10.10.2019

Schermi a tubo catodico. Principio di funzionamento di un tubo a raggi catodici


Obiettivi di lavoro

  1. familiarità generale con la progettazione e il principio di funzionamento degli oscilloscopi elettronici,
  2. determinare la sensibilità dell'oscilloscopio,
  3. Effettuare alcune misure in un circuito di corrente alternata utilizzando un oscilloscopio.

Informazioni generali sulla progettazione e il funzionamento di un oscilloscopio elettronico

Utilizzando il catodo tubo a raggi catodici L'oscilloscopio crea un flusso di elettroni, che si forma nel tubo in un fascio stretto diretto verso lo schermo. Un fascio di elettroni focalizzato sullo schermo del tubo provoca nel punto di impatto un punto luminoso, la cui luminosità dipende dall'energia del raggio (lo schermo è rivestito con una speciale composizione luminescente che si illumina sotto l'influenza del fascio di elettroni). Il fascio di elettroni è praticamente privo di inerzia, quindi il punto luminoso può essere spostato quasi istantaneamente in qualsiasi direzione attraverso lo schermo se al fascio di elettroni viene applicato un campo elettrico. Il campo viene creato utilizzando due coppie di piastre piano-parallele chiamate piastre deflettori. La bassa inerzia del raggio consente di osservare processi in rapido cambiamento con una frequenza di 10 9 Hz o più.

Considerando gli oscilloscopi esistenti, diversi per design e scopo, puoi vedere che il loro diagramma funzionale è più o meno lo stesso. I nodi principali e obbligatori dovrebbero essere:

Tubo a raggi catodici per l'osservazione visiva del processo oggetto di studio;

Alimentatori per ottenere le tensioni necessarie fornite agli elettrodi del tubo;

Dispositivo per la regolazione della luminosità, della messa a fuoco e dello spostamento del fascio;

Generatore di scansione per spostare il fascio di elettroni (e, di conseguenza, il punto luminoso) attraverso lo schermo del tubo ad una certa velocità;

Amplificatori (e attenuatori) utilizzati per amplificare o attenuare la tensione del segnale in prova se non è sufficiente a deviare sensibilmente il fascio sullo schermo del tubo o, al contrario, è troppo elevata.

Dispositivo a tubo a raggi catodici

Innanzitutto, consideriamo il dispositivo di un tubo a raggi catodici (Fig. 36.1). Tipicamente si tratta di un pallone di vetro 3, evacuato ad alto vuoto. Nella sua parte stretta è presente un catodo riscaldato 4, dal quale vengono emessi elettroni per emissione termoionica. Un sistema di elettrodi cilindrici 5, 6, 7 concentra gli elettroni in un fascio stretto 12 e ne controlla l'intensità. Seguono due coppie di piastre di deflessione 8 e 9 (orizzontali e verticali) e, infine, lo schermo 10 - la parte inferiore del bulbo 3, rivestito con una composizione luminescente, grazie alla quale diventa visibile la traccia del fascio di elettroni.

Il catodo comprende un filamento di tungsteno - riscaldatore 2, situato in un tubo stretto, la cui estremità (per ridurre la funzione di lavoro degli elettroni) è ricoperta da uno strato di ossido di bario o stronzio ed è effettivamente la fonte del flusso di elettroni.

Il processo di modellazione degli elettroni in un fascio stretto utilizzando campi elettrostatici è per molti versi simile all'effetto delle lenti ottiche su un raggio luminoso. Pertanto, il sistema di elettrodi 5,6,7 è chiamato dispositivo elettro-ottico.

L'elettrodo 5 (modulatore) sotto forma di un cilindro chiuso con un foro stretto si trova sotto un potenziale leggermente negativo rispetto al catodo e svolge funzioni simili alla griglia di controllo di un tubo elettronico. Modificando l'entità della tensione negativa sull'elettrodo modulante o di controllo, è possibile modificare il numero di elettroni che passano attraverso il suo foro. Pertanto, utilizzando un elettrodo modulante, è possibile controllare la luminosità del raggio sullo schermo. Il potenziometro che controlla la quantità di tensione negativa sul modulatore viene visualizzato sul pannello frontale dell'oscilloscopio con la scritta “luminosità”.

Un sistema di due cilindri coassiali 6 e 7, detti primo e secondo anodo, serve ad accelerare e focalizzare il fascio. Il campo elettrostatico nello spazio tra il primo e il secondo anodo è diretto in modo tale da deviare nuovamente le traiettorie divergenti degli elettroni verso l'asse del cilindro, in modo simile a sistema ottico di due lenti agisce su un fascio di luce divergente. In questo caso, il catodo 4 e il modulatore 5 costituiscono la prima lente elettronica, e un'altra lente elettronica corrisponde al primo e al secondo anodo.

Di conseguenza, il fascio di elettroni viene focalizzato in un punto che dovrebbe trovarsi nel piano dello schermo, il che è possibile scegliendo opportunamente la differenza di potenziale tra il primo e il secondo anodo. La manopola del potenziometro che regola questa tensione si trova sul pannello frontale dell'oscilloscopio con la scritta “focus”.

Quando un fascio di elettroni colpisce lo schermo, su di esso si forma un punto luminoso ben definito (corrispondente alla sezione trasversale del fascio), la cui luminosità dipende dal numero e dalla velocità degli elettroni nel fascio. La maggior parte L'energia del raggio quando bombarda lo schermo si trasforma in energia termica. Per evitare di bruciare il rivestimento luminescente, non è consentita un'elevata luminosità con un fascio di elettroni stazionario. Il raggio viene deviato utilizzando due coppie di piastre piano parallele 8 e 9 disposte ad angolo retto tra loro.

Se c'è una differenza di potenziale sulle piastre di una coppia, un campo elettrico uniforme tra loro devia la traiettoria del fascio di elettroni a seconda dell'entità e del segno di questo campo. I calcoli mostrano che la quantità di deflessione del raggio sullo schermo del tubo D(in millimetri) relativo alla tensione di placca UD e tensione al secondo anodo Ua2(in volt) come segue:

(36.1),

Come funziona un tubo a raggi catodici?

I tubi a raggi catodici sono dispositivi elettrici a vuoto in cui si forma un fascio di elettroni di piccola sezione trasversale e il fascio di elettroni può essere deviato nella direzione desiderata e, colpendo uno schermo luminescente, farlo brillare (Fig. 5.24). Un tubo a raggi catodici è un convertitore ottico-elettronico che converte un segnale elettrico nella sua immagine corrispondente sotto forma di un'oscillazione pulsata riprodotta sullo schermo del tubo. Il fascio di elettroni viene formato in un riflettore elettronico (o cannone elettronico), costituito da un catodo ed elettrodi di focalizzazione. Il primo elettrodo di focalizzazione, chiamato anche modulatore, svolge le funzioni di una griglia di polarizzazione negativa che dirige gli elettroni verso l'asse del tubo. La modifica della tensione di polarizzazione della griglia influisce sul numero di elettroni e quindi sulla luminosità dell'immagine ottenuta sullo schermo. Dietro il modulatore (verso lo schermo) si trovano i seguenti elettrodi, il cui compito è focalizzare e accelerare gli elettroni. Funzionano secondo il principio delle lenti elettroniche. Vengono chiamati elettrodi che accelerano la messa a fuoco anodi e ad essi viene applicata una tensione positiva. A seconda del tipo di tubo, le tensioni anodiche variano da diverse centinaia di volt a diverse decine di kilovolt.

Riso. 5.24. Rappresentazione schematica di un tubo a raggi catodici:

1 - catodo; 2 - anodo I: 3 - anodo II; 4 - piastre di deflessione orizzontale; 5 - fascio di elettroni; 6 - schermo; 7 - piastre di deflessione verticale; 8 - modulatore


In alcuni tubi, il fascio viene focalizzato utilizzando un campo magnetico utilizzando bobine poste all'esterno della lampada, invece di elettrodi situati all'interno del tubo, che creano un campo elettrico di focalizzazione. Anche la deflessione del raggio viene effettuata con due metodi: utilizzando un campo elettrico o magnetico. Nel primo caso le piastre di deflessione sono inserite nel tubo, nel secondo le bobine di deflessione sono montate all'esterno del tubo. Per deviare sia in direzione orizzontale che verticale, vengono utilizzate piastre (o bobine) di deflessione del raggio verticale o orizzontale.

Lo schermo del tubo è coperto dall'interno con un materiale: fosforo, che si illumina sotto l'influenza del bombardamento elettronico. I fosfori differiscono in diversi colori di luminescenza e diversi tempi di luminescenza dopo la cessazione dell'eccitazione, come viene chiamato tempo di bagliore. In genere varia da una frazione di secondo a diverse ore, a seconda dello scopo del tubo.

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"ISTITUTO STATALE DI SAN PIETROBURGO

CINEMA E TELEVISIONE"

LAVORO DEL CORSO

sull'argomento “PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN TUBO A RAGGI CHODI. VANTAGGI E SVANTAGGI"

nella disciplinaBasi fisiche per ottenere informazioni

completato da: studente del 3 ° anno Viktorovich A.I.

Strumentazione FTKiT 1 gruppo

Ho controllato Gazeeva I.V.

San Pietroburgo 2017

  • 1. Informazioni generali
  • 2. Il principio di funzionamento del tubo a raggi catodici ricevente (cinescopio)
  • 3. Tubi catodici a colori
  • 4. Vantaggi e svantaggi del CRT
  • 1. Sono comuniintelligenza
  • colore del cinescopio a deflessione radiale

IN dispositivi a fascio di elettroni viene creato un sottile fascio di elettroni (fascio), che viene controllato elettricamente o campo magnetico o entrambi i campi. Questi dispositivi includono tubi a raggi catodici per dispositivi di indicazione radar, per l'oscillografia, la ricezione di immagini televisive (tubi catodici), la trasmissione di immagini televisive, nonché tubi di memorizzazione, interruttori a raggi catodici, microscopi elettronici, convertitori elettronici di immagini, ecc. La maggior parte dei raggi catodici i dispositivi vengono utilizzati per la ricezione immagini visibili su uno schermo fluorescente; sono chiamati grafica elettronica. Vengono considerati i più comuni tubi riceventi oscillografici e televisivi, ai quali sono vicini anche i tubi indicatori delle stazioni radar e idroacustiche.

I tubi possono essere con focalizzazione del fascio di elettroni mediante un campo elettrico o magnetico e con deflessione elettrica o magnetica del fascio. A seconda del colore dell'immagine sullo schermo fluorescente, ci sono tubi con un bagliore verde, arancione o giallo-arancione - per l'osservazione visiva, blu - per fotografare oscillogrammi, bianco o tricolore - per ricevere immagini televisive. Inoltre, i tubi sono prodotti con diverse durate di luminosità dello schermo dopo la fine degli impatti degli elettroni (il cosiddetto riverbero). I tubi differiscono anche per le dimensioni dello schermo e il materiale del cilindro (bicchiere O metallo-vetro) e altri segni.

2. Il principio di funzionamento del tubo a raggi catodici ricevente (cinescopio)

Il funzionamento di un tubo a raggi catodici (CRT) o semplicemente di un cinescopio, come qualsiasi tubo elettronico, si basa sul principio dell'emissione di elettroni. Come già sappiamo, la conduttività di una sostanza è dovuta alla presenza di elettroni liberi in essa. Sotto l'influenza del calore, queste particelle libere lasciano il conduttore stesso, formando una sorta di "nuvola" di elettroni. Questa proprietà è chiamata “emissione termoionica”. Se vicino a questo conduttore viene posizionato un altro elettrodo con potenziale positivo, ulteriormente riscaldato da un filamento (chiamiamolo catodo), le particelle libere rilasciate dal catodo mediante emissione termica inizieranno a muoversi nello spazio (attratte) verso questo elettrodo e un sorgerà la corrente elettrica. E se tra gli elettrodi principali (anodo e catodo) vengono posizionati elettrodi aggiuntivi (solitamente a rete), avremo anche l'opportunità di regolare questo flusso di elettroni. Questo principio viene utilizzato nei tubi a vuoto e, naturalmente, nei tubi catodici. In un tubo catodico di un televisore (o un tubo a raggi catodici di un oscilloscopio), l'anodo è uno strato speciale (fosforo), quando gli elettroni lo colpiscono, provocano un bagliore. Se colleghi il tubo catodico alla TV in questa forma, come descritto sopra, sullo schermo vedremo solo un punto luminoso. Per ottenere un'immagine completa, è necessario deviare il raggio degli elettroni volanti.

In primo luogo, in orizzontale: scansione della linea. In secondo luogo, in verticale: scansione del fotogramma.

Per deviare il raggio viene utilizzato un sistema di deflessione. (OS), che è un insieme di bobine: due per la deflessione verticale e due per la deflessione orizzontale. Il segnale applicato a queste bobine crea al loro interno un campo magnetico che devia il raggio. Il sistema di deflessione stesso si adatta al collo del cinescopio.

La bobina di linea devia il fascio di elettroni orizzontalmente. (a proposito, sui diagrammi stranieri il termine “ORIZZONTALE” è usato più spesso di “scansione lineare”). Inoltre, ciò avviene con una frequenza abbastanza elevata: circa 15 kHz.

Per espandere completamente il raster, viene utilizzata anche la deflessione del raggio verticale (telaio). Allo stesso tempo, la frequenza nella bobina del telaio è molto più bassa (50 Hz).

Il risultato sarà la seguente immagine: in un full frame, il raggio riesce a scorrere da sinistra a destra più volte (625 per l'esattezza), disegnando, per così dire, una linea sullo schermo.

Per evitare che sullo schermo siano visibili linee inverse, viene utilizzato uno speciale circuito di soppressione del raggio.

Regolando la tensione sugli elettrodi del cinescopio, è possibile regolare la luminosità del bagliore (la portata del fascio di elettroni), il suo contrasto e anche focalizzare il raggio. In pratica (in condizioni reali), il segnale dell'immagine viene fornito al catodo del cinescopio e la luminosità viene regolata modificando la tensione sul modulatore. L'esempio discusso sopra è essenzialmente solo una versione monocolore del cinescopio, dove il il segnale dell'immagine differisce solo nelle gradazioni (differenze nelle aree di luminosità) dell'immagine.

Angolo del fascio luminoso

L'angolo di deflessione del fascio CRT è l'angolo massimo tra due possibili posizioni del fascio di elettroni all'interno della lampadina in cui un punto luminoso è ancora visibile sullo schermo. Il rapporto tra la diagonale (diametro) dello schermo e la lunghezza del CRT dipende dall'angolo. Per i CRT oscillografici, di solito è fino a 40°, il che è dovuto alla necessità di aumentare la sensibilità del raggio agli effetti delle piastre di deflessione e garantire la linearità delle caratteristiche di deflessione. Per i primi tubi catodici televisivi sovietici con schermo rotondo l'angolo di deflessione era di 50°, per i tubi catodici in bianco e nero delle versioni successive era di 70° e a partire dagli anni '60 aumentò fino a 110° (uno dei primi tubi catodici televisivi sovietici con schermo rotondo). tali tubi catodici erano 43LK9B). Per i cinescopi domestici è di 90°.

All’aumentare dell’angolo di deflessione del raggio diminuiscono però le dimensioni ed il peso del cinescopio:

· aumenta la potenza consumata dalle unità di scansione. Per risolvere questo problema, il diametro del collo del cinescopio è stato ridotto, il che, tuttavia, ha richiesto una modifica nel design del cannone elettronico.

· stanno aumentando i requisiti di precisione nella produzione e nell'assemblaggio del sistema di deflessione, che è stato realizzato assemblando il cinescopio con il sistema di deflessione in un unico modulo e assemblandolo in fabbrica.

· aumenta il numero di elementi necessari per impostare la geometria raster e le informazioni.

Tutto ciò ha portato al fatto che in alcune zone vengono ancora utilizzati cinescopi da 70 gradi. Inoltre, un angolo di 70° continua ad essere utilizzato nei tubi catodici in bianco e nero di piccole dimensioni (ad esempio 16LK1B), dove la lunghezza non gioca un ruolo così significativo.

Trappola ionica

Poiché è impossibile creare un vuoto perfetto all'interno del cinescopio, alcune molecole d'aria rimangono all'interno. Quando entrano in collisione con gli elettroni, formano ioni che, avendo una massa molte volte maggiore della massa degli elettroni, praticamente non deviano, bruciando gradualmente il fosforo al centro dello schermo e formando una cosiddetta macchia ionica. Per combattere questo fenomeno, fino alla metà degli anni ’60, veniva utilizzato il principio della “trappola ionica”: l’asse del cannone elettronico era situato ad un certo angolo rispetto all’asse del cinescopio, e un magnete regolabile situato all’esterno forniva un campo che trasformava il flusso di elettroni verso l'asse. Ioni massicci, muovendosi rettilineamente, caddero nella trappola stessa.

Tuttavia, questa costruzione ha costretto ad aumentare il diametro del collo del cinescopio, che ha portato ad un aumento della potenza richiesta nelle bobine del sistema di deflessione.

All'inizio degli anni '60 fu sviluppato un nuovo metodo per proteggere il fosforo: l'alluminizzazione dello schermo, che raddoppiò anche la luminosità massima del cinescopio, eliminando la necessità di una trappola ionica.

Ritardo nell'alimentazione della tensione all'anodo o al modulatore

In un televisore, la cui scansione orizzontale viene effettuata utilizzando lampade, la tensione sull'anodo del cinescopio appare solo dopo che la lampada di scansione orizzontale in uscita e il diodo smorzatore si sono riscaldati. A questo punto, il calore del cinescopio si è già riscaldato.

L'introduzione di circuiti interamente a semiconduttore nelle unità di scansione orizzontale ha dato origine al problema dell'usura accelerata dei catodi del cinescopio a causa dell'alimentazione di tensione all'anodo del cinescopio contemporaneamente all'accensione. Per combattere questo fenomeno furono sviluppate unità amatoriali che ritardavano l'erogazione di tensione all'anodo o al modulatore del cinescopio. È interessante notare che in alcuni di essi, nonostante fossero destinati all'installazione in televisori a stato solido, come elemento di ritardo è stato utilizzato un tubo radio. Successivamente iniziarono a essere prodotti i televisori produzione industriale, in cui tale ritardo è previsto inizialmente.

3. Tubi catodici a colori

Dispositivo cinescopio a colori. 1 --Cannoni elettronici. 2 -- Raggi elettronici. 3 -- Bobina di messa a fuoco. 4 -- Bobine di deflessione. 5 -- Anodo. 6 -- Una maschera che permette al raggio rosso di colpire il fosforo rosso, ecc. 7 -- Grani di fosforo rosso, verde e blu. 8 -- Maschera e grani di fosforo (ingranditi).

Un cinescopio a colori differisce da uno in bianco e nero in quanto ha tre cannoni: "rosso", "verde" e "blu" (1). Di conseguenza, sullo schermo 7 vengono applicati tre tipi di fosforo in un certo ordine: rosso, verde e blu ( 8 ).

A seconda del tipo di maschera utilizzata, le pistole nel collo del cinescopio si trovano a forma di delta (agli angoli di un triangolo equilatero) o planari (sulla stessa linea). Alcuni elettrodi con lo stesso nome di diversi cannoni elettronici sono collegati da conduttori all'interno del cinescopio. Si tratta di elettrodi di accelerazione, elettrodi di focalizzazione, riscaldatori (collegati in parallelo) e, spesso, modulatori. Questa misura è necessaria per risparmiare il numero di perni del cinescopio, a causa di dimensioni limitate il suo collo.

Solo il raggio della pistola rossa colpisce il fosforo rosso, solo il raggio della pistola verde colpisce quello verde, ecc. Ciò si ottiene installando una griglia metallica tra le pistole e lo schermo, chiamata maschera (6 ). Nei moderni cinescopi, la maschera è realizzata in invar, un tipo di acciaio con un piccolo coefficiente di dilatazione termica.

CRT con maschera d'ombra

Per questo tipo di CRT, la maschera è una griglia metallica (solitamente Invar) con fori rotondi opposti a ciascuna triade di elementi fosforici. Il criterio per la qualità dell'immagine (nitidezza) è il cosiddetto passo dei grani o passo dei punti, che caratterizza la distanza in millimetri tra due elementi di fosforo (punti) dello stesso colore. Minore è questa distanza, maggiore sarà la qualità dell'immagine riprodotta dal monitor. Uno schermo CRT con maschera d'ombra è solitamente parte di una sfera dal diametro abbastanza grande, che può essere notato dalla convessità dello schermo dei monitor con questo tipo di CRT (o può non essere notato se il raggio della sfera è molto grande). Gli svantaggi di un CRT con maschera d'ombra includono il fatto che un gran numero di gli elettroni (circa il 70%) vengono trattenuti dalla maschera e non raggiungono gli elementi fosforici. Ciò può causare il surriscaldamento della maschera e una distorsione termica (che può causare una distorsione dei colori sullo schermo). Inoltre, nei CRT di questo tipo è necessario utilizzare un fosforo con un'emissione luminosa maggiore, il che porta ad un certo deterioramento della resa cromatica. Se parliamo dei vantaggi dei CRT con una maschera d'ombra, dovremmo notare la buona chiarezza dell'immagine risultante e la loro relativa economicità.

CRT con griglia di apertura

In un tale CRT non sono presenti fori di spillo nella maschera (solitamente realizzata in pellicola). Invece di loro, vengono realizzati sottili fori verticali bordo superiore maschere fino in fondo. Quindi, è un reticolo di linee verticali. Poiché la maschera è realizzata in questo modo, è molto sensibile a qualsiasi tipo di vibrazione (che, ad esempio, può verificarsi quando si tocca leggermente lo schermo del monitor). Inoltre è tenuta in posizione da sottili fili orizzontali. monitor con una dimensione di 15 pollici, un tale filo è uno su 17 e 19 due e in quelli di grandi dimensioni ce ne sono tre o più. Su tutti questi modelli, le ombre di questi fili sono evidenti, soprattutto su uno schermo luminoso all'inizio può essere un po' fastidioso, ma col tempo probabilmente ti abituerai a questo. Fa parte di un cilindro di grande diametro. Di conseguenza, è completamente piatto verticalmente e leggermente convesso orizzontalmente con una maschera d'ombra) ecco il passo della striscia: la distanza minima tra due strisce di fosforo dello stesso colore (misurata in millimetri). Il vantaggio di tali CRT rispetto al precedente sono i colori più saturi e un'immagine più contrastante. E

È anche uno schermo più piatto, che riduce in modo abbastanza significativo la quantità di riflessi su di esso. Gli svantaggi includono un po' meno chiarezza del testo sullo schermo.

CRT con maschera a fessura

Il CRT a maschera a fessura è un compromesso tra le due tecnologie già descritte. Qui, i fori nella maschera corrispondenti a una triade di fosfori sono realizzati sotto forma di fessure verticali allungate di breve lunghezza. Le file verticali adiacenti di tali fessure sono leggermente sfalsate l'una rispetto all'altra. Si ritiene che i CRT con questo tipo di maschera presentino una combinazione di tutti i vantaggi ad essa inerenti. In pratica, la differenza tra l'immagine su un CRT con una fessura o un reticolo di apertura è poco evidente. I CRT con maschera a fessura sono solitamente chiamati Flatron, DynaFlat, ecc.

4. Vantaggi e svantaggi del CRT

Vantaggi di un cinescopio:

1. Ampia gamma di colori di un display basato su CRT grazie all'uso di fosfori con elevata purezza del colore emesso.

2. Luminosità e contrasto dell'immagine sufficienti per la maggior parte delle applicazioni.

3. Costo relativamente basso.

4. L'immagine può essere osservata in condizioni di illuminazione diretta della luce solare, a differenza degli schermi LCD (sui quali si scurisce e scompare).

5. Bassa inerzia. Il fascio di elettroni può essere controllato ad alta velocità e quindi i CRT vengono utilizzati negli oscilloscopi e nei proiettori telecinematici (per convertire le immagini della pellicola in un segnale televisivo in tempo reale).

Svantaggi del cinescopio:

1. Grandi dimensioni e peso.

2. La difficoltà di produrre CRT con grandi diagonali.

3. Aumento del consumo energetico.

4. Deterioramento della resa cromatica nel tempo dovuto all'invecchiamento del fosforo e del materiale del catodo.

5. Sfarfallio dell'immagine.

6. Radiazioni elettromagnetiche dannose.

7. Se il display CRT è configurato in modo errato, potrebbero verificarsi distorsioni geometriche, disallineamento e sfocatura.

8. I CRT sono sensibili ai campi magnetici esterni.

9. Maggiori requisiti per la sicurezza elettrica. La presenza di circuiti ad alta tensione all'interno del display impone requisiti speciali al loro isolamento e alla qualità della produzione dei componenti elettronici in questi circuiti.

10. Quando un'immagine fissa viene visualizzata sullo schermo per un lungo periodo, il fascio di elettroni “colpisce” i punti (“grani”) del fosforo milioni di volte. In questo caso, il fosforo viene "bruciato" e sullo schermo appare un'immagine "fantasma" permanente.

11. I CRT sono esplosivi (perché all'interno del bulbo è presente il vuoto). Ecco perché hanno una boccetta di vetro spessa. Lo smaltimento di tali display deve tenere conto dei requisiti di sicurezza.

Bibliografia

1. Basi fisiche per ottenere informazioni: sintesi di riferimento / I.V. Gazeeva. - San Pietroburgo: SPbGIKiT, 2017. - 211 p.

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Kinescope

3. http://megabook.ru

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§ 137. Tubo a raggi catodici. Oscilloscopio

Gli oscilloscopi vengono utilizzati per osservare, registrare, misurare e controllare vari processi di cambiamento nei dispositivi di automazione, nella telemeccanica e in altri campi della tecnologia (figura 198). La parte principale dell'oscilloscopio è un tubo a raggi catodici, un dispositivo di vuoto elettrico, nella sua forma più semplice progettato per convertire i segnali elettrici in luce.

Consideriamo come un elettrone e un fascio di elettroni vengono deviati nel campo elettrico di un tubo a raggi catodici di un oscilloscopio.
Se un elettrone viene posto tra due piastre parallele (Fig. 199, a), aventi cariche elettriche opposte, quindi sotto l'influenza del campo elettrico che si forma tra le piastre, l'elettrone si defletterà, poiché è carico negativamente. Spinge giù il piatto UN, avente una carica negativa, ed è attratto dalla piastra B, avendo un positivo carica elettrica. Il movimento dell'elettrone sarà diretto lungo le linee del campo.


Quando una persona che si muove a velocità entra nel campo tra le piastre V elettrone (Fig. 199, b), quindi non agisce solo sulle forze di campo F, ma anche forza F 1, diretto lungo il suo movimento. Come risultato dell'azione di queste forze, l'elettrone devierà dal suo percorso rettilineo e si muoverà lungo la linea OK. - in diagonale.
Se uno stretto fascio di elettroni in movimento viene fatto passare tra le piastre - un fascio di elettroni (Fig. 199, c), si defletterà sotto l'influenza di un campo elettrico. L'angolo di deflessione del fascio di elettroni dipende dalla velocità di movimento degli elettroni che compongono il fascio e dall'entità della tensione che crea il campo elettrico tra le piastre.
Ogni tubo a raggi catodici (fig. 200) è un cilindro dal quale viene pompata l'aria. La parte conica della superficie interna del cilindro è ricoperta di grafite e si chiama acquadag. All'interno del cilindro 3 si adatta al faretto elettronico 8 - cannone elettronico, piastre di deflessione 4 E 6 e schermo 5 . L'illuminatore a tubo elettronico è costituito da un catodo riscaldato, che emette elettroni, e da un sistema di elettrodi che formano il fascio di elettroni. Questo fascio, emesso dal catodo del tubo, si muove ad alta velocità verso lo schermo ed è essenzialmente una corrente elettrica diretta in senso contrario al movimento degli elettroni.


Il catodo è un cilindro di nichel, la cui estremità è rivestita da uno strato di ossido. Il cilindro è posto su un tubo ceramico a pareti sottili e al suo interno è posto un filamento di tungsteno a forma di spirale per riscaldare il catodo.
Il catodo si trova all'interno dell'elettrodo di controllo 7 a forma di tazza. Sul fondo della coppa viene praticato un piccolo foro attraverso il quale passano gli elettroni emessi dal catodo; si chiama questo buco diaframma. Una piccola tensione negativa (dell'ordine di diverse decine di volt) viene applicata all'elettrodo di controllo rispetto al catodo. Crea un campo elettrico che agisce sugli elettroni emessi dal catodo in modo che vengano raccolti in un fascio stretto diretto verso lo schermo del tubo. Viene chiamato il punto di intersezione delle traiettorie di volo degli elettroni primo fuoco del tubo. Aumentando la tensione negativa sull'elettrodo di controllo, alcuni elettroni possono essere deviati a tal punto da non passare attraverso il foro e quindi il numero di elettroni che colpiscono lo schermo diminuirà. Modificando la tensione dell'elettrodo di controllo, è possibile regolare il numero di elettroni in esso contenuti. Ciò consente di modificare la luminosità del punto luminoso sullo schermo del tubo catodico, che è coperto composizione speciale, che ha la capacità di brillare sotto l'influenza di un fascio di elettroni che lo colpisce.
Il cannone elettronico comprende anche due anodi che creano un campo di accelerazione: il primo è di focalizzazione 1 e il secondo è il manager 2 . Ciascuno degli anodi è un cilindro con un diaframma, che serve a limitare la sezione trasversale del fascio di elettroni.
Gli anodi si trovano lungo l'asse del tubo ad una certa distanza l'uno dall'altro. Al primo anodo viene applicata una tensione positiva dell'ordine di diverse centinaia di volt e il secondo anodo, collegato all'acquadag del tubo, ha un potenziale positivo molte volte maggiore del potenziale del primo anodo.
Gli elettroni che fuoriescono dal foro dell'elettrodo di controllo, entrando nel campo elettrico del primo anodo, acquisiscono un'alta velocità. Volando all'interno del primo anodo, il fascio di elettroni viene compresso sotto l'influenza delle forze del campo elettrico e forma un sottile fascio di elettroni. Successivamente, gli elettroni volano attraverso il secondo anodo, acquisiscono una velocità ancora maggiore (diverse migliaia di chilometri al secondo) e volano attraverso il diaframma verso lo schermo. Su quest'ultimo, sotto l'influenza degli impatti degli elettroni, si forma una macchia luminosa con un diametro inferiore a un millimetro. Questo posto si trova secondo fuoco tubo a raggi catodici.
Per deviare il fascio di elettroni su due piani, il tubo a raggi catodici è dotato di due coppie di piastre 6 E 4 , situati su diversi piani perpendicolari tra loro.
Prima coppia di piatti 6 , che si trova più vicino al cannone elettronico, serve a deviare il raggio in direzione verticale; vengono chiamati questi piatti deflessione verticale. Seconda coppia di piatti 4 , situato più vicino allo schermo del tubo, serve a deviare il raggio in direzione orizzontale; vengono chiamati questi piatti deflessione orizzontale.
Consideriamo il principio di funzionamento delle piastre di deflessione (Fig. 201).


Piastre di deflessione IN 2 e G 2 collegati ai cursori del potenziometro P in e P d. Una tensione costante viene applicata alle estremità dei potenziometri. Piastre di deflessione IN 1 e G 1, come i punti medi dei potenziometri, sono collegati a massa e i loro potenziali sono pari a zero.
Quando i cursori del potenziometro sono nella posizione centrale, il potenziale su tutte le piastre è zero e il fascio di elettroni crea un punto luminoso al centro dello schermo: un punto DI. Quando si sposta il cursore del potenziometro P g lasciato sul piatto G 2, viene applicata una tensione negativa e quindi il fascio di elettroni, respingendosi da questa piastra, devierà e il punto luminoso sullo schermo si sposterà nella direzione del punto UN.
Quando si sposta il cursore del potenziometro P g potenziale della placca destra G 2 il fascio di elettroni aumenterà e, di conseguenza, il punto luminoso sullo schermo si sposterà orizzontalmente rispetto al punto B. Quindi, con un continuo cambiamento del potenziale sul piatto G 2 il fascio di elettroni disegnerà una linea orizzontale sullo schermo AB.
Allo stesso modo quando si cambia con un potenziometro P nella tensione sulle piastre di deflessione verticale, il raggio si defletterà verticalmente e disegnerà una linea verticale sullo schermo VG. Modificando contemporaneamente la tensione su entrambe le coppie di piastre di deflessione, il fascio di elettroni può essere spostato in qualsiasi direzione.
Lo schermo di un tubo a raggi catodici è rivestito con un composto speciale: un fosforo che può brillare sotto l'influenza degli impatti di elettroni che volano rapidamente. Pertanto, quando un raggio focalizzato colpisce l'uno o l'altro punto dello schermo, inizia a brillare.
Per rivestire gli schermi dei tubi a raggi catodici vengono utilizzati fosfori sotto forma di ossido di zinco, zinco berillio, una miscela di solfato di zinco con solfato di cadmio, ecc. Questi materiali hanno la proprietà di continuare a brillare per qualche tempo dopo che gli impatti degli elettroni si sono fermato. Ciò significa che lo hanno fatto riverbero.
È noto che l'occhio umano, dopo aver ricevuto un'impressione visiva, può trattenerla per circa 1/16 di secondo. In un tubo a raggi catodici, il raggio attraverso lo schermo può muoversi così velocemente che più punti luminosi successivi sullo schermo vengono percepiti dall'occhio come una linea luminosa continua.
La tensione da studiare (considerare) utilizzando un oscilloscopio viene applicata alle piastre di deflessione verticale del tubo. Alle piastre di deflessione orizzontali viene applicata una tensione a dente di sega, il cui grafico è mostrato in Fig. 202, a.

Questa tensione è fornita da un generatore di impulsi elettronico a dente di sega, montato all'interno dell'oscilloscopio. Sotto l'influenza di una tensione a dente di sega, il fascio di elettroni si muove orizzontalmente sullo schermo. Durante T 1 - T 8 il raggio si sposta sullo schermo da sinistra a destra e nel tempo T 9 - T 10 ritorna rapidamente nella sua posizione originale, poi si sposta nuovamente da sinistra a destra, ecc.
Scopriamo come è possibile vedere sullo schermo di un tubo catodico di un oscilloscopio l'andamento della curva dei valori di tensione istantanea forniti alle piastre di deflessione verticale. Supponiamo che ai tubi di deflessione orizzontale venga applicata una tensione a dente di sega con un'ampiezza di 60 V e con un periodo di variazione di 1/50 sez.
Nella fig. La Figura 202, b mostra un periodo di tensione sinusoidale, la forma della curva di cui vogliamo vedere, e il cerchio (Fig. 202, c) mostra il movimento risultante del fascio di elettroni sullo schermo del tubo dell'oscilloscopio.
Le tensioni negli stessi istanti hanno le stesse designazioni nei due grafici superiori.
In un momento preciso T 1 tensione a dente di sega ( U d), che devia orizzontalmente il fascio di elettroni, è pari a 60 V e lo stress sulle placche verticali Uè uguale a zero e un punto si illumina sullo schermo O 1 . In un momento preciso T 2 tensione U g = -50 V e la tensione U dentro = 45 V. In un tempo pari a T 2 - T 1, il fascio di elettroni si sposterà nella posizione O 2 in linea O 1 - O 2. In un momento preciso T 3 tensione U g = 35 V e la tensione U pollici = 84,6 V. Durante T 3 - T 2 raggio si sposterà al punto O 3 in linea O 2 - O 3, ecc.
Il processo di azione dei campi elettrici creati da entrambe le coppie di piastre di deflessione sul fascio di elettroni continuerà e il fascio verrà deviato ulteriormente lungo la linea O 3 - O 4 - o 6, ecc.
Durante T 10 - T 9, il fascio di elettroni devierà rapidamente verso sinistra (il fascio si invertirà), quindi il processo verrà ripetuto: la tensione da testare cambia periodicamente, quindi il fascio di elettroni si sposterà ripetutamente lungo lo stesso percorso, risultando in un fascio abbastanza luminoso linea, di forma simile alla forma della curva di tensione applicata alle piastre di deflessione verticale del tubo.
Poiché il periodo (e la frequenza) delle tensioni degli impulsi di scansione a dente di sega e la tensione in esame sono uguali, la sinusoide sullo schermo sarà immobile. Se la frequenza di queste tensioni è diversa e non multipla l'una dell'altra, l'immagine si sposterà lungo lo schermo del tubo.
Quando due tensioni sinusoidali di uguale ampiezza e frequenza, ma sfasate di 90°, sono collegate ad entrambe le coppie di piastre di deflessione, sullo schermo del tubo sarà visibile un cerchio. Pertanto, utilizzando un oscilloscopio, è possibile osservare ed esaminare vari processi che si verificano nei circuiti elettrici. Oltre al generatore di impulsi a dente di sega, l'oscilloscopio è dotato di amplificatori per amplificare la tensione applicata alle piastre di deflessione del raggio verticale e la tensione a dente di sega applicata alle piastre di deflessione orizzontale.

Dopo il sistema di deflessione, gli elettroni cadono sullo schermo CRT. Lo schermo è costituito da un sottile strato di fosforo applicato sulla superficie interna della parte terminale del palloncino e capace di brillare intensamente se bombardato da elettroni.

In alcuni casi, sopra lo strato di fosforo viene applicato un sottile strato conduttivo di alluminio. Le proprietà dello schermo sono determinate da its

caratteristiche e parametri. I parametri della schermata principale includono: Primo E potenziali del secondo schermo critico, luminosità del bagliore, efficienza luminosa, durata del bagliore successivo.

Potenziale dello schermo. Quando lo schermo viene bombardato da un flusso di elettroni proveniente dalla sua superficie, si verifica un'emissione di elettroni secondari. Per rimuovere gli elettroni secondari, le pareti del tubo vicino allo schermo sono rivestite con uno strato conduttivo di grafite, collegato al secondo anodo. Se ciò non viene fatto, gli elettroni secondari, tornando allo schermo, insieme a quelli primari, ne abbasseranno il potenziale. In questo caso, nello spazio tra lo schermo e il secondo anodo, viene creato un campo elettrico frenante, che rifletterà gli elettroni del fascio. Pertanto, per eliminare il campo frenante dalla superficie di uno schermo non conduttore, è necessario rimuovere la carica elettrica trasferita fascio di elettroni. Quasi l’unico modo per compensare la tassa è utilizzare l’emissione secondaria. Quando gli elettroni cadono sullo schermo, loro energia cinetica viene convertito in energia luminosa dello schermo, lo riscalda e provoca un'emissione secondaria. Il valore del coefficiente di emissione secondaria o determina il potenziale dello schermo. Il coefficiente di emissione di elettroni secondari a = / in // l (/„ è la corrente degli elettroni secondari, / l è la corrente del fascio o la corrente degli elettroni primari) dalla superficie dello schermo in un'ampia gamma di cambiamenti di energia degli elettroni primari supera l'unità (Fig. 12.8, O < 1 на участке O A curva a V < С/ кр1 и при 15 > S/cr2).

A E < (У кр1 число уходящих-от экрана вторичных электронов meno numero primario, che porta all’accumulo carica negativa sullo schermo, la formazione di un campo frenante per gli elettroni del fascio nello spazio tra il secondo anodo e lo schermo e la loro riflessione; Non c'è luminosità sullo schermo. Potenziale e l2= Ã/крР corrispondente al punto A in Fig. 12.8, chiamato primo potenziale critico.

Per C/a2 = £/cr1 il potenziale dello schermo è prossimo allo zero.

Se l'energia del raggio diventa maggiore di e£/cr1, allora o > 1 e lo schermo inizia a caricarsi

Riso. 12.8

rispetto all'ultimo anodo del faretto. Il processo continua finché il potenziale dello schermo diventa approssimativamente uguale al potenziale del secondo anodo. Ciò significa che il numero di elettroni che lasciano lo schermo è uguale al numero di elettroni incidenti. Nell'intervallo del raggio l'energia cambia da e£/cr1 a C/cr2 c > 1 e il potenziale dello schermo è abbastanza vicino al potenziale dell'anodo del proiettore. A e &2 > N cr2 coefficiente di emissione secondaria a< 1. Потенциал экрана вновь снижается, и у экрана начинает формироваться тормозящее для электронов луча поле. Потенциал E kr2 (corrisponde al punto IN nella fig. 12.8) viene chiamato secondo potenziale critico O massimo potenziale.

A energie del fascio di elettroni più alte e11 kr2 La luminosità dello schermo non aumenta. Per diversi schermi Ã/кр1 = = 300...500 V, e kr2= 5...40 kV.

Se è necessario ottenere un'elevata luminosità, il potenziale dello schermo viene mantenuto forzatamente uguale al potenziale dell'ultimo elettrodo del faretto utilizzando un rivestimento conduttivo. Il rivestimento conduttivo è collegato elettricamente a questo elettrodo.

Emissione luminosa. Questo è un parametro che determina il rapporto tra l'intensità della luce J cv, emesso dal fosforo normale alla superficie dello schermo, alla potenza del fascio di elettroni R el incidente sullo schermo:

L'emissione luminosa μ determina l'efficienza del fosforo. Non tutta l'energia cinetica degli elettroni primari viene convertita in energia di radiazione visibile; una parte di essa va al riscaldamento dello schermo, all'emissione di elettroni secondari e alla radiazione negli intervalli spettrali dell'infrarosso e dell'ultravioletto. L'emissione luminosa è misurata in candele per watt: per diversi schermi varia tra 0,1 e 15 cd/W. A basse velocità degli elettroni, si verifica il bagliore strato superficiale e parte della luce viene assorbita dal fosforo. All’aumentare dell’energia degli elettroni, l’emissione luminosa aumenta. Tuttavia, a velocità molto elevate, molti elettroni penetrano nello strato di fosforo senza produrre eccitazione e si verifica una diminuzione dell'emissione luminosa.

Luminosità del bagliore. Si tratta di un parametro che è determinato dall'intensità della luce emessa nella direzione dell'osservatore da un metro quadrato di superficie uniformemente luminosa. La luminosità è misurata in cd/m2. Dipende dalle proprietà del fosforo (caratterizzato dal coefficiente A), dalla densità di corrente del fascio di elettroni y, dalla differenza di potenziale tra catodo e schermo II e potenziale minimo dello schermo 11 0, al quale si osserva ancora la luminescenza dello schermo. La luminosità del bagliore obbedisce alla legge

Valori esponenti p e il potenziale £/0 per diversi fosfori varia entro i limiti di 1...2,5 e

30...300 V. In pratica la dipendenza lineare della luminosità dalla densità di corrente y viene mantenuta fino a circa 100 μA/cm 2. A densità di corrente elevate, il fosforo inizia a riscaldarsi e a bruciarsi. Il modo principale per aumentare la luminosità è aumentare E.

Risoluzione. Questo importante parametro è definito come la capacità di un CRT di riprodurre i dettagli dell'immagine. La risoluzione è stimata dal numero di punti o linee (file) luminosi individualmente distinguibili, rispettivamente, per 1 cm 2 di superficie o 1 cm di altezza dello schermo, o per l'intera altezza della superficie di lavoro dello schermo. Di conseguenza per aumentare la risoluzione è necessario ridurre il diametro del fascio, ovvero è necessario un fascio sottile ben focalizzato con un diametro di decimi di mm. Minore è la corrente del raggio e maggiore è la tensione di accelerazione, maggiore è la risoluzione. In questo caso si ottiene la migliore messa a fuoco. La risoluzione dipende anche dalla qualità del fosforo (i grani di fosforo diffondono la luce) e dalla presenza di aloni derivanti dalla riflessione interna totale nella parte di vetro dello schermo.

Durata del bagliore residuo. Il tempo durante il quale la luminosità diminuisce all'1% del valore massimo è chiamato tempo di afterglow dello schermo. Tutte le schermate sono suddivise in schermate con durata molto breve (meno di 10 5 s), breve (10“ 5 ...10“ 2 s), media (10 2 ...10 1 s), lunga (10 Ch.Lb s ) e un bagliore residuo molto lungo (più di 16 s). Le valvole a persistenza breve e brevissima sono largamente usate in oscillografia, mentre quelle a persistenza media sono largamente usate in televisione. Gli indicatori radar utilizzano tipicamente tubi con una lunga persistenza.

Nei tubi radar vengono spesso utilizzati schermi di lunga durata con rivestimento a due strati. Il primo strato di fosforo - con un breve bagliore di colore blu- è eccitato da un fascio di elettroni e il secondo - con giallo bagliore e lungo bagliore - eccitato dalla luce del primo strato. In tali schermi è possibile ottenere una postluminescenza fino a diversi minuti.

Tipi di schermi. Molto Grande importanza ha il colore luminoso del fosforo. Nella tecnologia oscillografica, quando si osserva visivamente lo schermo, vengono utilizzati CRT con una luce verde, che è la meno stancante per la vista. L'ortosilicato di zinco attivato con manganese (willemite) ha questo colore luminoso. Per la fotografia sono preferiti gli schermi con una luce blu, caratteristica del tungstato di calcio. Nel ricevere tubi televisivi con un'immagine in bianco e nero, cercano di ottenere Colore bianco, per il quale vengono utilizzati fosfori da due componenti: blu e giallo.

Anche i seguenti fosfori sono ampiamente utilizzati per la produzione di rivestimenti per schermi: solfuri di zinco e cadmio, silicati di zinco e magnesio, ossidi e ossisolfuri di elementi delle terre rare. I fosfori a base di elementi delle terre rare presentano numerosi vantaggi: sono più resistenti varie influenze rispetto a quelli al solfuro, sono abbastanza efficaci, hanno una banda spettrale di emissione più stretta, il che è particolarmente importante nella produzione di tubi catodici a colori, dove è richiesta un'elevata purezza del colore, ecc. Un esempio è il fosforo relativamente ampiamente utilizzato a base di ossido di ittrio attivato da europium U 2 0 3: Ehi. Questo fosforo ha una banda di emissione stretta nella regione rossa dello spettro. Buone caratteristiche Esiste anche un fosforo costituito da ossisolfuro di ittrio con una miscela di europio Y 2 0 3 8: Eu, che ha un'intensità massima di emissione nella regione rosso-arancio dello spettro visibile e una migliore resistenza chimica rispetto a Y 2 0 3: fosforo Eu .

L'alluminio è chimicamente inerte quando interagisce con i fosfori dello schermo, si applica facilmente alla superficie mediante evaporazione sotto vuoto e riflette bene la luce. Gli svantaggi degli schermi alluminizzati includono il fatto che il film di alluminio assorbe e disperde elettroni con un'energia inferiore a 6 keV, quindi in questi casi l'emissione luminosa diminuisce drasticamente. Ad esempio, l'efficienza luminosa di uno schermo alluminizzato con un'energia elettronica di 10 keV è circa il 60% maggiore rispetto a 5 keV. Gli schermi a tubo sono di forma rettangolare o rotonda.