular y en la forma aproximada que se indica en la figura 3.

9 La curvatura longitudinal de los bordes del haz est determinada por la distancia entre el primer nodo y la reja de control, as como por el voltaje de este ltimo. Los electrones del haz convergen en un punto en el interior del cilindro de la primera lente y luego nuevamente se separan. Este punto, situado en el eje del ca n electr nico y del tubo de RAYOS cat dicos se designa como punto de cruce y puede considerarse que act a como un c todo virtual de muy peque as dimensiones4. La cantidad de electrones que pasan hacia el primer nodo depende del voltaje aplicado a la reja de control que, si es suficientemente negativo, impedir el paso de cualquier electr n hacia la pantalla. La perforaci n o ventana en el primer nodo sirve para conformar el haz electr nico, junto con la segunda lente, en la regi n entre stas y la pantalla, a fin de que nuevamente converja en un punto sobre la pantalla.

10 La posici n del punto de cruce puede variar como consecuencia de los voltajes del primer nodo y de la reja de control, as como de la densidad del haz electr nico en la zona del primer nodo y tiene efectos sobre el enfoque del haz en la pantalla. Una forma de ajustar el enfoque de la imagen es, por consecuencia, variar el voltaje del primer nodo. 4 La descripci n que se hace aqu , aunque se estima suficiente para comprender los principios de funcionamiento del ca n electr nico, es muy simplificada y se reduce a los aspectos b sicos. Los interesados en el an lisis riguroso del funcionamiento de las lentes electr nicas pueden consultar el texto de Zworykin y Morton mencionado en la nota (3) Apuntes complementarios para el curso de Televisi n TUBOS DE RAYOS CATODICOS Constantino P rez Vega - 2000 4La segunda lente est constituida tambi n por un cilindro met lico de di metro algo mayor que la primera y separada de sta, en la forma que se ilustra en la figura 4.