jueves, 28 de febrero de 2008

TUBO DE RAYOS CATÓDICOS

INDICE

1. INTRODUCCION
1.1 Inicios
1.2 Partes
1.3 ¿Cómo se dirigen los electrones a la pantalla?
1.4 Aplicaciones

2. FUNCIONAMIENTO
2.1 Relación carga-masa
2.2 Movimiento entre las placas del condensador
2.3 Movimiento fuera de las placas del condensador

3. LA TELEVISIÓN
3.1 Los monitores en color con tubos catódicos

4. DIFERENCIAS ENTRE LOS TUBOS CATÓDICOS DE LOS TELEVISORES Y MONITORES, Y LOS DE LOS OSCILOSCOPIOS

5. DIFERENCIAS ENTRE EL TUBO DE RAYOS CATÓDICOS Y LA TELEVISIÓN LCD


1.-INTRODUCCIÓN

Un tubo de rayos catódicos consiste esencialmente en un cañón de electrones capaz de generar un delgado haz electrónico, un sistema deflector y una pantalla recubierta por una fina capa de una sustancia luminiscente.

El tubo de rayos catódicos o TRC es una de las principales piezas en el funcionamiento de un televisor. Gracias a esta válvula electrónica las señales eléctricas que se procesan desde su recepción en la antena y hasta su llegada a la placa base del TRC, pueden ser convertidas en información lumínica.


- INICIOS:

El tubo de rayos catódicos, o CRT, fue desarrollado por Ferdinand Braun, un científico Alemán, en 1897 pero no se utilizó hasta la creación de los primeros televisores a finales de la década de 1940. A pesar de que los tubos de rayos catódicos que se utilizan en los monitores modernos tuvieron muchas modificaciones que les permitieron mejorar la calidad de la imagen, siguen utilizando los mismos principios básicos.

La primera versión del tubo catódico fue un diodo de cátodo frío, en realidad una modificación del tubo de Crookes* con una capa de fósforo sobre el frontal. A este tubo se le llama a veces tubo Braun. La primera versión que utilizaba un cátodo caliente fue desarrollada por J. B. Johnson y H. W. Weinhart de la sociedad Western Electric. Este producto se comercializó en 1922.


- PARTES:

Las partes que componen un TRC son:

Filamento: Es el elemento calefactor del cátodo, es decir, le proporciona la energía calorífica necesaria para que se desprendan electrones del K.

Cátodo: Cilindro hueco de níquel recubierto en su extremo derecho por sustancias emisoras de electrones (óxido de bario y estroncio). En su interior se encuentra el filamento. La tensión entre el K y el filamento no debe exceder del límite máximo marcado por cada tipo de tubo.

Wenhelt: También conocida como rejilla de control consiste en un cilindro metálico con un orificio circular en el fondo, el cual rodea al cátodo y cuya misión es la de controlar el flujo de electrones que desde el K se dirigen a la pantalla.

Ánodo acelerador: Existen 3, tienen forma de cilindro, ya dan una aceleración a los electrones a través de diferentes diferencias de potencial.

Ánodo de enfoque: Como a partir del primer ánodo acelerador el haz se hace divergente, ese necesario concentrarlo y para ello se utiliza el ánodo de enfoque. Cada tubo tiene una tensión de enfoque óptima.

Pantalla del tubo de imagen: Es la parte final del TRC y sobre la que va a incidir el haz de electrones que al chocar con ella producirá un punto luminoso. Está formada por: la parte externa de vidrio, la capa fluorescente que cubre la cara interna, y una película de aluminio vaporizado.








- ¿CÓMO SE DIRIGEN LOS ELECTRONES A LA PANTALLA?

El pincel de electrones emitido por el cátodo de un TRC no choca permanentemente en el centro de la pantalla, sino que recibe dos movimientos simultáneos de vaivén ó de deflexión:

1.Movimiento en sentido horizontal: deflexión horizontal.
El campo magnético se consigue mediante las llamadas bobinas de desviación horizontal o de líneas.

2.Movimiento en sentido vertical: deflexión vertical.
El campo magnético se consigue mediante las llamadas bobinas de deflexión vertical o de cuadro, por las que se hace circular una intensidad de corriente también en forma de diente de sierra.

Con estos dos movimientos se obtiene en la pantalla una serie de líneas casi horizontales. Dada la gran rapidez de repetición del barrido de las líneas, el ojo las integra, dando la sensación de que toda la pantalla está iluminada al mismo tiempo.

Estas deflexiones se consiguen con ayuda de campos magnéticos, ya que cuando el chorro de electrones atraviesa un campo magnético perpendicular a sus líneas de fuerza, sufre una desviación.





Karl Ferdinand Braun (1850-1918): Premiado en 1909 con el Premio Nobel de Física, junto con Marconi por su trabajo en el desarrollo de la telegrafía sin hilos y especialmente por las mejoras técnicas introducidas en el sistema de transmisión".

*El tubo de Crookes consiste en un tubo de vacío por el cual circulan una serie de gases, que al aplicarles electricidad adquieren fluorescencia, de ahí que sean llamados




- APLICACIONES:

El tubo de rayos catódicos es un dispositivo de visualización utilizado principalmente en pantallas de ordenadores, televisiones y osciloscopios, aunque en la actualidad se tiende a ir sustituyéndolo paulatinamente por tecnologías como plasma, LCD, DLP, etc.




Tubo de rayos catódicos para televisión.



En televisión, el tubo de rayos catódicos se designa frecuentemente como tubo de imagen o simplemente como pantalla y tiene características particulares para esta aplicación, distintas a las de los tubos de rayos catódicos utilizados en los osciloscopios, en particular su forma, dimensiones y método de deflexión del haz electrónico.


2.-FUNCIONAMIENTO

2.1 Relación Carga-masa

Entre los años 1898 a 1903, el físico inglés J. J. Thomson , realizó el primer experimento interesante que condujo a un modelo sobre la composición de los átomos. Estudió la descarga eléctrica que se produce dentro de tubos al vacío parcial(algo de aire), llamados Tubos de Rayos Catódicos. El aire enrarecido sirve para que, si alguna partícula pequeña se desplaza y choca una molécula de Nitrógeno u Oxígeno, se produzca una iluminación en la dirección del flujo de partículas de modo que pueda ser identificado.



Thomson encontró que cuando un voltaje suficientemente alto (proveniente de una pila o bobina) era aplicado entre los electrodos , un rayo que el llamó rayo catódico (porque comenzaba en el electrodo negativo de la pila), se producía. Este rayo viajaba hacia el electrodo (+) por lo que dedujo que se trataba de un flujo de partículas repelidas por el electrodo (-) que necesariamente significaba que eran partículas cargadas (-) atraídas por el electrodo (+) y que llamó desde entonces electrones e- .



Para demostrar que efectivamente se trataba de partículas cargadas(-), Thomson ideó colocar "otra pila" con electrodos (+) y (-) perpendiculares al haz que se origina en el polo (-). Así, él también descubrió que el flujo se desviaba hacia el polo (+) de la pila.



Thomson pudo encontrar la razón carga /masa para el electrón midiendo la desviación del haz de electrones aplicando campos magnéticos ( Imán, simplemente) y eléctricos, logrando como resultado que:



Donde la carga del electrón se mide en coulombs y es la masa del electrón en gramos.

2.2 Movimiento entre las placas del condensador

Cuando eliminamos el campo magnético, el electrón se mueve bajo la acción de la fuerza eléctrica F=qE constante en la región del condensador perpendicular a la dirección inicial de su velocidad. Utilizamos las ecuaciones del movimiento curvilíneo bajo aceleración constante para posteriormente hallar su trayectoria:





Si L es la longitud del condensador, la desviación vertical y de la partícula al salir de sus placas será :









2.3 Movimiento fuera de las placas del condensador

Una vez que el electrón ha salido de las placas del condensador, sigue un movimiento rectilíneo uniforme, hasta que llega a la pantalla. La desviación total del haz en la pantalla situada a una distancia D del condensador es:




Donde vy y vx son las componentes del vector velocidad en el instante en el que el electrón abandona la región situada entre las placas del condensador x=L.






3.-LA TELEVISIÓN



La introducción del llamado tubo de rayos catódicos o tubo de Braum, por S. Thomson en 1895 fue un precedente que tendría gran transcendencia en la televisión, si bien no se pudo integrar, hasta entrado el siglo XX y que perdura en la primera mitad del XXI. Con él se ha conseguido transformar energía eléctrica en energía luminosa.

La primera imagen sobre un tubo de rayos catódicos se formó en 1911 en el Instituto Tecnológico de San Petersburgo y consistía en unas rayas blancas sobre fondo negro y fueron obtenidas por Boris Rosing y su estudiante Vladimir Kosma Zworykin. La captación se realizaba mediante dos tambores de espejos y generaba una exploración entrelazada de 30 líneas y 12,5 cuadros por segundo.

Las señales de sincronismo eran generadas por potenciómetros unidos a los tambores de espejos que se aplicaban a las bobinas deflexoras del tubo de rayos catódicos, cuya intensidad de haz era proporcional a la iluminación que recibía la célula fotoeléctrica.

Más adelante se fueron realizando investigaciones que conllevaron descubrimientos, entre ellos, el de la televisión en color que conocemos en la actualidad.



- LOS MONITORES EN COLOR CON TUBOS DE RAYOS CATÓDICOS



Las señales digitales del entorno son recibidas por el adaptador de VGA. El adaptador lleva las señales a través de un circuito llamado convertidor analógico digital (DAC). Dicho circuito contiene tres convertidores, uno por cada color básico utilizado en la visualización: rojo, azul y verde.


El adaptador envía señales a los tres cañones de electrones (en el caso de la televisión monocromática sólo había un cañon) . Cada cañón de electrones expulsa una corriente de electrones continuamente. Una cantidad determinada por cada uno de los tres colores básicos.



El adaptador también envía señales a un mecanismo en el cuello del tubo de rayos catódicos que enfoca y dirige los rayos de electrones. Parte del mecanismo es un componente, formado por material magnético y bobinas, que abraza el cuello del tubo de rayos catódicos, que sirve para mandar la desviación de los haces de electrones, llamado yugo de desvío magnético. Las señales enviadas al yugo de ayuda determinan la resolución del monitor (la cantidad de píxeles horizontal y verticalmente) y la frecuencia con que la imagen de la pantalla será redibujada.

Una imagen se constituye en la pantalla del monitor por la activación selectiva de una multitud de puntos de imagen.

Los rayos pasan a través de los agujeros en una placa de metal llamada máscara de sombra o mascara perforada. La función de la máscara es mantener los rayos de electrones alineados con sus blancos en el interior de la pantalla de tubo de rayos catódicos y debe ser lo más transparente posible para mejorar el brillo.

Los electrones, con distinta desviación, golpean el revestimiento de fósforo dentro de la pantalla y se ilumina. Se utilizan tres materiales de fósforo diferentes, uno para cada color básico. El fósforo se ilumina de forma proporcional a la cantidad de electrones emitidos. Para crear diferentes colores se combinan las intensidades de los haces de electrones de los tres colores básicos y si el haz de electrones es el mismo en los tres casos produciremos la luz blanca. Después de que cada haz deje un punto de fósforo, este continúa iluminado brevemente, a causa de una condición llamada persistencia. Para que una imagen permanezca estable, el fósforo debe de ser reactivado repitiendo la localización de los haces de electrones.



Esta es la forma de mostrar un punto en la pantalla, pero ¿cómo se consigue rellenar toda la pantalla de puntos? La respuesta es fácil: el cañón de electrones activa el primer punto de la esquina superior izquierda y, rápidamente, activa los siguientes puntos de la primera línea horizontal. Después sigue pintando y rellenando las demás líneas de la pantalla hasta llegar a la última y vuelve a comenzar el proceso proceso conocido como refresco de pantalla y se realiza 60 veces por segundo. Esta acción es tan rápida que el ojo humano no es capaz de distinguir cómo se activan los puntos por separado, percibiendo la ilusión de que todos los píxels se activan al mismo tiempo.





Tubo de barrido en color
1: Tres cañones de electrones.
2: Haces de electrones.
3: Máscara para separar los rayos rojos, azules y verdes de la imagen visualizada.
4: Capa fosforescente con zonas receptivas para cada color.
5: Gran superficie plana sobre la cara interior de la pantalla cubierta de fósforo.



4.-DIFERENCIAS ENTRE LOS TUBOS CATÓDICOS DE LOS TELEVISORES Y MONITORES, Y LOS DE LOS OSCILOSCOPIOS

En el caso de los televisores y de los monitores de computador modernos, todo el frontal del tubo se obtiene por escáner según un recorrido definido, y se crea la imagen haciendo variar la intensidad del flujo de electrones (el haz) a lo largo del recorrido. El flujo en todas las TV modernas es desviado por un campo magnético aplicado sobre el cuello del tubo por un "yugo magnético” ,que está formado por bobinas (a menudo dos) envueltas sobre ferrita y controladas por un circuito electrónico. Éste sería un barrido por desviación magnética.


En el caso de un osciloscopio, la intensidad del haz se mantiene constante, y la imagen es dibujada por el camino que recorre el haz. Normalmente, la desviación horizontal es proporcional al tiempo, y la desviación vertical es proporcional a la señal. En el tubo del osciloscopio el sistema de deflacción del haz de electrones es electrostático lo que permite mayores velocidades del movimiento del haz, y una mayor fidelidad del movimiento del haz respecto a la señal inyectada, ya que no está sujeto a las saturaciónes magnéticas ni al efecto de histéresis de las bobinas como ocurre en las televisones.


*Histéresis: Tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado



5.-DIFERENCIAS ENTRE EL TUBO DE RAYOS CATÓDICOS Y LA TELEVISIÓN LCD


Tabla comparativa






- DIMENSIONES:

Los monitores LCD son elegantes y finos, y estas son las principales razones de su atracción. Los CRT, en cambio son voluminosos y ocupan mucho espacio. Aunque algunos CRT tienen un bonito perfil, los LCD son todavía más delgados.

Además, un monitor LCD tiene generalmente una profundidad menor a 30 cm. Y la mayoría de los modelos pueden ser separados y apoyados a diferentes superficies o incluso en la pared. Los LCD también pesan aproximadamente la mitad del peso de un monitor CRT.
El ganador: Los LCD.

- COLOR:

En pocas palabras, los colores de un monitor LCD no se corresponden con los de un CRT. En la mayoría de los casos, los CRT proporciona colores de mas calidad que los LCD. Debido a esto, los artistas prefieren monitores CRT, sin embargo, a la mayoria de los usuarios no les molesta esta desventaja del LCD.
Ganador: Los CRT.

- FRECUENCIA:

Mide en herzios o milisegundos, la tasa de emisión es más o menos el tiempo que necesita para imprimir una imagen en la pantalla. En gneeral, los monitores CRT son conocidos por su baja frecuencia frente los LCD. Esto puede incluso causar cansancio en la vista.

Por otra parte, los monitores LCD no sufren de problemas de actualización, ya que cada píxel es activado o desactivado, según sea necesario. Sin embargo, esto lleva a otro problema: el tiempo de respuesta de píxel. En los videos y videojuegos de gran calidad este problema es evidente, la nueva imagen se superpone a la anterior en la pantalla. Sin embargo, algunos monitores LCD han eliminado este problema.

El ganador: No decidido.

- CONSUMICIÓN DE POTENCIA:

Los monitores LCD gastan menos de la mitad de la energia que gasta un monitor CRT. También, lacantidad de calor generado por un monitor LCD es menor que la de uno CRT. Esto singnifica que su sistema de aire acondicionado tiene menos trabajo que hacer, lo que se traduce a un mayor ahorro de energía.

El ganador: los LCD.

- RESOLUCIÓN:

Los monitores LCD muestran información con la unica resolución para la que se diseñaron. Los monitores CRT derrotan a los LCDs en este aspecto, ya que no tienen ese problema. Los CRTs pueden cambiaer entre multiples ajustes de resolución sin una degradación significativa de la imagen.

El ganador: los CRT.

Ademas de todo esto los CRTs son mas baratos que los LCD.

El ganador: los CRTs.

En resumen, las ventajas de los LCD son su tamaño, su menor consumo y el hecho de que la pantalla no tiene parpadeo; y las ventajas de los CRT son el costo, el ángulo de visión, la menor gama de colores y la pureza de color.



6.-BIBLIOGRAFÍA

-www.monografias.com/trabajos7/mopla/mopla.shtml
-es.wikipedia.org/wiki/CRT
-http://observatorio.cnice.mec.es/modules.php?op=modload&name=News&file=article&sid=268
-personales.unican.es/perezvr/pdf/TUBOS%20DE%20RAYOS%20CATODICOS.pdf
-http://es.wikipedia.org/wiki/Caja_tonta#En_el_receptor.2C_el_TRC
-http://www.puc.cl/sw_educ/qda1106/CAP2/2A/2A2/
-http://www.geocities.com/edug2406/descubrimiento_electron.htm
-http://www.hiru.com/es/fisika/fisika_05600.html


-http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/thomson/Thomson.html

11 comentarios:

fisica teleco dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
fisica teleco dijo...

Javi,soy Aitor. Como ves he hecho la parte que en teoria me toca, pero lo que he encontrado es practicamente es igual a lo que tu has puesto en funcionamiento. En esa parte intenta explicar solo el funcionamiento del tubo de rayos catódicos en sí y no de la televisión por completo, por que sino mi apartado hay que quitarlo y tu te quedas con mucho. Pero si aun así quieres seguir con esa parte puedes "coger" cosas de mi apartado y luego lo eliminamos.


Juanjo, lo que encontrado en wikipedia sobre la primera emisión con un tubo de rayos catódicos te lo puedes quedar tu y ponerlo en historia o si quieres según lo que me responda javi lo ponemos en su parte o en la mía.

Contestad frikis! jaja

fisica teleco dijo...

Hola chavales!

Mi parte ya esta hecha XD jeje falta encontrar una fotillo...

En la parte de diferencias entre osciloscopio y tv he encontrado algo y lo he mejorado.Ahí lo dejo.

HALA MADRID! Hoy 2-0 xD

Xao

L.Abad dijo...

NO veo las ecuaciones donde se ve que es una parábola

Ni hay índice ni bibliografía

Tenéis que rellenar el perfil
Nombres, apellidos, carrera, asignatura

Javi, Juanjo, Aitor y el del Madrid que no se quién es. Y creo que falta alguien, quizás José Mª

Por lo demás , sí me gusta

L.Abad dijo...

http://plasmascom.blogspot.com/

Por si os ayuda en la parte de teles de plasma y en la intriducción (descargas en cátodo hueco)

L.Abad dijo...

Nombre y Apellidos, no está puesto

L.Abad dijo...

http://www.mailxmail.com/curso/informatica/pantallaplasma/#indice

Os cuenta cómo funciona un monitor de plasma

fisica teleco dijo...

Hola Laura

No hemos podido introducir los links para cada apartado.
No podemos poner los apellidos en el perfil, superamos el máximo de caracteres

Gracias

Un saludo123

L.Abad dijo...

De acuerdo, lo leeré despacio en vacaciones y ya os comentaré

Espero que os haga gustado hacerlo y que os sirva para aprender algo más

Felices vacaciones

Olimpia dijo...

Muchas gracias por este documento, está muy completo y muy interesante.

Osvaldo dijo...

Trato de poder conocer la historia de distintos artefectos y de esta manera poder aprender un poco acerca de como se originan estas cosas en tiempos anteriores. Para que hoy en dia pueda tener en casa monitores lcd creo que debieron haber precursores en algun momento que generaran los viejos monitores