Mikä on katodisädeputki (CRT)? Selitys, toiminta ja historia

Mikä on katodisädeputki (CRT)? Tutustu CRT:n toimintaan, historiaan ja tekniikkaan — elektronitykin, fosforin ja magneettikenttien rooli tv- ja näyttötekniikan synnyssä.

Katodisädeputken eli CRT:n keksi Karl Ferdinand Braun. Se oli yleisin näyttötyyppi monien vuosien ajan. Sitä käytettiin lähes kaikissa tietokonenäytöissä ja televisioissa, kunnes LCD- ja plasmanäytöt alkoivat yleistyä.

Katodisädeputkessa on elektronitykki. Katodi on elektrodi (metalli, joka voi lähettää elektroneja, kun sitä kuumennetaan). Katodi on lasiputken sisällä. Lasiputken sisällä on myös anodi, joka vetää puoleensa elektroneja. Tätä käytetään vetämään elektroneja kohti lasiputken etuosaa, jolloin elektronit ampuvat ulos yhteen suuntaan ja muodostavat katodisäteen. Jotta säteen suuntaa voitaisiin hallita paremmin, putkesta poistetaan ilma, jolloin muodostuu tyhjiö.

Elektronit osuvat putken etuosaan, jossa on fosforiruutu. Elektronit saavat fosforin syttymään. Elektronit voidaan suunnata luomalla magneettikenttä. Ohjaamalla huolellisesti sitä, mitkä fosforin osat syttyvät, voidaan tyhjiöputken etupuolelle saada kirkas kuva. Kun tätä kuvaa vaihdetaan 30 kertaa sekunnissa, se näyttää siltä, että kuva liikkuu. Koska putken sisällä on tyhjiö (jonka on oltava riittävän vahva pitämään ilman poissa) ja koska putken on oltava lasia, jotta fosfori näkyisi, putken on oltava paksua lasia. Suuressa televisiossa tämä tyhjiöputki voi olla melko raskas.

Katodisädeputki keksittiin vuonna 1897, ja sitä käytettiin oskilloskooppina (aaltoja näyttävä laite). Myöhemmin Philo T. Farnsworth käytti sitä muiden keksintöjen ja parannusten ohella ensimmäisessä nykyaikaisessa elektronisessa televisiossa 1920-luvulla. Kuvaputki oli televisioruudun päätyyppi, kunnes nestekidenäyttö tuli suosituksi 2000-luvun alussa.

Lyhyt yhteenveto toiminnasta

Katodisädeputken perusperiaate on yksinkertainen: putken takaosassa oleva elektronitykki (tai -tykit) lähettää kapeita elektronisäteitä kohti putken etureunalla olevaa fosforipintaa. Säteet osuvat fosforiin, joka alkaa säteillä valoa. Näin muodostuu kuvapisteistä (pikseleistä) koostuva kuva. Säteiden kulkua ohjataan ja muotoillaan useilla elektroodeilla ja magneettikeloilla, ja putken sisätila pidetään lähes täydellisenä tyhjiönä, jotta elektronit eivät törmäisi ilmaan.

Katodisädeputken tärkeimmät osat

• Elektronitykki: sisältää katodin (lämmöllä emittoivat elektronit) ja useita anodeja/electrodeja, jotka nopeuttavat, muotoilevat ja fokusoivat elektronisäteen.
• Ohjausristikko (control grid): säätelee säteen voimakkuutta (kuvan kirkkaus).
• Fokusointi- ja anodielektrodit: kohdistavat säteen pisteeksi fosforille.
• Deflektiojärjestelmä: magneettikela (yleisimmin televisioissa ja näytöissä) tai sähköstaattiset levyt (oskilloskoopeissa) liikuttavat säteen vaakaan ja pystysuoraan, jolloin syntyy viiva- eli rasterikuvio.
• Fosforipinta: pinnoitus putken etuosassa, joka säteilee valoa elektronien osuessa siihen. Väri‑CRT:ssä fosfori on järjestetty pisteiksi tai raitoiksi yhdessä varjomaskeja tai aukkoverkkoja hyödyntävien rakenteiden kanssa.
• Lasikuori ja tyhjiö: paksu lasi pitää yllä tyhjiötä ja kestää ilmanpaineen aiheuttaman voiman; lasissa on usein lyijyä säteilysuojana ja painon lisääjänä.

Värin muodostus ja eri toteutukset

Monivärinen CRT käyttää kolmea fosforityyppiä (punainen, vihreä, sininen). Jotta vain tietty fosforiryhmä saisi osuman kullakin hetkellä, etupinnan taakse sijoitetaan varjomaskeja tai aukkoverkkoja (esimerkiksi Sonyn Trinitronin aperture grille -ratkaisu). Jokaiselle värille on oma elektronitykki tai yksi kolmipiippuinen tykki, jonka säteitä ohjataan täsmällisesti.

Kuva, virkistys ja muut käytännön seikat

CRT-näytöt piirtävät kuvan viivoina skannaamalla vaakasuoria rivejä ylhäältä alas. Perinteinen televisiostandardi käytti usein interlaced-tekniikkaa (kenttäjakoinen päivitys), jossa ensin piirtyvät parilliset ja sitten parittomat rivit, mutta tietokonenäytöissä ja modernimmissa laitteissa käytetään myös jatkuvaa (progressive) päivitystä. CRT:n pinta voi olla altis magneettisille häiriöille, ja siksi laitteissa käytetään degaussing-renkaita tai -piirejä värivirheiden korjaamiseen.

Edut ja haitat

• Edut: hyvä väritoisto ja kontrasti, erittäin nopea vasteaika, luonnollinen musta ja laaja katselukulma; monissa ammattikäytöissä CRT säilytti edelleen etunsa värien ja tarkkuuden osalta pitkään.
• Haitat: suuri koko ja paino, paksu syvyys, sähkönkulutus ja lämmöntuotto, mahdollinen säteilyn ja painavan lyijylasin aiheuttama ympäristöhuoli sekä implosioriski rikkoutuessa.

Käyttökohteet ja historia lyhyesti

Katodisädeputkia käytettiin laajasti televisioissa ja tietokonenäytöissä, mutta myös mittauslaitteissa kuten oskilloskoopeissa, tutkanäytöissä ja mediainstrumenteissa. Braunin kehittämä keksintö vuodelta 1897 kehittyi vuosikymmenien ajan: 1920-luvulla Philo T. Farnsworth ym. tekivät tärkeää työtä elektronisen television kehittämisessä, ja toisen maailmansodan jälkeisinä vuosikymmeninä syntyivät kaupalliset televisiot ja myöhemmin väritelevisiot. Väri-CRTin yleistyminen tapahtui 1940–1950‑luvuilla ja niiden teknisiä ratkaisuja paranneltiin koko 1900-luvun ajan.

Turvallisuus, huolto ja kierrätys

CRT sisältää suuren tyhjiön ja paksua lasia; rikkoutuessaan putki voi implodoitua. Näyttöjen lasissa ja muissa komponenteissa on usein lyijyä ja muita haitallisia aineita, joten vanhojen CRT-laitteiden hävittäminen ja kierrätys tulee tehdä asianmukaisesti. Monet kierrätyskeskukset ottavat CRT-laitteita vastaan, jotta lasi ja metallit voidaan käsitellä turvallisesti.

Miksi CRT väistyi

LCD-, LED- ja plasmanäytöt tarjosivat ohuemman profiilin, pienemmän painon, pienemmän virrankulutuksen ja helpomman valmistuksen suurilla näytöillä. Lisäksi litteät näytöt poistasivat monia CRT:hen liittyneitä käytännön ongelmia kuten geometrian vääristymisen ja signaalin herkkä magneettinen häiriöherkkyyden. Siksi CRT:n käyttö kuluttajatuotteissa väheni 2000-luvun alussa voimakkaasti.

Jos haluat, voin lisätä yksityiskohtaisen kaavakuvan tai piirroksen katodisädeputken rakenteesta, selittää tarkemmin värinmuodostuksen varjomaskeissa tai tehdä vertailun CRT:n ja LCD:n teknisten ominaisuuksien välillä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Kuka keksi katodisädeputken?

K: Mikä on katodisädeputki?

K: Miten se toimii?

K: Milloin televisiota käytettiin ensimmäisen kerran?

K: Milloin LCD- ja plasmanäyttöjä alettiin käyttää niiden sijaan?

K: Mikä tekee kuvaputkista raskaita?

Hae kirjaimella