Indietro

ⓘ Schermo a tubo catodico




Schermo a tubo catodico
                                     

ⓘ Schermo a tubo catodico

Lo schermo a tubo catodico, o schermo CRT, è un tipo di schermo ormai quasi del tutto soppiantata, a partire dallinizio del XXI secolo, dallo schermo a cristalli liquidi, dallo schermo al plasma e da quello LCD. Quando è utilizzato per applicazioni video è anche chiamato cinescopio.

Lo schermo a tubo catodico è sostanzialmente un tubo a raggi catodici nel quale, per formare le immagini, i fasci di elettroni sono convogliati ad hoc su una superficie fotosensibile frontale. Parametro fondamentale di uno schermo a tubo catodico è la dimensione dellarea su cui sono visualizzate le immagini normalmente indicata con la diagonale dellarea e misurata in pollici.

                                     

1. Storia e attualità

La tecnologia alla base del tubo catodico fu sviluppata nel 1897 dal fisico tedesco Karl Ferdinand Braun che realizzò il primo oscilloscopio, mentre il primo prototipo del tipo usato nei moderni televisori fu realizzato dallinventore statunitense Philo Farnsworth. Per la tecnologia del tubo catodico è in corso una progressiva obsolescenza in favore delle tecnologie al plasma, a cristalli liquidi e OLED, meno ingombranti e con costi di produzione in continua discesa.

Fino al 2005 questa tecnologia ha dimostrato dessere ancora molto apprezzata, ottenendo volumi di vendite 5 volte superiori alle tecnologie rivali, con manifesto interesse da parte dei consumatori per via del costo contenuto e dei produttori, che hanno immesso nuovi modelli a basso ingombro. I monitor a tubo catodico presentavano il vantaggio, rispetto alle tecnologie concorrenti, di una migliore velocità di reazione o minore latenza, molto apprezzata nelluso dei videogiochi ed immagini con colori più fedeli, ed inizialmente si rivelavano più parsimoniosi nei consumi specie in caso di immagini scure.

                                     

2.1. Descrizione e funzionamento Principio di base

La struttura del tubo catodico deriva direttamente dal diodo a catodo freddo, a sua volta derivato dal tubo di Crookes, a cui è aggiunto uno schermo rivestito di materiale fluorescente, anche chiamato tubo di Braun. Nel 1922 fu sviluppata la prima versione commerciale a catodo caldo da parte di J. B. Johnson e H. W. Weinhart, della Western Electric.

Il catodo è un piccolo elemento metallico riscaldato allincandescenza che emette elettroni per effetto termoionico. Allinterno del tubo catodico, in cui è stato praticato un vuoto spinto, questi elettroni vengono diretti in un fascio raggi catodici per mezzo di unelevata differenza di potenziale elettrico tra catodo e anodo, con laiuto di altri campi elettrici o magnetici opportunamente disposti per focalizzare accuratamente il fascio. Il raggio detto anche pennello elettronico viene deflesso dallazione di campi magnetici Forza di Lorentz deflessione magnetica o campi elettrici deflessione elettrostatica in modo da arrivare a colpire un punto qualunque sulla superficie interna dello schermo, lanodo.

Questa superficie è rivestita di materiale fluorescente detti fosfori, in genere metalli di transizione oppure terre rare che eccitato dallenergia degli elettroni emette luce. Il tubo catodico presenta una curva di risposta caratteristica del triodo, che conduce ad una relazione non lineare tra la corrente elettronica e lintensità della luce emessa, chiamata funzione gamma. Nei primi televisori questo era positivo poiché aveva leffetto di comprimere il contrasto riducendo il rischio di saturazione delle parti più chiare o scure, ma in alcune applicazioni informatiche dove la resa dei colori deve essere lineare, come nel desktop publishing, deve essere applicata una correzione gamma.

                                     

2.2. Descrizione e funzionamento Televisori e monitor monocromatici

Nei televisori e nei monitor la superficie è scandita secondo una matrice predefinita di righe successive, chiamata raster e limmagine è creata modulando lintensità del fascio elettronico secondo landamento del segnale video. La scansione è ottenuta deviando il fascio per mezzo del campo magnetico variabile generato da opportuni elettromagneti fissati sul "collo" del tubo deflessione elettromagnetica, che costituiscono il cosiddetto giogo di deflessione. Appositi circuiti elettronici pilotano gli elettromagneti del giogo in modo da effettuare una scansione in perfetta sincronia.

                                     

2.3. Descrizione e funzionamento Oscilloscopio

Nelloscilloscopio invece lintensità del pennello elettronico è costante, mentre la deflessione viene effettuata in base a segnali arbitrari. Solitamente la deflessione orizzontale avviene proporzionalmente al tempo, secondo una base configurabile dallutente, mentre la verticale è proporzionale al segnale da analizzare. In questi tubi, più stretti e lunghi, la deflessione viene effettuata per mezzo di un campo elettrico generato da placche disposte ortogonalmente allinterno del tubo deflessione elettrostatica.

Questa tecnica è preferibile nelloscilloscopio perché consente una variazione molto rapida del segnale di deflessione, che è invece limitata entro precisi margini dallinduttanza degli elettromagneti. La notevole velocità di questo tipo di deflessione è stata sfruttata dal costruttore statunitense Tektronix, nella famiglia di oscilloscopi della serie 7000, in uso negli anni settanta, nei quali un circuito denominato readout, forniva visualizzati sullo schermo insieme al segnale in analisi, il valori della base tempi e il fattore di attenuazione impostati, oltre ad alcune funzioni minori.

I caratteri alfanumerici, disposti su due linee, una sul margine superiore dello schermo, laltra sul margine inferiore, erano generati appunto deflettendo velocemente lo spot in punti predeterminati a formare i caratteri, costituiti da 5 o 6 punti interlacciati, conseguenza di brevi impulsi di tensione immessi in sequenza ciclica nel circuito dellamplificatore verticale, il cui valore era memorizzato nelle ROM dei caratteri.



                                     

2.4. Descrizione e funzionamento Monitor vettoriali

I primi monitor per computer usavano un sistema simile a quello delloscilloscopio, ed erano chiamati monitor vettoriali poiché le immagini erano costituite da linee tracciate tra punti arbitrari e frequentemente rigenerate. I monitor vettoriali furono usati fino agli anni settanta e ottanta in alcuni videogiochi come Asteroids. Questo tipo di monitor non presenta il difetto dell aliasing tipico dei monitor attuali, ma non è adatto per mostrare caratteri oppure immagini che non siano al tratto a causa della difficoltà di rinfrescare un numero elevato di linee, mentre questo problema non si ha con i monitor successivi che hanno un funzionamento diverso.

Alcuni monitor vettoriali sono in grado di mostrare diversi colori, utilizzando un tubo catodico a colori ordinario oppure più strati di fosfori, regolando lenergia cinetica degli elettroni in modo da penetrare fino allo strato necessario. Alcuni tubi Direct View Bistable Storage Tube sono in grado di memorizzare limmagine e non richiedono il refresh periodico.

                                     

2.5. Descrizione e funzionamento Monitor a colori

I tubi catodici a colori utilizzano differenti tipi di fosfori 7 e 8 nella figura a destra in grado di emettere i colori rosso, verde e blu, i quali a seconda della maschera di separazione utilizzata, sono disposti in sottili strisce parallele tecnica aperture grille o griglia a fenditure verticali oppure a gruppi di punti tecnica shadow mask o a strisce parallele, ma sfalsate luna con laltra di 1/2 pixel tecnica Cromaclear, metodo che sinterpone tra i due precedenti. Questi fosfori in alcuni casi possono essere visibili osservando uno schermo acceso da una distanza molto ravvicinata.

Ci sono quindi tre catodi 1 con tre sistemi di focalizzazione complessivamente detti cannoni elettronici, che generano un fascio per ciascun colore 2 in realtà i fasci sono invisibili, la corrispondenza con il colore dipende esclusivamente da quale fosforo viene colpito. Allinterno del tubo, a breve distanza dallo schermo è presente una maschera metallica forata in diversi modi a seconda della tipologia 6 con la funzione di assorbire gli elettroni che non siano sulla traiettoria esatta per raggiungere il fosforo corretto 7 e che causerebbero altrimenti confusione nei colori visualizzati.

Limpatto degli elettroni con la maschera metallica è causa di produzione di una piccola quantità di raggi X. Per questo motivo la parte frontale del tubo è realizzata in vetro al piombo, in modo da lasciarsi attraversare dalla luce dellimmagine ma non dai raggi X. Inoltre il sistema elettronico è progettato in modo da impedire che la tensione anodica possa salire a valori eccessivi, causando lemissione di raggi X di energia maggiore. Si sono sperimentati in passato altri metodi per generare i colori, come per esempio lutilizzo di un unico pennello elettronico che scandisce in sequenza i tre fosfori colorati che costituiscono il pixel dellimmagine.



                                     

3.1. Manutenzione Pulizia

Durante il funzionamento del tubo, sulla superficie dello schermo si induce una carica elettrostatica che, sebbene non rappresenti un pericolo per luomo, provoca il deposito di polvere che a lungo può andare a degradare la qualità dellimmagine. Per questo motivo è opportuno pulire periodicamente lo schermo con prodotti specifici prodotti non adatti possono danneggiare il rivestimento antiriflesso, se presente.

A causa della presenza di alta tensione, linterno di un apparecchio televisivo attira molta polvere, che può essere rimossa con un moderato getto di aria compressa, possibilmente allaperto. La superficie esterna del tubo catodico compresa tra lo schermo ed il collo è rivestita da una fine polvere nera di grafite. Il suo scopo è di realizzare larmatura di un condensatore in grado di accumulare e livellare lalta tensione generata laltra armatura è un rivestimento analogo sulla superficie interna del vetro. Questa polvere, che potrebbe sembrare ad un occhio profano un semplice deposito di sporco, non deve assolutamente essere rimossa.

                                     

3.2. Manutenzione Campi magnetici

Poiché gli elettroni vengono deviati dal campo magnetico, si deve evitare di avvicinare magneti es. altoparlanti ad uno schermo, in quanto provocherebbero la magnetizzazione della maschera e quindi la rappresentazione errata o distorta dei colori e delle figure. Tale fenomeno permane anche dopo la rimozione del magnete e la correzione può essere difficoltosa. I moderni televisori e monitor implementano una speciale bobina di smagnetizzazione che, allaccensione dellapparecchio, produce un breve ma intenso campo magnetico con andamento sinusoidale smorzato, a partire dalla frequenza a 50 Hz della rete elettrica.

Questo campo variabile può eliminare una modesta magnetizzazione residua. Sono disponibili anche appositi smagnetizzatori esterni da utilizzare nel caso la bobina interna non sia efficace o manchi del tutto. Come alternativa si può utilizzare un saldatore a mano che abbia un trasformatore integrato. La smagnetizzazione manuale deve iniziare dal centro, allontanandosi progressivamente dallo schermo con movimento a spirale, ripetendo il processo fino al ripristino dei colori corretti. In casi estremi, in particolare con i magneti al neodimio-ferro-boro, il campo magnetico può deformare meccanicamente la maschera. Questo danno è irreversibile e rende praticamente inutilizzabile il tubo catodico. Nei vecchi monitor in bianco e nero, il problema non si pone, in quanto sono privi di maschera.

                                     

4.1. Sicurezza e rischi per la salute Campi EM

Alcune persone ritengono che i campi elettromagnetici emessi durante il funzionamento del tubo catodico possano avere effetti biologici. Al di là dei possibili effetti, lintensità di questo campo si riduce a valori trascurabili entro un metro di distanza e comunque è più intenso ai lati dello schermo piuttosto che di fronte.

                                     

4.2. Sicurezza e rischi per la salute Raggi X

Come già accennato i tubi a colori emettono una piccola quantità di raggi X, bloccata per la maggior parte dallo spesso vetro al piombo dello schermo. La Food and Drug Administration americana stabilisce un limite di 0.5 milliroentgen per ora mR/hr per lintensità dei raggi X alla distanza di 5 cm dalla superficie esterna di un apparecchio televisivo.

                                     

4.3. Sicurezza e rischi per la salute Rischio di implosione

Allinterno del tubo è praticato un vuoto spinto, per cui su tutta la sua superficie agisce costantemente una spinta risultante diretta verso linterno, dovuta in massima parte dalla spinta idrostatica 1kg per cm 2 dellatmosfera. Questo permanente stato di sollecitazione del materiale del tubo costituisce un cospicuo accumulo di energia potenziale al suo interno, energia che può liberarsi sotto forma di un implosione in caso di rottura del vetro. Nei tubi dei moderni televisori e monitor la parte frontale è irrobustita con linterposizione di lamine plastiche, in modo da resistere agli urti e non implodere. La restante parte del tubo ed in particolare il collo sono invece molto delicati. In altri tubi, come per esempio gli oscilloscopi, non esiste il rinforzo dello schermo, che viene invece protetto con uno schermo plastico anteposto.

Il tubo catodico deve essere maneggiato con attenzione e competenza; si deve evitare in particolare di sollevarlo per il collo o comunque per i punti appositamente previsti. Un tecnico esperto può eliminare il rischio di implosione dopo avere scaricato una eventuale carica elettrica residua rompendo il vetro nella zona dei piedini metallici e producendo una quantità minima di frammenti di vetro tossico. Questo viene fatto afferrandoli con una pinza e torcendoli. In questo modo laria entra nel tubo in modo rapido ma più graduale, scaricando lenergia. Fatto questo, il tubo catodico è ancora tossico e fragile, ma almeno non rischia di rompersi catastroficamente, scagliando frammenti in modo particolarmente violento.



                                     

4.4. Sicurezza e rischi per la salute Tossicità dei fosfori

Nei vecchi tubi venivano impiegati per i fosfori materiali tossici, sostituiti ora da altri più sicuri. Limplosione o comunque la rottura del vetro causa la dispersione di questi materiali. Nello smaltimento del tubo si deve tenere conto della presenza di piombo, che è un inquinante.

                                     

4.5. Sicurezza e rischi per la salute Immagini lampeggianti

Nei soli apparecchi televisivi lo sfarfallio prodotto dal continuo ridisegno dellimmagine può in alcuni soggetti essere causa scatenante di crisi epilettiche. Sono disponibili sistemi per ridurre questo rischio, mentre nei monitor da computer non si ha questo problema, ed inoltre è possibile regolare entro certi limiti a piacimento la frequenza daggiornamento.

                                     

4.6. Sicurezza e rischi per la salute Alta tensione

I tubi a raggi catodici sono alimentati con tensioni elettriche molto alte, anche se a correnti molto basse. Queste tensioni possono permanere nellapparecchio anche per molto tempo dopo lo spegnimento e la disconnessione dalla rete elettrica. Evitare quindi di aprire monitor o apparecchi televisivi anche a spina staccata se non si ha unadeguata preparazione tecnica e comunque adottando le necessarie precauzioni es. scaricamento del tubo e dei condensatori.

                                     

4.7. Sicurezza e rischi per la salute Degrado nel tempo

Come avviene in tutti i tubi termoionici, anche nel CRT lefficienza di emissione di elettroni da parte del catodo, nel tempo tende a diminuire progressivamente, con conseguente minore luminosità delle immagini sullo schermo. Negli oscilloscopi, la conseguenza è una minore luminosità della traccia. Causa del degrado, è lalterazione dello strato di ossido depositato sulla superficie del catodo e la formazione sulla superficie di minuscoli grumi, vere e proprie scorie, conseguenza delle innumerevoli accensioni e spegnimenti, la cui presenza costituisce uno schermo al flusso di elettroni generato.

Negli anni in cui il tubo catodico era di uso universale, dato lelevato costo per la sua sostituzione, esistevano in commercio particolari apparecchi chiamati "rigeneratori", i quali permettevano di effettuare una momentanea pulitura delle scorie depositate sul catodo. Il metodo consisteva nellapplicare una tensione sufficientemente elevata, tra il pin collegato al catodo e il pin collegato alla prima griglia vicina ad esso. Leventuale arco voltaico che si formava, distruggeva le scorie più consistenti dando per breve tempo nuova vita al tubo.

                                     
  • visualizzazione, vedi Schermo a tubo catodico Riproduci file multimediale Il tubo a raggi catodici o semplicemente tubo catodico in sigla CRT dal corrispondente
  • definiti schermi anche le superfici su cui vengono rappresentate le immagini. Schermo digitale multifunzione Schermo piatto Schermo a tubo catodico Schermo di
  • di un piccolo tubo a raggi catodici dove al posto del fosforo sullo schermo si trovava un immagine bersaglio. Quando il raggio catodico arriva sul bersaglio
  • I raggi catodici sono fasci di elettroni che si producono all interno di un tubo catodico Gli elettroni vengono rilasciati da un catodo, un elettrodo
  • proiettile di artiglieria che si dirige verso i bersagli su uno schermo a tubo catodico controllato dal giocatore regolando le manopole per cambiare la
  • Un monitor a fosforo verde è un tipo di monitor dei personal computer a schermo monocromatico a tubo catodico i cui caratteri venivano rappresentati da
  • punto luminoso viene creato sullo schermo di un tubo a raggi catodici il punto rimane per un certo periodo sullo schermo anche dopo che il segnale che l ha
  • periodo di declino delle vendite quando le memorie a semiconduttore resero gli schermi CRT a tubo catodico più economici di quelli al plasma. Ciò nonostante
  • William Crookes, e rappresenta l evoluzione del tubo di Geissler e il precursore del tubo catodico Il tubo di Crookes è stato costruito inizialmente per
  • video Televisore a tubo catodico e schermi simili hanno un gamut che copre una porzione significativa dello spazio colore visibile. Schermo a cristalli liquidi