-------------------------------------------------/
--|----|----|----|----|----|----|----|----|----|--
      1930      1940      1950      1960      1970

Katodstrålerör, CRT

Katodstrålerör
PHILIPS DGC75/3

Principbild av ett katodstrålerör med elektrostatisk fokusering och avlänkning

Glödtråd och katod

Glödtrådens diameter ø ≈ 0,15 mm.

Katod

Katodplattans diameter Ø = 2,5 mm

Katodplatta och styrgaller

Anod 1 och 2

Avlänkningsplattor D1 och D2

Katodstrålerör DG7

Inledning

Katodstråleröret, som är avsett för omvandling av elektriska signaler till en synlig bild, utgör den mest allmänna tillämpningen av avböjningsstyrning och avlänkning. Katodstråleröret uppfanns 1897 av Ferdinand Braun men blev vanligt  först på 1930-talet.

I katodstråleröret låter man en smal elektronstråle träffa en fluorescerande skärm, varvid en lysande punkt bildas. Med hjälp av elektrostatiska fält styrs strålen så att den förflyttar sig i horisontell resp. vertikal led.

Katodstråleröret (Cathode Ray Tube, förkortas CRT) kan indelas i oscillografrör och bildrör. Oscillografröret används i oscilloskop, spektrumanalysatorer och övervakningsskärmar. Bildröret används i TV- mottagare (”tjock-TV”) och bildskärmar for datorer (”tjock-bildskärmar”). 

Katodstrålerörets uppbyggnad

Katodstråleröret består av fyra huvuddelar, för det första en elektronkanon för alstring och fokusering av en elektronstråle, för det andra ett avlänkningssystem (elektrostatiskt), för det tredje en luminiscerande skärm, som alstrar ljus på de ställen där den bombarderas med elektroner samt slutligen ett evakuerat glasrör (glasbehållare), där hela elektrodsystemet är inneslutet.

Elektrodsystemet

Elektronkanon

Elektronkanonen består av glödtråd och katod.

Glödtråden arbetar som värmekälla vid indirekt upphettad katod. Då katodplattan är isolerad från glödtråden och indirekt upphettad, kan glödtråden tillverkas av metaller, som har hög smältpunkt som volfram och titan. Tråden är spiralformad och  har vanligtvis en diameter 0,1-0,25 mm. Den placeras i en nickelhylsa, som också utgör hållare (monteringsstag) för katodplattan.

Katoden är den elektronemitterande elektroden, som är indirekt upphettad och består vanligtvis av ett bariumoxidskikt, som ger lämplig emission .

Eftersom katodplattan k är isolerad från glödtråden, kan potentialen mellan dessa vara åtskild.  Katodens elektriska isolering medför en viss värmeisolering från glödtråden. Detta medför att det erfordras en tid för katoden att uppvärmas vid start.

Galler

Gallret g är utformat som en cylinder ”bländare”, med ett litet

cirkulärt hål som bidrar till att koncentrera elektronstrålen och tjänar på samma gång till att avlänka snett infallande elektroner. Genom att lägga på gallret g en negativ spänning i förhållande till katoden k får man möjlighet att reglera elektronströmmen och härigenom ljusintensiteten på skärmen.

Anoder

Med anoderna a₁ och a₂  accelereras elektronerna i riktning mot skärmen. Genom lämplig utformning av anoderna a₁ och a₂ och med rätt spänningsförhållande mellan dessa verkar fältet mellan dem fokuserande på elektronstrålen. Genom att ändra spänningen på anoden a₁ kan man fokusera strålen och variera punktstorleken på skärmen.

Avlänkningsplattor

Elektroderna D₁ och D₂ är elektronstrålens avlänkningsplattor.

När elektronstrålen S passerar genom det elektriska fältet mellan de två avlänkningsplattorna avlänkas den i olika riktningar. Genom att placera de två avlänkningsplattorna D₁ och D₂ vinkelrätt mot varandra, kan man åstadkomma två oberoende avlänkningar i x- och y-led.

Bildskärm, ”lysskärm”

Bildskärmens insida är täckt med ett fluorescerande material t.ex. zinksulfid , som ger ett gulgrönt ljus. Skärmen kan också beläggas med kalciumvolframat, som ger violett ljus och dessutom har kort efterlysningstid. Den emitterande ljuspunktens  ljusstyrka och koncentration (fokusering), justeras genom finreglering av spänningen på respektive styrgaller g och fokuseringselektrod a_1.   

Skärmad glaskolv

För att förhindra inverkan av störande yttre elektriska fält är insidan av glaskolven (sånär som på ett isolerande mellanrum invid skärmen) täckt med ett ledande kolskikt G. Kolskiktet  står i elektriskt förbindelse med anod a₂ för att få bästa skärmverkan. Den isolerande bildskärmen antar då en stabil potential, som understiger kolskiktet genom att avge en sekundärelektronström till detta. Denna ström inställer sig  så att den är lika stor som elektronstrålens ström.

Avlänkningskänslighet

Avlänkningskänsligheten definieras som förhållandet mellan ljuspunktens förflyttning på skärmen och den mellan plattorna pålagda spänningen. Avlänkningen för ett typiskt rör, Philips DG7-31/32 med ca 7 cm skärmdiameter och 500 V accelerationsspänning, till 0,35-0,43 mm/V. Vid presentation av snabba engångsförlopp är det nödvändigt att använda höga accelerationsspänningar (10-30 kV) för att få tillräcklig ljusintensitet.

Vid höga frekvenser är de normala tilledningarna från sockeln till avlänkningsplattorna ogynnsamma på grund av kapacitanser mellan dem. För sådana applikationer finns specialutföranden med genomföringar rakt ut genom glaskolven invid plattparen. Avlänkningshastigheten avtar också vid höga frekvenser på grund av löptiden i avlänkningsfältet.

Katodstrålerör G.E.C. 421C

G.E.C. 421C

(Utan glaskolv)

Speciella katodstrålerör

Katodstrålerör G.E.C. 421C

Röret är ett precisions-CRT, som har en liten bildskärm

Ø ≈ 32mm. Det är robust uppbyggt och används i militära sammanhang. Röret ingår i ”Nödpejler” SARAH Transmitter, Reciever används som indikator. För att få bilden större placeras en lins framför bildskärmen som är Ø=75 mm.  

SARAH är installerad bl.a. i helikopter Hkp 3.

PPI TONOTRON

PPI TONOTRON från sidan

PPI TONOTRON

Radar PPI TONOTRON, typ H1084E P31, är indikator för flygradarstation PS-01.

Flygradarstationen är installerad i flygplan J35 Draken och indikatorn sitter i centrum på instrumentbrädan i cockpit.

En viktig egenskap vid radaråtergivning är att PPI har efterlysning,som oftast kan justeras mellan 6-60 sekunder. För att kunna uppnå så långa efterlysningar är bildskärmen försedd med dubbla skikt, varav det ena skiktet närmast glaset är fosforescerande (vanligen orange) och det andra som exciteras av elektronstrålen, som avger blå luminiscens (ljus). Det inre skiktet träffas av elektronstrålen, som är intensiv och kortvarig. Elektronstrålen laddar indirekt upp det efterlysande fosforescerande skiktet, som har lång efterlysning.

Radar PPI används i många sammanhang för visning av området och positionering. PPI står för Plan Position Indikator.

(Inom datatekniken betyder PPI Pixes Per Inch.)

Tektronix T55P2 

Plan bildskärm Ø = 125 mm  

Magnetisk skärm 

T55P2-anslutningar

Katodstrålerör Tektronix T55P2

Katodstrålerör Tektronix T55P2 är installerat i oscilloskop Tektronix 515A.

För att kunna registrera snabba engångsförlopp med tillräcklig ljusintensitet och skärpa krävs hög accelerationsspänning. I röret tillämpas s.k. efteracceleration, där elektronstrålen accelereras  på vägen från avlänkningssystemet till bildskärmen. Kolskiktet på kolvens koniska del är uppdelat i två sektioner, åtskilda och isolerade från varandra. Den närmast bildskärmen belägna sektionen är förbunden med en genomföring, till vilken den extra accelerationsspänningen ansluts. En ändring av accelerationsspänningen medför oftast en justering av fokuseringen av ljuspunkten på bildskärmen.

För avancerade katodstrålerör finns efteraccelerationsspänningar upp till 20-30 kV, vilket klarar registreringar med höga skrivhastigheter.

Vid höga frekvenser kan de normala tilledningarna från sockeln till avlänkningsplattorna vara ogynnsamma. För att undvika kapacitiva kopplingar har genomföringarna från avlänkningsplattorna dragits rakt ut genom glaskolven. (Genomföringarna/anslutningarna är radiellt placerade på glaskolven.)

S2M12-2A

Katodstrålerör S2M12-2A (Philips MW6-2 = 3NP4 = CV1737)

Detta CRT har magnetisk avlänkning. Det användes för svartvit TV-mottagareprojektion redan1950.

Anodspänningen är 25 kV och för att förhindra överslag finns en särskilt formad isolator för anodkontakten.

Rörets dimensioner: Platta skärmen Ø=6,4 cm, längden 25 cm och rörets hals Ø=22 cm.

Katodstråleröret på bilden har frontskärmen försedd med en yttre lins som förstorar bilden.

Interna länkar: Bengt Bayard AEF 2006-11-03. Oscilloskop, oscillograf, katoskop- ”Kärt barn har många namn”.

Källor:

• Radio- och Teleteknik, Bokförlaget Institutet för Tekniska kurser, 1958.

• Elektrisk Mätteknik, Instrument och Apparater, Chalmers,1956.

• Elektroteknisk Handbok, Radio Radar Television Ljudteknik, Bokförlaget Natur och Kultur. Andra upplagan 1959.

Bilder: Göran Gustafsson.

Skrivet och sammanställt av: Göran Gustafsson.

Senast uppdaterad: 2013-10-07.

Flera större bilder visas i Bildbilagan.