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CRT技术的兴起衰落和现代使用

2021-07-09 来源:邢台机械信息网

CRT技术的兴起,衰落和现代使用

几十年前,几乎所有的计算机显示器,雷达装置,电视和示波器都采用阴极射线管作为用户的视觉界面。如今,除了一些教育模型和雷达设备的替代品之外,CRT不再用作显示器。(CRT材料和工艺技术在整个真空管行业中仍然很普遍,在白炽灯,荧光灯和大功率弧光灯,微波,行波和大功率放大器管,x-射线管和用于加热的磁控管中国机械网okmao.com。)

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但是值得仔细看一下CRT,尤其是在示波器中。阴极射线是在19世纪末发现的,就在James Clerk Maxwell发现光是电磁辐射的一种形式的同时。阴极射线在真空管中产生,在玻璃壁上投射出阴影,表明它们沿直线传播。1890年,人们发现阴极射线可以被静电场偏转,威廉·克鲁克斯(William Crookes)证明了磁场可以使阴极射线偏转。

克鲁克斯管于1870年代在英国开发,由玻璃外壳组成,从中可以部分排出空气。真空是必需的,因此电子可以不受阻碍地传播。后来,当引入热阴极时,还需要真空,因此加热阴极的白炽灯丝不会烧坏。(原始的克鲁克斯管是一种冷阴极装置。)许多研究人员对这些阴极射线的特性进行了研究,撰写和演讲。1897年,JJ汤普森(JJ Thompson)将它们识别为负粒子流,后来称为“电子”。

在克鲁克斯管中,电子是通过围绕阴极的低压空气的电离产生的。在阴极和阴极之间在管的远端施加了高达100 kV的直流电压。产生的场加速了残留气体中存在的带电离子和电子。这些激发的粒子与其他气体分子碰撞,释放出更多的电子,并将分子转换为正离子,然后被吸引回阴极。撞击后,额外的电子被释放,与电子束结合并增强电子束。

光束以大约20%的光速行进,许多电子飞过阳极,撞击电子管的端壁。它们与玻璃中的原子碰撞,将绕行的电子撞击到高能壳中。这些电子向后退,发出光子,一种光辉,可见于玻璃外壳的外面。接下来,研究人员在玻璃墙的内部应用了荧光粉涂层,增强了可见度并产生了持久性。撞击壁后,电子返回到阳极,通过连接的导体飞回,电源又返回到阴极。

1895年,威廉·伦琴(WilhelmR?ntgen)检测到了克鲁克斯管发出的X射线,立即提出了医学和诊断应用的建议。大约在1904年,克鲁克斯管演变为纯电子真空管,其中的热阴极被相邻的低压灯丝加热,并通过热电子发射产生电子流。在没有气体离子的情况下,该光束更易于控制,并与磷光体涂层结合在一起,制造用于示波器的CRT所剩下的全部是内部偏转板,而电视则是外部偏转线圈。

在电视和计算机显示器中,在出现平面屏幕(主要是LCD)技术之前,以固定的模式(称为光栅)扫描了CRT屏幕内部涂有磷光体的物体。在彩色电视中,通过改变对应于每种原色的三个电子束的每一个的强度,来产生图像,所述强度对应于视频信号幅度。这样可以在整个光谱范围内显示出细微的颜色。

CRT图

具有外部偏转线圈和聚焦线圈的CRT。在内部,阴极围绕加热器,而控制栅则同时围绕两者。

外部偏转线圈会产生波动的磁场,而不是像示波器中的偏转板那样,该磁场会穿透玻璃外壳使三个光束弯曲,因此在屏幕上会形成所需的图案移动点。三个视频信号的幅度导致三个光束以及所产生的光斑以足以防止闪烁的速度改变颜色和强度。在回扫期间,信号被消隐以消除明亮的返回线。电视使用外部磁偏转线圈而不是内部偏转板,因为在电视中,偏转板会由于光束的大偏转角而阻塞光束。

在示波器中,静电力是由洛伦兹力引起的,该力作用在电磁场中的任何带电粒子上。与磁场相反,静电力仅在静电场内起作用,并且还会使电子束偏转。静电场在与行进方向垂直的方向上对粒子施加力,该力与电场强度和粒子上的电荷成比例。在示波器中,信号被施加到垂直偏转板上。洛伦兹力随信号的瞬时幅度而变化。将均匀的时基应用于水平偏转板。屏幕上的结果是参考X和Y直角坐标的波形的可视显示。

显像管

带内部偏转板的小型CRT。用于电气连接的金属销钉穿过后部的玻璃外壳。

为了在模拟示波器上查看快速事件,CRT包含长效荧光粉。在现代数字存储范围内,持久性以电子方式发生,并且可由用户调整。对于CRT中的快速重复事件,宜使用短时荧光粉。为了在示波器CRT中显示快速的非重复事件,在屏幕上游安装了一个微通道板。二次发射极大地增加了撞击磷光体层的电子数量,从而提高了可读性。

在长时间持久性不足以显示快速,非重复信号的地方,开发了两种类型的直视式存储CRT,即荧光粉靶管和透射管。两种类型都包含传统的书写电子枪和泛光枪。

在某些情况下,可以远程捕获从电子枪,扫描电路以及CRT的相关布线发出的信号,并使用所谓的Van Eck辐射来重建CRT图像。在这里,通常使用专用设备来侦听设备的边带电磁辐射。

1985年,Wim van Eck对该现象进行了描述,并使用价值15美元的设备和一台电视机成功地偷听了数百米外的真实系统。现在,安全的政府设施会采取措施防止此类窃听。

如果掉落,CRT可能会变得危险。由于已经排走了相对大量的空气,因此产生的内爆非常强烈。您可能认为玻璃碎片会向内飞,但实际上,它们会飞出另一侧,对附近的任何人构成严重危害。

此外,CRT使用高电压来偏转和加速电子束。触摸裸露的端子甚至绝缘的导体都可能致命。即使关闭电源并断开与外部电源的连接,CRT仍会根据并行连接电路的时间常数在不同的间隔内保留危险电压。电解电容器因保持电荷而臭名昭著,并且还有分布电容的问题。CRT本身可能带有存储的电压,尤其是从柜子和机箱中取出时,没有什么东西可以泄放它。

21 CFR 1020.1中的食品和药物管理局法规适用于CRT排放。它们将CRT辐射在两英寸的距离内暴露于0.5 mR / hr。大多数CRT都符合要求。由于旧的CRT中含有镉和铅等毒素,环境保护署从2001年开始要求将旧的CRT发送到电子垃圾回收设施,而不是填埋或焚化。

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