Tubo de raios catódicos

Tubo de raios catódicos usando foco eletromagnético e deflexão. As peças mostradas não são para escalar.

Um tubo de raios catódicos como encontrado em um osciloscópio

renderização cutaway de uma cor CRT:

1. Três emissores de elétrons (para pontos de fósforo vermelho, verde e azul)
2. feixes de eletron
3. Bobinas de focagem
4. Bobinas de deflexão
5. Conexão para ânodos finais (referido como o "ultor" em alguns manuais do tubo receptor)
6. Máscara para separação de feixes para vermelho, verde e azul parte da imagem exibida
7. Camada de fósforo (tela) com zonas vermelhas, verdes e azuis
8. Close-up do lado interno revestido por fósforo da tela

Renderização cutaway de um CRT monocromático:

1. Bobinas de deflexão
2. feixe de elétrons
3. Bobina de foco
4. camada de fósforo no lado interno da tela; emite luz quando atingido pelo feixe de elétron
5. Filament para aquecer o cátodo
6. camada de grafite no lado interno do tubo
7. Junta de borracha ou de silicone onde o fio de tensão de ânodo entra no tubo (copo de ânodo)
8. Cathode
9. Corpo de vidro hermético do tubo
10. Tela
11. Bobinas em jugo
12. eletrodo de controle que regula a intensidade do feixe de elétrons e, assim, a luz emitida pelo fósforo
13. Pinos de contato para catodo, filamento e eletrodo de controle
14. Fio para ânodo de alta tensão.

As únicas diferenças visíveis são a única arma eletrônica, o revestimento de fósforo branco uniforme e a falta de uma máscara de sombra.

Um tubo de raios catódicos (CRT) é um tubo de vácuo contendo um ou mais canhões de elétrons, que emitem feixes de elétrons que são manipulados para exibir imagens em uma tela fosforescente. As imagens podem representar formas de onda elétricas (osciloscópio), imagens (aparelho de televisão, monitor de computador), alvos de radar ou outros fenômenos. Um CRT em um aparelho de televisão é comumente chamado de tubo de imagem. Os CRTs também têm sido usados como dispositivos de memória, caso em que a tela não deve ser vista por um observador. O termo raio catódico foi usado para descrever feixes de elétrons quando eles foram descobertos, antes que se entendesse que o que era emitido do cátodo era um feixe de elétrons.

Em aparelhos de televisão CRT e monitores de computador, toda a área frontal do tubo é escaneada repetida e sistematicamente em um padrão fixo chamado raster. Em dispositivos coloridos, uma imagem é produzida controlando a intensidade de cada um dos três feixes de elétrons, um para cada cor primária aditiva (vermelho, verde e azul) com um sinal de vídeo como referência. Nos modernos monitores CRT e televisões, os feixes são dobrados por deflexão magnética, usando uma culatra de deflexão. A deflexão eletrostática é comumente usada em osciloscópios.

A parte traseira de um tubo de catódeo de 14 polegadas que mostra suas bobinas de deflexão e armas de elétron

Conjunto de televisão monocromático típico de 1950

Instantâneo de uma televisão CRT mostrando a linha de luz que está sendo tirada da esquerda para a direita em um padrão raster

Animação da construção de imagem com método de interlacing

Arma eletrônica do monitor do computador da cor

Um CRT é um envelope de vidro que é profundo (ou seja, longo da face frontal da tela até a extremidade traseira), pesado e frágil. O interior é evacuado a 0,01 pascal (1×10⁻⁷ atm) a 0,1 micropascal (1×10⁻¹² atm) ou menos, para facilitar o voo livre de elétrons da(s) pistola(s) para a face do tubo sem dispersão devido a colisões com moléculas de ar. Como tal, manusear um CRT acarreta o risco de implosão violenta que pode arremessar vidro em grande velocidade. A face é normalmente feita de vidro grosso de chumbo ou vidro especial de bário-estrôncio para ser resistente a estilhaços e bloquear a maioria das emissões de raios-X. CRTs compõem a maior parte do peso de TVs CRT e monitores de computador.

Desde meados dos anos 2000, os CRTs foram substituídos por tecnologias de tela plana, como LCD, plasma e OLED, que são mais baratos de fabricar e operar, bem como significativamente mais leves e menos volumosos. Os monitores de tela plana também podem ser feitos em tamanhos muito grandes, enquanto 40 in (100 cm) a 45 in (110 cm) era o maior tamanho de um CRT.

Um CRT funciona aquecendo eletricamente uma bobina de tungstênio que, por sua vez, aquece um cátodo na parte traseira do CRT, fazendo com que ele emita elétrons que são modulados e focalizados por eletrodos. Os elétrons são direcionados por bobinas ou placas de deflexão, e um ânodo os acelera em direção à tela revestida de fósforo, que gera luz quando atingida pelos elétrons.

História

Descobertas

CRT original de calor frio de Braun, 1897

Os raios catódicos foram descobertos por Julius Plücker e Johann Wilhelm Hittorf. Hittorf observou que alguns raios desconhecidos eram emitidos do cátodo (eletrodo negativo) que podiam projetar sombras na parede brilhante do tubo, indicando que os raios viajavam em linhas retas. Em 1890, Arthur Schuster demonstrou que os raios catódicos podiam ser desviados por campos elétricos, e William Crookes mostrou que eles podiam ser desviados por campos magnéticos. Em 1897, J. J. Thomson conseguiu medir a razão carga-massa dos raios catódicos, mostrando que eles consistiam em partículas carregadas negativamente menores que os átomos, as primeiras "partículas subatômicas", que já haviam sido chamadas de elétrons pelo físico irlandês George Johnstone Stoney em 1891. A versão mais antiga do CRT era conhecida como "tubo de Braun", inventada pelo físico alemão Ferdinand Braun em 1897. Era um diodo de cátodo frio, uma modificação do tubo de Crookes com uma tela revestida de fósforo. Braun foi o primeiro a conceber o uso de um CRT como um dispositivo de exibição.

Em 1908, Alan Archibald Campbell-Swinton, membro da Royal Society (Reino Unido), publicou uma carta na revista científica Nature, na qual descrevia como a "visão elétrica à distância&# 34; poderia ser alcançado usando um tubo de raios catódicos (ou tubo "Braun") como um dispositivo transmissor e receptor. Ele expandiu sua visão em um discurso proferido em Londres em 1911 e relatado no The Times e no Journal of the Röntgen Society.

O primeiro tubo de raios catódicos a usar um cátodo quente foi desenvolvido por John Bertrand Johnson (que deu seu nome ao termo ruído de Johnson) e Harry Weiner Weinhart da Western Electric, e tornou-se um produto comercial em 1922. A introdução do cátodos quentes permitiam tensões de ânodo de aceleração mais baixas e correntes de feixe de elétrons mais altas, uma vez que o ânodo agora apenas acelerava os elétrons emitidos pelo cátodo quente e não precisava mais ter uma tensão muito alta para induzir a emissão de elétrons do cátodo frio.

Desenvolvimento

Em 1926, Kenjiro Takayanagi demonstrou um receptor de televisão CRT com uma câmera de vídeo mecânica que recebia imagens com resolução de 40 linhas. Em 1927, ele melhorou a resolução para 100 linhas, sem igual até 1931. Em 1928, ele foi o primeiro a transmitir rostos humanos em meios-tons em um monitor CRT. Em 1927, Philo Farnsworth criou um protótipo de televisão. O CRT foi nomeado em 1929 pelo inventor Vladimir K. Zworykin. A RCA obteve uma marca registrada para o termo (para seu tubo de raios catódicos) em 1932; lançou voluntariamente o termo para o domínio público em 1950.

Na década de 1930, Allen B. DuMont fez os primeiros CRTs para durar 1.000 horas de uso, que foi um dos fatores que levaram à adoção generalizada da televisão.

Os primeiros televisores eletrônicos fabricados comercialmente com tubos de raios catódicos foram fabricados pela Telefunken na Alemanha em 1934.

Em 1947, foi criado o dispositivo de diversão de tubo de raios catódicos, o primeiro jogo eletrônico interativo conhecido, bem como o primeiro a incorporar uma tela de tubo de raios catódicos.

De 1949 ao início dos anos 1960, houve uma mudança de CRTs circulares para CRTs retangulares, embora os primeiros CRTs retangulares tenham sido feitos em 1938 pela Telefunken. Embora os CRTs circulares fossem a norma, os aparelhos de TV europeus frequentemente bloqueavam partes da tela para fazê-la parecer um tanto retangular, enquanto os aparelhos americanos geralmente deixavam toda a frente do CRT exposta ou bloqueavam apenas as partes superior e inferior do CRT.

Em 1954, a RCA produziu alguns dos primeiros CRTs coloridos, os 15GP22 CRTs usados no CT-100, o primeiro televisor colorido a ser produzido em massa. Os primeiros CRTs coloridos retangulares também foram feitos em 1954. No entanto, os primeiros CRTs coloridos retangulares a serem oferecidos ao público foram feitos em 1963. Um dos desafios que precisava ser resolvido para produzir os CRTs coloridos retangulares era a convergência nos cantos o CRT. Em 1965, os fósforos de terras raras mais brilhantes começaram a substituir os fósforos vermelho e verde contendo cádmio e dimmer. Eventualmente, os fósforos azuis também foram substituídos.

O tamanho dos CRTs aumentou com o tempo, de 20 polegadas em 1938, para 21 polegadas em 1955, 35 polegadas em 1985 e 43 polegadas em 1989. No entanto, CRTs experimentais de 31 polegadas foram feitos já em 1938.

Em 1960, o tubo Aiken foi inventado. Era um CRT em formato de tela plana com um único canhão de elétrons. A deflexão era eletrostática e magnética, mas devido a problemas de patente, nunca foi colocada em produção. Também foi concebido como um head-up display em aeronaves. Quando os problemas de patente foram resolvidos, a RCA já havia investido pesadamente em CRTs convencionais.

1968 marca o lançamento da marca Sony Trinitron com o modelo KV-1310, baseado na tecnologia Aperture Grille. Foi aclamado por ter melhorado o brilho de saída. A tela do Trinitron era idêntica à sua forma cilíndrica vertical devido à sua construção única de cátodo triplo.

Em 1987, os CRTs de tela plana foram desenvolvidos pela Zenith para monitores de computador, reduzindo os reflexos e ajudando a aumentar o contraste e o brilho da imagem. Esses CRTs eram caros, o que limitava seu uso a monitores de computador. Foram feitas tentativas para produzir CRTs de tela plana usando vidro float barato e amplamente disponível.

Em 1990, os primeiros CRTs com resolução HD foram lançados no mercado pela Sony.

Em meados da década de 1990, cerca de 160 milhões de CRTs eram fabricados por ano.

Em meados dos anos 2000, a Canon e a Sony apresentaram o display de emissor de elétrons de condução de superfície e displays de emissão de campo, respectivamente. Ambos eram monitores de tela plana que tinham um (SED) ou vários (FED) emissores de elétrons por subpixel no lugar de canhões de elétrons. Os emissores de elétrons foram colocados em uma folha de vidro e os elétrons foram acelerados para uma folha de vidro próxima com fósforo usando uma tensão de ânodo. Os elétrons não foram focados, tornando cada subpixel essencialmente um CRT de feixe de inundação. Eles nunca foram colocados em produção em massa, pois a tecnologia LCD era significativamente mais barata, eliminando o mercado para esses monitores.

O último fabricante em grande escala de CRTs (neste caso, reciclados), Videocon, parou em 2015. As TVs CRT pararam de ser fabricadas na mesma época.

Em 2015, vários fabricantes de CRT foram condenados nos EUA por fixação de preços. O mesmo ocorreu no Canadá em 2018.

As vendas mundiais de monitores de computador CRT atingiram o pico em 2000, com 90 milhões de unidades, enquanto as de TVs CRT atingiram o pico em 2005, com 130 milhões de unidades.

Recusar

A partir do final dos anos 90 até o início dos anos 2000, os CRTs começaram a ser substituídos por LCDs, começando primeiro por monitores de computador menores que 15 polegadas, principalmente por causa de seu menor volume. Entre os primeiros fabricantes a interromper a produção de CRT estava a Hitachi em 2001, seguida pela Sony no Japão em 2004. Os monitores de tela plana caíram de preço e começaram a substituir significativamente os tubos de raios catódicos nos anos 2000. As vendas de monitores LCD começaram a superar as dos CRTs em 2003–2004 e as vendas de TVs LCD começaram a superar as dos CRTs em alguns mercados em 2005.

Apesar de ser um dos pilares da tecnologia de exibição por décadas, monitores de computador baseados em CRT e televisões são agora praticamente uma tecnologia morta. A demanda por telas CRT caiu no final dos anos 2000. Apesar dos esforços da Samsung e da LG para tornar os CRTs competitivos com seus equivalentes LCD e plasma, oferecendo modelos mais finos e baratos para competir com LCDs de tamanho semelhante e mais caros, os CRTs eventualmente se tornaram obsoletos e foram relegados a mercados em desenvolvimento quando os LCDs caíram de preço, com seus menor volume, peso e capacidade de ser montado na parede são vantagens.

Algumas indústrias ainda usam CRTs porque é muito esforço, tempo de inatividade e/ou custo para substituí-los, ou porque não há substituto disponível; um exemplo notável é a indústria aérea. Aviões como o Boeing 747-400 e o Airbus A320 usavam instrumentos CRT em seus cockpits de vidro em vez de instrumentos mecânicos. Companhias aéreas como a Lufthansa ainda usam a tecnologia CRT, que também usa disquetes para atualizações de navegação. Eles também são usados em alguns equipamentos militares por razões semelhantes.

A partir de 2022, pelo menos uma empresa fabrica novos CRTs para esses mercados.

Um uso popular de CRTs é para retrogaming. Alguns jogos são impossíveis de jogar sem hardware de exibição CRT e alguns jogos funcionam melhor. Razões para isso incluem:

• CRTs refrescam mais rápido do que os LCDs, porque eles usam linhas interligadas.
• CRTs são capazes de exibir corretamente certas resoluções de oddball, como a resolução 256x224 do Nintendo Entertainment System (NES).
• As armas leves só funcionam em CRTs porque dependem das propriedades de tempo progressivo de CRTs.

Construção

Corpo

Pequenas CRT circulares durante a fabricação em 1947 (telas sendo revestidas com fósforo)

Uma TV CRT monocromática portátil

Um monitor de computador Trinitron CRT

Um CRT monocromático como visto dentro de uma TV. O CRT é o único maior componente em uma TV CRT.

Um CRT monocromático visto dentro de um computador Macintosh Plus

O corpo de um CRT geralmente é composto de três partes: uma tela/placa frontal/painel, um cone/funil e um pescoço. A tela, o funil e o gargalo unidos são conhecidos como bulbo ou envelope.

O gargalo é feito de um tubo de vidro, enquanto o funil e a tela são feitos despejando e pressionando o vidro em um molde. O vidro, conhecido como vidro CRT ou vidro de TV, precisa de propriedades especiais para proteger contra raios-x, ao mesmo tempo em que fornece transmissão de luz adequada na tela ou é muito isolante eletricamente no funil e no gargalo. A formulação que dá ao vidro suas propriedades também é conhecida como fusão. O vidro é de altíssima qualidade, sendo quase livre de contaminantes e defeitos. A maior parte dos custos associados à produção de vidro vem da energia usada para derreter as matérias-primas em vidro. Os fornos de vidro para produção de vidro CRT possuem várias torneiras para permitir a substituição dos moldes sem parar o forno, para permitir a produção de CRTs de vários tamanhos. Somente o vidro usado na tela precisa ter propriedades óticas precisas. As propriedades óticas do vidro usado na tela afetam a reprodução e a pureza das cores nos CRTs coloridos. A transmitância, ou quão transparente é o vidro, pode ser ajustada para ser mais transparente para certas cores (comprimentos de onda) de luz. A transmitância é medida no centro da tela com uma luz de comprimento de onda de 546 nm e uma tela de 10,16 mm de espessura. A transmitância diminui com o aumento da espessura. As transmitâncias padrão para telas Color CRT são 86%, 73%, 57%, 46%, 42% e 30%. Transmitâncias mais baixas são usadas para melhorar o contraste da imagem, mas colocam mais estresse no canhão de elétrons, exigindo mais potência no canhão de elétrons para uma potência de feixe de elétrons mais alta para iluminar os fósforos com mais brilho para compensar a transmitância reduzida. A transmitância deve ser uniforme em toda a tela para garantir a pureza da cor. O raio (curvatura) das telas aumentou (tornou-se menos curvado) ao longo do tempo, de 30 para 68 polegadas, evoluindo para telas completamente planas, reduzindo os reflexos. A espessura das telas curvas e planas aumenta gradualmente do centro para fora e, com isso, a transmitância é gradualmente reduzida. Isso significa que os CRTs de tela plana podem não ser completamente planos por dentro. O vidro usado em CRTs chega da fábrica de vidro para a fábrica de CRT como telas e funis separados com pescoços fundidos, para CRTs coloridos, ou como lâmpadas compostas de uma tela fundida, funil e pescoço. Existiam diversas formulações de vidro para diferentes tipos de CRTs, que eram classificadas por meio de códigos específicos de cada fabricante de vidro. As composições dos fundidos também eram específicas de cada fabricante. Aqueles otimizados para alta pureza de cor e contraste foram dopados com Neodímio, enquanto aqueles para CRTs monocromáticos foram tingidos em diferentes níveis, dependendo da formulação usada e tinham transmitâncias de 42% ou 30%. A pureza é garantir que as cores corretas sejam ativadas (por exemplo, garantir que o vermelho seja exibido uniformemente na tela), enquanto a convergência garante que as imagens não sejam distorcidas. A convergência pode ser modificada usando um padrão de hachura cruzada.

O vidro CRT costumava ser feito por empresas dedicadas, como AGC Inc., O-I Glass, Samsung Corning Precision Materials, Corning Inc. e Nippon Electric Glass; outras como Videocon, Sony para o mercado americano e Thomson fabricavam seus próprios vidros.

O funil e o gargalo são feitos de vidro de potássio-soda com chumbo ou formulação de vidro de silicato de chumbo para proteger contra raios-x gerados por elétrons de alta voltagem à medida que desaceleram após atingir um alvo, como a tela de fósforo ou a máscara de sombra de um cor CRT. A velocidade dos elétrons depende da tensão do ânodo do CRT; quanto maior a tensão, maior a velocidade. A quantidade de raios-x emitida por um CRT também pode ser reduzida reduzindo o brilho da imagem. O vidro com chumbo é usado porque é barato, além de proteger fortemente contra raios-x, embora alguns funis também possam conter bário. A tela é geralmente feita de uma formulação especial de vidro de silicato sem chumbo com bário e estrôncio para proteger contra raios-x. Outra formulação de vidro usa 2-3% de chumbo na tela. Os CRTs monocromáticos podem ter uma formulação de vidro colorido de chumbo-bário na tela e no funil, com um vidro de chumbo-potássio-soda no gargalo; as formulações de potássio-soda e bário-chumbo têm diferentes coeficientes de expansão térmica. O vidro usado no gargalo deve ser um excelente isolante elétrico para conter as tensões usadas na ótica eletrônica do canhão de elétrons, como lentes de foco. O chumbo no vidro faz com que ele fique marrom (escureça) com o uso devido aos raios-x, geralmente o cátodo do CRT se desgasta devido ao envenenamento do cátodo antes que o escurecimento se torne aparente. A formulação de vidro determina a tensão de ânodo mais alta possível e, portanto, o tamanho máximo possível da tela CRT. Para cores, as tensões máximas costumam ser de 24 a 32 kV, enquanto para monocromático geralmente é de 21 ou 24,5 kV, limitando o tamanho dos CRTs monocromáticos a 21 polegadas ou aprox. 1 kV por polegada. A voltagem necessária depende do tamanho e tipo de CRT. Como as formulações são diferentes, elas devem ser compatíveis entre si, possuindo coeficientes de dilatação térmica semelhantes. A tela também pode ter um revestimento antirreflexo ou antirreflexo, ou ser retificada para evitar reflexos. Os CRTs também podem ter um revestimento antiestático.

O vidro com chumbo nos funis dos CRTs pode conter 21 a 25% de óxido de chumbo (PbO), o gargalo pode conter 30 a 40% de óxido de chumbo e a tela pode conter 12% de óxido de bário e 12% de óxido de estrôncio. Um CRT típico contém vários quilos de chumbo como óxido de chumbo no vidro, dependendo de seu tamanho; Os CRTs de 12 polegadas contêm 0,5 kg de chumbo no total, enquanto os CRTs de 32 polegadas contêm até 3 kg. O óxido de estrôncio começou a ser usado em CRTs, sua principal aplicação, na década de 1970.

Alguns CRTs antigos usavam um funil de metal isolado com polietileno em vez de vidro com material condutor. Outros tinham pirex de cerâmica ou soprado em vez de funis de vidro prensado. Os primeiros CRTs não tinham uma conexão de tampa de ânodo dedicada; o funil era a conexão do ânodo, então estava energizado durante a operação.

O funil é revestido por dentro e por fora com um revestimento condutivo, tornando o funil um capacitor, ajudando a estabilizar e filtrar a tensão do ânodo do CRT e reduzindo significativamente o tempo necessário para ligar um CRT. A estabilidade fornecida pelo revestimento resolveu problemas inerentes aos primeiros projetos de fontes de alimentação, pois usavam tubos de vácuo. Como o funil é usado como capacitor, o vidro usado no funil deve ser um excelente isolante elétrico (dielétrico). O revestimento interno tem uma tensão positiva (a tensão do ânodo que pode ser de vários kV), enquanto o revestimento externo está conectado ao terra. Os CRTs alimentados por fontes de alimentação mais modernas não precisam ser conectados ao terra, devido ao design mais robusto das fontes de alimentação modernas. O valor do capacitor formado pelo funil é de 0,005-0,01uF, embora na tensão com que o ânodo é normalmente alimentado. O capacitor formado pelo funil também pode sofrer absorção dielétrica, assim como outros tipos de capacitores. Por causa disso, os CRTs devem ser descarregados antes do manuseio para evitar ferimentos.

A profundidade de um CRT está relacionada ao tamanho da tela. Os ângulos de deflexão usuais eram de 90° para monitores de computador CRTs e pequenos CRTs e 110° que era o padrão em CRTs de TV maiores, com 120 ou 125° sendo usados em CRTs finos feitos desde 2001–2005 em uma tentativa de competir com TVs LCD. Com o tempo, os ângulos de deflexão aumentaram à medida que se tornaram práticos, de 50° em 1938 para 110° em 1959 e 125° na década de 2000. Os CRTs de deflexão de 140° foram pesquisados, mas nunca comercializados, pois os problemas de convergência nunca foram resolvidos.

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  Um CRT monocromático com deflexão de 110°

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  Um CRT monocromático com deflexão de 90°

Tamanho e peso

O tamanho da tela de um CRT é medido de duas maneiras: o tamanho da tela ou a diagonal da face e o tamanho/área da imagem visível ou diagonal da tela visível, que é a parte da tela com fósforo. O tamanho da tela é o tamanho da imagem visível mais suas bordas pretas que não são revestidas com fósforo. A imagem visualizável pode ser perfeitamente quadrada ou retangular, enquanto as bordas do CRT são pretas e têm uma curvatura (como em CRTs de listras pretas) ou as bordas podem ser pretas e verdadeiramente planas (como em Flatron CRTs), ou as bordas de a imagem pode seguir a curvatura das bordas do CRT, o que pode acontecer em CRTs sem e com bordas pretas e curvas. CRTs com listras pretas foram fabricados pela primeira vez pela Toshiba em 1972.

Pequenos CRTs abaixo de 3 polegadas foram feitos para televisores portáteis como o MTV-1 e visores em filmadoras. Nestes, pode não haver bordas pretas, mas são verdadeiramente planas.

A maior parte do peso de um CRT vem da tela de vidro grosso, que compreende 65% do peso total de um CRT. O funil e o gargalo compreendem os 30% e 5% restantes, respectivamente. O vidro no funil é mais fino do que na tela. Vidro temperado quimicamente ou termicamente pode ser usado para reduzir o peso do vidro CRT.

Ânodo

O revestimento condutivo externo é conectado ao terra enquanto o revestimento condutivo interno é conectado usando o botão/capa do ânodo através de uma série de capacitores e diodos (um gerador Cockcroft–Walton) ao transformador flyback de alta tensão; o revestimento interno é o ânodo do CRT, que, juntamente com um eletrodo no canhão de elétrons, também é conhecido como ânodo final. O revestimento interno é conectado ao eletrodo usando molas. O eletrodo faz parte de uma lente bipotencial. Os capacitores e diodos servem como um multiplicador de tensão para a corrente fornecida pelo flyback.

Para o revestimento do funil interno, os CRTs monocromáticos usam alumínio, enquanto os CRTs coloridos usam aquadag; Alguns CRTs podem usar óxido de ferro no interior. Por fora, a maioria dos CRTs (mas não todos) usa aquadag. Aquadag é uma tinta à base de grafite condutora de eletricidade. Em CRTs coloridos, o aquadag é pulverizado no interior do funil, enquanto historicamente o aquadag era pintado no interior dos CRTs monocromáticos.

O ânodo é usado para acelerar os elétrons em direção à tela e também coleta os elétrons secundários que são emitidos pelas partículas de fósforo no vácuo do CRT.

A conexão da tampa do ânodo em CRTs modernos deve ser capaz de lidar com até 55–60 kV, dependendo do tamanho e brilho do CRT. Voltagens mais altas permitem CRTs maiores, brilho de imagem mais alto ou uma compensação entre os dois. Consiste em um clipe de metal que se expande no interior de um botão de ânodo que está embutido no vidro do funil do CRT. A conexão é isolada por uma ventosa de silicone, possivelmente também usando graxa de silicone para evitar descarga corona.

O botão do ânodo deve ter um formato especial para estabelecer uma vedação hermética entre o botão e o funil. Os raios-X podem vazar pelo botão do ânodo, embora isso possa não ser o caso em CRTs mais recentes a partir do final dos anos 1970 até o início dos anos 1980, graças a um novo design de botão e clipe. O botão pode consistir em um conjunto de 3 copos aninhados, com o copo mais externo sendo feito de uma liga de níquel-cromo-ferro contendo 40 a 49% de níquel e 3 a 6% de cromo para facilitar a fusão do botão ao funil vidro, com um primeiro copo interno feito de ferro grosso e barato para proteger contra raios-x, e com o segundo copo interno também sendo feito de ferro ou qualquer outro metal eletricamente condutor para conectar ao clipe. Os copos devem ser suficientemente resistentes ao calor e ter coeficientes de expansão térmica semelhantes aos do vidro do funil para resistir à fusão com o vidro do funil. O lado interno do botão é conectado ao revestimento condutivo interno do CRT. O botão de ânodo pode ser preso ao funil enquanto ele é pressionado em forma em um molde. Alternativamente, a blindagem de raios-x pode, em vez disso, ser incorporada ao clipe.

O transformador flyback também é conhecido como IHVT (Transformador Integrado de Alta Tensão) se incluir um multiplicador de tensão. O flyback usa um núcleo de cerâmica ou ferro em pó para permitir uma operação eficiente em altas frequências. O flyback contém um enrolamento primário e muitos enrolamentos secundários que fornecem várias tensões diferentes. O enrolamento secundário principal fornece o multiplicador de tensão com pulsos de tensão para fornecer ao CRT a alta tensão de ânodo que ele usa, enquanto os enrolamentos restantes fornecem a tensão do filamento do CRT, pulsos de chaveamento, tensão de foco e tensões derivadas do escaneamento de varredura. Quando o transformador é desligado, o campo magnético do flyback colapsa rapidamente, o que induz alta tensão em seus enrolamentos. A velocidade com que o campo magnético entra em colapso determina a voltagem induzida, então a voltagem aumenta junto com sua velocidade. Um capacitor (Retrace Timing Capacitor) ou uma série de capacitores (para fornecer redundância) é usado para retardar o colapso do campo magnético.

O projeto da fonte de alimentação de alta tensão em um produto que usa um CRT tem influência na quantidade de raios-x emitida pelo CRT. A quantidade de raios X emitidos aumenta com tensões e correntes mais altas. Se o produto, como um aparelho de TV, usa uma fonte de alimentação de alta tensão não regulamentada, o que significa que a tensão do ânodo e do foco diminui com o aumento da corrente de elétrons ao exibir uma imagem brilhante, a quantidade de raios X emitidos é a mais alta quando o CRT está exibindo a imagens moderadamente brilhantes, pois ao exibir imagens escuras ou claras, a tensão de ânodo mais alta neutraliza a corrente de feixe de elétrons mais baixa e vice-versa, respectivamente. Os tubos de vácuo reguladores e retificadores de alta tensão em alguns televisores CRT antigos também podem emitir raios-x.

Canhão de elétrons

O canhão de elétrons emite os elétrons que atingem os fósforos na tela do CRT. O canhão de elétrons contém um aquecedor, que aquece um cátodo, que gera elétrons que, por meio de grades, são focalizados e finalmente acelerados na tela do CRT. A aceleração ocorre em conjunto com o revestimento interno de alumínio ou aquadag do CRT. O canhão de elétrons está posicionado de modo que aponte para o centro da tela. Ele fica dentro do gargalo do CRT e é mantido unido e montado no gargalo usando contas de vidro ou hastes de suporte de vidro, que são as tiras de vidro do canhão de elétrons. O canhão de elétrons é feito separadamente e depois colocado dentro do gargalo por meio de um processo chamado "enrolamento", ou vedação. O canhão de elétrons tem um wafer de vidro que é fundido ao gargalo do CRT. As conexões com o canhão de elétrons penetram na bolacha de vidro. Uma vez que o canhão de elétrons está dentro do gargalo, suas partes metálicas (grades) são arqueadas entre si usando alta voltagem para suavizar quaisquer arestas em um processo chamado batida pontual, para evitar que as arestas nas grades gerem elétrons secundários.

Construção e método de operação

Tem um cátodo quente que é aquecido por um elemento de aquecimento de filamento de tungstênio; o aquecedor pode consumir 0,5 a 2 A de corrente, dependendo do CRT. A tensão aplicada ao aquecedor pode afetar a vida útil do CRT. O aquecimento do cátodo energiza os elétrons nele, auxiliando na emissão de elétrons, enquanto ao mesmo tempo a corrente é fornecida ao cátodo; normalmente em qualquer lugar de 140 mA a 1,5 V a 600 mA a 6,3 V. O cátodo cria uma nuvem de elétrons (emite elétrons) cujos elétrons são extraídos, acelerados e focados em um feixe de elétrons. Os CRTs coloridos têm três cátodos: um para vermelho, verde e azul. O aquecedor fica dentro do cátodo, mas não o toca; o cátodo tem sua própria conexão elétrica separada. O cátodo é revestido em um pedaço de níquel que fornece a conexão elétrica e suporte estrutural; o aquecedor fica dentro desta peça sem tocá-la.

Existem vários curtos-circuitos que podem ocorrer em um canhão de elétrons CRT. Um deles é um curto-circuito entre o aquecedor e o cátodo, que faz com que o cátodo emita elétrons permanentemente, o que pode causar uma imagem com uma tonalidade vermelha, verde ou azul brilhante com linhas de retraço, dependendo do(s) cátodo(s) afetado(s). Como alternativa, o cátodo pode entrar em curto com a grade de controle, possivelmente causando efeitos semelhantes, ou a grade de controle e a grade da tela (G2) podem entrar em curto, causando uma imagem muito escura ou nenhuma imagem. O cátodo pode ser cercado por uma blindagem para evitar a pulverização catódica.

O cátodo é uma camada de óxido de bário que é revestida em um pedaço de níquel para suporte elétrico e mecânico. O óxido de bário deve ser ativado por aquecimento para permitir a liberação de elétrons. A ativação é necessária porque o óxido de bário não é estável no ar, por isso é aplicado ao cátodo como carbonato de bário, que não pode emitir elétrons. A ativação aquece o carbonato de bário para decompô-lo em óxido de bário e dióxido de carbono enquanto forma uma fina camada de bário metálico no cátodo. A ativação ocorre durante a evacuação (ao mesmo tempo em que um vácuo é formado) no CRT. Após a ativação, o óxido pode ser danificado por vários gases comuns, como vapor d'água, dióxido de carbono e oxigênio. Alternativamente, o carbonato de cálcio e estrôncio de bário pode ser usado em vez do carbonato de bário, produzindo óxidos de bário, estrôncio e cálcio após a ativação. Durante a operação, o óxido de bário é aquecido a 800-1000°C, ponto em que começa a liberar elétrons.

Por ser um cátodo quente, é propenso ao envenenamento do cátodo, que é a formação de uma camada de íons positivos que impede o cátodo de emitir elétrons, reduzindo significativamente ou completamente o brilho da imagem e fazendo com que o foco e a intensidade sejam afetados pelo frequência do sinal de vídeo impedindo que imagens detalhadas sejam exibidas pelo CRT. Os íons positivos vêm de sobras de moléculas de ar dentro do CRT ou do próprio cátodo que reagem ao longo do tempo com a superfície do cátodo quente. Metais redutores como manganês, zircônio, magnésio, alumínio ou titânio podem ser adicionados ao pedaço de níquel para prolongar a vida útil do cátodo, pois durante a ativação, os metais redutores se difundem no óxido de bário, melhorando sua vida útil, especialmente em alta concentração de elétrons correntes de feixe. Nos CRTs coloridos com cátodos vermelho, verde e azul, um ou mais cátodos podem ser afetados independentemente dos demais, causando perda total ou parcial de uma ou mais cores. Os CRTs podem se desgastar ou queimar devido ao envenenamento do cátodo. O envenenamento do cátodo é acelerado pelo aumento da corrente do cátodo (overdrive). Nos CRTs coloridos, como existem três cátodos, um para vermelho, verde e azul, um ou mais cátodos envenenados podem causar a perda parcial ou total de uma ou mais cores, tingindo a imagem. A camada também pode atuar como um capacitor em série com o cátodo, induzindo atraso térmico. O cátodo pode, em vez disso, ser feito de óxido de escândio ou incorporá-lo como dopante, para retardar o envenenamento do cátodo, prolongando a vida útil do cátodo em até 15%.

A quantidade de elétrons gerados pelos cátodos está relacionada à sua área de superfície. Um cátodo com mais área de superfície cria mais elétrons, em uma nuvem de elétrons maior, o que torna mais difícil focalizar a nuvem de elétrons em um feixe de elétrons. Normalmente, apenas uma parte do cátodo emite elétrons, a menos que o CRT exiba imagens com partes com brilho total; apenas as partes com brilho total fazem com que todo o cátodo emita elétrons. A área do cátodo que emite elétrons cresce do centro para fora conforme o brilho aumenta, então o desgaste do cátodo pode ser desigual. Quando apenas o centro do cátodo é usado, o CRT pode iluminar intensamente as partes das imagens que têm brilho total, mas não mostra as partes mais escuras das imagens; nesse caso, o CRT exibe uma característica de gama ruim.

A segunda grade (tela) da arma (G2) acelera os elétrons em direção à tela usando várias centenas de volts CC. Uma corrente negativa é aplicada à primeira grade (de controle) (G1) para convergir o feixe de elétrons. G1 na prática é um cilindro de Wehnelt. O brilho da tela não é controlado variando a tensão do ânodo nem a corrente do feixe de elétrons (nunca são variados), apesar de terem influência no brilho da imagem, mas o brilho da imagem é controlado variando a diferença de tensão entre o cátodo e o G1 grade de controle. Uma terceira grade (G3) focaliza eletrostaticamente o feixe de elétrons antes de ser desviado e acelerado pela tensão do ânodo na tela. A focalização eletrostática do feixe de elétrons pode ser realizada usando uma lente Einzel energizada em até 600 volts. Antes da focalização eletrostática, focalizar o feixe de elétrons exigia um sistema de focagem mecânico grande, pesado e complexo colocado fora do canhão de elétrons.

No entanto, a focagem eletrostática não pode ser realizada perto do ânodo final do CRT devido à sua alta tensão em dezenas de Kilovolts, portanto, um eletrodo de alta tensão (≈600 a 8000 volts), juntamente com um eletrodo na tensão final do ânodo do CRT, pode ser usado para focar. Tal arranjo é chamado de lente bipotencial, que também oferece maior desempenho do que uma lente Einzel, ou a focagem pode ser realizada usando uma bobina de focagem magnética junto com uma alta tensão de ânodo de dezenas de quilovolts. No entanto, a focagem magnética é cara de implementar, por isso raramente é usada na prática. Alguns CRTs podem usar duas grades e lentes para focalizar o feixe de elétrons. A tensão de foco é gerada no flyback usando um subconjunto do enrolamento de alta tensão do flyback em conjunto com um divisor de tensão resistiva. O eletrodo de foco é conectado junto com as outras conexões que estão no gargalo do CRT.

Existe uma tensão chamada tensão de corte que é a tensão que cria preto na tela, pois faz com que a imagem na tela criada pelo feixe de elétrons desapareça, a tensão é aplicada ao G1. Em um CRT colorido com três pistolas, as pistolas têm diferentes tensões de corte. Muitos CRTs compartilham a grade G1 e G2 em todas as três pistolas, aumentando o brilho da imagem e simplificando o ajuste, pois nesses CRTs há uma única tensão de corte para todas as três pistolas (já que G1 é compartilhado por todas as pistolas). mas colocando estresse adicional no amplificador de vídeo usado para alimentar o vídeo nos cátodos do canhão de elétrons, já que a tensão de corte se torna mais alta. CRTs monocromáticos não sofrem desse problema. Em CRTs monocromáticos, o vídeo é alimentado à pistola variando a voltagem na primeira grade de controle.

Durante o retraço do feixe de elétrons, o pré-amplificador que alimenta o amplificador de vídeo é desabilitado e o amplificador de vídeo é polarizado para uma tensão maior do que a tensão de corte para evitar a exibição de linhas de retraço, ou G1 pode ter uma grande tensão negativa aplicada a para evitar que os elétrons saiam do cátodo. Isso é conhecido como apagamento. (consulte Intervalo de apagamento vertical e Intervalo de apagamento horizontal.) A polarização incorreta pode levar a linhas de retrace visíveis em uma ou mais cores, criando linhas de retrace coloridas ou brancas (por exemplo, tingidas de vermelho se a cor vermelha for afetada, tingidas de magenta se a cor as cores vermelho e azul são afetadas e branco se todas as cores são afetadas). Alternativamente, o amplificador pode ser acionado por um processador de vídeo que também introduz um OSD (On Screen Display) no fluxo de vídeo que é alimentado no amplificador, usando um sinal de apagamento rápido. Aparelhos de TV e monitores de computador que incorporam CRTs precisam de um circuito de restauração DC para fornecer um sinal de vídeo ao CRT com um componente DC, restaurando o brilho original de diferentes partes da imagem.

O feixe de elétrons pode ser afetado pelo campo magnético da Terra, fazendo com que ele normalmente entre na lente de foco fora do centro; isso pode ser corrigido usando controles de astigmatismo. Os controles de astigmatismo são magnéticos e eletrônicos (dinâmicos); o magnético faz a maior parte do trabalho enquanto o eletrônico é usado para ajustes finos. Uma das extremidades do canhão de elétrons possui um disco de vidro, cujas bordas são fundidas com a borda do gargalo do CRT, possivelmente por meio de frita; os fios de metal que conectam o canhão de elétrons ao exterior passam pelo disco.

Alguns canhões de elétrons possuem uma lente quadrupolo com foco dinâmico para alterar a forma e ajustar o foco do feixe de elétrons, variando a tensão do foco dependendo da posição do feixe de elétrons para manter a nitidez da imagem em toda a tela, especialmente no cantos. Eles também podem ter um resistor de purga para derivar tensões para as grades da tensão final do ânodo.

Depois que os CRTs foram fabricados, eles foram envelhecidos para permitir que a emissão do cátodo se estabilizasse.

Os canhões de elétrons em CRTs coloridos são acionados por um amplificador de vídeo que recebe um sinal por canal de cor e o amplifica para 40-170v por canal, para ser alimentado nos cátodos do canhão de elétrons; cada canhão de elétrons tem seu próprio canal (um por cor) e todos os canais podem ser acionados pelo mesmo amplificador, que internamente possui três canais separados. Os recursos do amplificador limitam a resolução, taxa de atualização e taxa de contraste do CRT, pois o amplificador precisa fornecer alta largura de banda e variações de tensão ao mesmo tempo; resoluções e taxas de atualização mais altas precisam de larguras de banda mais altas (velocidade na qual a voltagem pode ser variada e, assim, alternar entre preto e branco) e taxas de contraste mais altas precisam de variações de voltagem ou amplitude mais altas para níveis mais baixos de preto e mais branco. 30Mhz de largura de banda geralmente pode fornecer resolução de 720p ou 1080i, enquanto 20Mhz geralmente fornece cerca de 600 (horizontais, de cima para baixo) linhas de resolução, por exemplo. A diferença de tensão entre o cátodo e a grade de controle é o que modula o feixe de elétrons, modulando sua corrente e, portanto, o brilho da imagem. Os fósforos usados em CRTs coloridos produzem diferentes quantidades de luz para uma determinada quantidade de energia, portanto, para produzir branco em um CRT colorido, todas as três pistolas devem produzir diferentes quantidades de energia. A arma que produz mais energia é a arma vermelha, pois o fósforo vermelho emite a menor quantidade de luz.

Gama

Os CRTs têm uma característica triodo pronunciada, que resulta em gama significativa (uma relação não linear em um canhão de elétrons entre a tensão de vídeo aplicada e a intensidade do feixe).

Deflexão

Existem dois tipos de deflexão: magnética e eletrostática. O magnético é geralmente usado em TVs e monitores, pois permite ângulos de deflexão mais altos (e, portanto, CRTs mais rasos) e potência de deflexão (que permite maior corrente de feixe de elétrons e, portanto, imagens mais brilhantes), evitando a necessidade de altas tensões para deflexão de até 2000 volts, enquanto os osciloscópios geralmente usam deflexão eletrostática, pois as formas de onda brutas capturadas pelo osciloscópio podem ser aplicadas diretamente (após a amplificação) às placas de deflexão eletrostática verticais dentro do CRT.

Deflexão magnética

Aqueles que usam deflexão magnética podem usar um garfo que possui dois pares de bobinas de deflexão; um par para vertical e outro para deflexão horizontal. A forquilha pode ser colada (ser integral) ou removível. Os que foram colados usaram cola ou plástico para colar a canga na área entre o gargalo e o funil do CRT enquanto os com cangas removíveis são fixados. O jugo gera calor cuja remoção é essencial, pois a condutividade do vidro aumenta com o aumento da temperatura, o vidro precisa ser isolante para que o CRT permaneça utilizável como capacitor. A temperatura do vidro abaixo do garfo é assim verificada durante o projeto de um novo garfo. O jugo contém as bobinas de deflexão e convergência com um núcleo de ferrite para reduzir a perda de força magnética, bem como os anéis magnetizados usados para alinhar ou ajustar os feixes de elétrons em CRTs coloridos (os anéis de pureza e convergência de cores, por exemplo) e CRTs monocromáticos. A forquilha pode ser conectada usando um conector, a ordem na qual as bobinas de deflexão da forquilha são conectadas determina a orientação da imagem exibida pelo CRT. As bobinas de deflexão podem ser mantidas no lugar usando cola de poliuretano.

As bobinas de deflexão são acionadas por sinais de dente de serra que podem ser entregues através de VGA como sinais de sincronização horizontal e vertical. Um CRT precisa de dois circuitos de deflexão: um circuito horizontal e um vertical, que são semelhantes, exceto que o circuito horizontal funciona em uma frequência muito mais alta (uma taxa de varredura horizontal) de 15 a 240 kHz, dependendo da taxa de atualização do CRT e do número de linhas horizontais a serem desenhadas (a resolução vertical do CRT). A frequência mais alta o torna mais suscetível a interferências, portanto, um circuito de controle automático de frequência (AFC) pode ser usado para travar a fase do sinal de deflexão horizontal em um sinal de sincronização, para evitar que a imagem fique distorcida na diagonal. A frequência vertical varia de acordo com a taxa de atualização do CRT. Portanto, um CRT com taxa de atualização de 60 Hz tem um circuito de deflexão vertical rodando a 60 Hz. Os sinais de deflexão horizontal e vertical podem ser gerados usando dois circuitos que funcionam de maneira diferente; o sinal de deflexão horizontal pode ser gerado usando um oscilador controlado por voltagem (VCO) enquanto o sinal vertical pode ser gerado usando um oscilador de relaxamento disparado. Em muitas TVs, as frequências nas quais as bobinas de deflexão funcionam são determinadas em parte pelo valor da indutância das bobinas. CRTs tinham diferentes ângulos de deflexão; quanto maior o ângulo de deflexão, mais raso o CRT para um determinado tamanho de tela, mas ao custo de mais poder de deflexão e menor desempenho óptico.

Potência de deflexão mais alta significa que mais corrente é enviada para as bobinas de deflexão para dobrar o feixe de elétrons em um ângulo mais alto, o que, por sua vez, pode gerar mais calor ou exigir componentes eletrônicos que possam lidar com o aumento de potência. O calor é gerado devido a perdas resistivas e de núcleo. A potência de deflexão é medida em mA por polegada. As bobinas de deflexão vertical podem exigir aproximadamente 24 volts, enquanto as bobinas de deflexão horizontal requerem aprox. 120 volts para operar.

As bobinas de deflexão são acionadas por amplificadores de deflexão. As bobinas de deflexão horizontal também podem ser acionadas em parte pelo estágio de saída horizontal de um aparelho de TV. O estágio contém um capacitor que está em série com as bobinas de deflexão horizontal que executa várias funções, entre elas: moldar o sinal de deflexão do dente de serra para corresponder à curvatura do CRT e centralizar a imagem evitando que um viés DC se desenvolva na bobina. No início do retrace, o campo magnético da bobina entra em colapso, fazendo com que o feixe de elétrons retorne ao centro da tela, enquanto ao mesmo tempo a bobina devolve energia aos capacitores, cuja energia é então usada para forçar o elétron feixe para ir para a esquerda da tela.

Devido à alta frequência na qual as bobinas de deflexão horizontal operam, a energia nas bobinas de deflexão deve ser reciclada para reduzir a dissipação de calor. A reciclagem é feita transferindo a energia nas bobinas de deflexão' campo magnético a um conjunto de capacitores. A tensão nas bobinas de deflexão horizontal é negativa quando o feixe de elétrons está no lado esquerdo da tela e positiva quando o feixe de elétrons está no lado direito da tela. A energia necessária pois a deflexão depende da energia dos elétrons. Feixes de elétrons de energia mais alta (tensão e/ou corrente) precisam de mais energia para serem desviados e são usados para obter maior brilho da imagem.

Deflexão eletrostática

Usado principalmente em osciloscópios. A deflexão é realizada pela aplicação de uma tensão em dois pares de placas, uma para a deflexão horizontal e outra para a deflexão vertical. O feixe de elétrons é direcionado pela variação da diferença de voltagem entre as placas de um par; Por exemplo, aplicar uma tensão à placa superior do par de deflexão vertical, mantendo a tensão na placa inferior a 0 volts, fará com que o feixe de elétrons seja desviado para a parte superior da tela; aumentar a tensão na placa superior enquanto mantém a placa inferior em 0 fará com que o feixe de elétrons seja desviado para um ponto mais alto na tela (fará com que o feixe seja desviado para um ângulo de deflexão mais alto). O mesmo se aplica às placas de deflexão horizontais. Aumentar o comprimento e a proximidade entre as placas em um par também pode aumentar o ângulo de deflexão.

Burn-in

Burn-in é quando as imagens são fisicamente "queimadas" na tela do CRT; isso ocorre devido à degradação dos fósforos devido ao bombardeio prolongado de elétrons dos fósforos e acontece quando uma imagem ou logotipo fixo é deixado por muito tempo na tela, fazendo com que apareça como um "fantasma" imagem ou, em casos graves, também quando o CRT está desligado. Para combater isso, protetores de tela foram usados em computadores para minimizar o burn-in. Burn-in não é exclusivo dos CRTs, como também acontece com telas de plasma e telas OLED.

Evacuação

CRTs são evacuados ou esgotados (um vácuo é formado) dentro de um forno a aprox. 375–475 °C, em um processo chamado cozimento ou cozimento. O processo de evacuação também desgaseifica quaisquer materiais dentro do CRT, enquanto decompõe outros, como o álcool polivinílico usado para aplicar os fósforos. O aquecimento e o resfriamento são feitos gradualmente para evitar estresse, enrijecimento e possivelmente rachaduras no vidro; o forno aquece os gases dentro do CRT, aumentando a velocidade das moléculas de gás o que aumenta as chances de serem puxadas pela bomba de vácuo. A temperatura do CRT é mantida abaixo da temperatura do forno, e o forno começa a esfriar logo após o CRT atingir 400 °C, ou o CRT foi mantido a uma temperatura superior a 400 °C por até 15–55 minutos. O CRT foi aquecido durante ou após a evacuação, e o calor pode ter sido usado simultaneamente para derreter a frita no CRT, juntando a tela e o funil. A bomba utilizada é uma bomba turbomolecular ou uma bomba de difusão. Antigamente bombas de vácuo de mercúrio também eram usadas. Após o cozimento, o CRT é desconectado ("selado ou com ponta") da bomba de vácuo. O getter é então disparado usando uma bobina de RF (indução). O getter geralmente está no funil ou no gargalo do CRT. O material coletor, muitas vezes à base de bário, captura quaisquer partículas de gás remanescentes à medida que evapora devido ao aquecimento induzido pela bobina de RF (que pode ser combinado com aquecimento exotérmico dentro do material); o vapor preenche o CRT, prendendo quaisquer moléculas de gás que encontra e condensa no interior do CRT formando uma camada que contém moléculas de gás aprisionadas. O hidrogênio pode estar presente no material para ajudar a distribuir o vapor de bário. O material é aquecido a temperaturas acima de 1000 °C, fazendo com que evapore. A perda parcial de vácuo em um CRT pode resultar em uma imagem turva, brilho azul no pescoço do CRT, flashovers, perda de emissão de cátodo ou problemas de foco. O vácuo dentro de um CRT faz com que a pressão atmosférica exerça (em um CRT de 27 polegadas) uma pressão de 5.800 libras (2.600 kg) no total.

Reconstruindo

CRTs costumavam ser reconstruídos; reparado ou remodelado. O processo de reconstrução incluiu a desmontagem do CRT, a desmontagem e reparo ou substituição do(s) canhão(ões) de elétrons, a remoção e redeposição de fósforos e aquadag, etc. A reconstrução foi popular até a década de 1960 porque os CRTs eram caros e se desgastavam rapidamente, fazendo o reparo valer a pena. O último reconstrutor CRT nos EUA fechou em 2010, e o último na Europa, o RACS, localizado na França, fechou em 2013.

Reativação

Também conhecido como rejuvenescimento, o objetivo é restaurar temporariamente o brilho de um CRT desgastado. Isso geralmente é feito aumentando cuidadosamente a tensão no aquecedor do cátodo e a corrente e a tensão nas grades de controle do canhão de elétrons manualmente. Alguns rejuvenescedores também podem consertar curtos entre o aquecedor e o cátodo executando uma descarga capacitiva através do curto.

Fósforo

Os fósforos nos CRTs emitem elétrons secundários devido a eles estarem dentro do vácuo do CRT. Os elétrons secundários são coletados pelo ânodo do CRT. Os elétrons secundários gerados pelos fósforos precisam ser coletados para evitar que cargas se desenvolvam na tela, o que levaria à redução do brilho da imagem, pois a carga repeliria o feixe de elétrons.

Os fósforos usados em CRTs geralmente contêm metais de terras raras, substituindo os fósforos dimmer anteriores. Os primeiros fósforos vermelhos e verdes continham cádmio, e alguns fósforos CRT pretos e brancos também continham berílio na forma de silicato de zinco e berílio, embora fósforos brancos contendo cádmio, zinco e magnésio com prata, cobre ou manganês também fossem usados. Os fósforos de terras raras usados nos CRTs são mais eficientes (produzem mais luz) do que os fósforos anteriores. Os fósforos aderem à tela por causa de Van der Waals e forças eletrostáticas. Fósforos compostos de partículas menores aderem mais fortemente à tela. Os fósforos junto com o carbono usado para evitar sangramento leve (em CRTs coloridos) podem ser facilmente removidos por arranhão.

Várias dezenas de tipos de fósforo estavam disponíveis para CRTs. Os fósforos foram classificados de acordo com a cor, persistência, curvas de aumento e queda de luminância, cor dependendo da tensão do ânodo (para fósforos usados em CRTs de penetração), uso pretendido, composição química, segurança, sensibilidade ao burn-in e propriedades de emissão secundária. Exemplos de fósforos de terras raras são o óxido de ítrio para vermelho e siliceto de ítrio para azul, enquanto exemplos de fósforos anteriores são sulfeto de cádmio e cobre para vermelho,

Os fósforos SMPTE-C têm propriedades definidas pelo padrão SMPTE-C, que define um espaço de cores com o mesmo nome. O padrão prioriza a reprodução precisa das cores, dificultada pelos diferentes fósforos e espaços de cores usados nos sistemas de cores NTSC e PAL. Os aparelhos de TV PAL têm uma reprodução de cores subjetivamente melhor devido ao uso de fósforos verdes saturados, que têm tempos de decaimento relativamente longos que são tolerados em PAL, pois há mais tempo em PAL para os fósforos decaírem, devido à sua menor taxa de quadros. Os fósforos SMPTE-C foram usados em monitores de vídeo profissionais.

O revestimento de fósforo em CRTs monocromáticos e coloridos pode ter um revestimento de alumínio em sua parte traseira usado para refletir a luz para a frente, fornecer proteção contra íons para evitar a queima de íons por íons negativos no fósforo, gerenciar o calor gerado pela colisão de elétrons contra o fósforo, evita o acúmulo de estática que poderia repelir elétrons da tela, formar parte do ânodo e coletar os elétrons secundários gerados pelos fósforos na tela após serem atingidos pelo feixe de elétrons, fornecendo aos elétrons um caminho de retorno. O feixe de elétrons passa pelo revestimento de alumínio antes de atingir os fósforos na tela; o alumínio atenua a tensão do feixe de elétrons em cerca de 1 kv. Uma película ou laca pode ser aplicada aos fósforos para reduzir a rugosidade da superfície formada pelos fósforos para permitir que o revestimento de alumínio tenha uma superfície uniforme e evitar que toque no vidro da tela. Isso é conhecido como filmagem. A laca contém solventes que são posteriormente evaporados; a laca pode ser quimicamente áspera para fazer com que um revestimento de alumínio com furos seja criado para permitir que os solventes escapem.

Persistência do fósforo

Vários fósforos estão disponíveis dependendo das necessidades do aplicativo de medição ou exibição. O brilho, a cor e a persistência da iluminação dependem do tipo de fósforo usado na tela CRT. Os fósforos estão disponíveis com persistências que variam de menos de um microssegundo a vários segundos. Para observação visual de breves eventos transitórios, um fósforo de longa persistência pode ser desejável. Para eventos rápidos e repetitivos, ou de alta frequência, geralmente é preferível um fósforo de persistência curta. A persistência do fósforo deve ser baixa o suficiente para evitar manchas ou artefatos fantasmas em altas taxas de atualização.

Limitações e soluções alternativas

Florescimento

Variações na voltagem do ânodo podem levar a variações no brilho em partes ou em toda a imagem, além de blooming, encolhimento ou ampliação ou redução da imagem. Tensões mais baixas levam a blooming e zoom in, enquanto tensões mais altas fazem o oposto. Algum blooming é inevitável, o que pode ser visto como áreas brilhantes de uma imagem que se expandem, distorcem ou empurram para o lado as áreas mais escuras da mesma imagem. A floração ocorre porque as áreas brilhantes têm uma corrente de feixe de elétrons mais alta do canhão de elétrons, tornando o feixe mais amplo e mais difícil de focar. A má regulação da tensão faz com que o foco e a tensão do ânodo diminuam com o aumento da corrente do feixe de elétrons.

Domingo

Doming é um fenômeno encontrado em algumas televisões CRT em que partes da máscara de sombra ficam aquecidas. Em televisões que exibem esse comportamento, ele tende a ocorrer em cenas de alto contraste nas quais há uma cena amplamente escura com um ou mais pontos brilhantes localizados. À medida que o feixe de elétrons atinge a máscara de sombra nessas áreas, ele aquece de maneira desigual. A máscara de sombra se deforma devido às diferenças de calor, o que faz com que o canhão de elétrons atinja os fósforos coloridos errados e cores incorretas sejam exibidas na área afetada. A expansão térmica faz com que a máscara de sombra se expanda em cerca de 100 mícrons.

Durante a operação normal, a máscara de sombra é aquecida a cerca de 80–90 °C. As áreas brilhantes das imagens aquecem a máscara de sombra mais do que as áreas escuras, levando a um aquecimento desigual da máscara de sombra e deformação (blooming) devido à expansão térmica causada pelo aquecimento pelo aumento da corrente do feixe de elétrons. A máscara de sombra geralmente é feita de aço, mas pode ser feita de Invar (uma liga de níquel-ferro de baixa expansão térmica), pois suporta duas a três vezes mais corrente do que as máscaras convencionais sem empenamento perceptível, ao mesmo tempo em que facilita a obtenção de CRTs de resolução mais alta. Revestimentos que dissipam o calor podem ser aplicados na máscara de sombra para limitar o florescimento em um processo chamado escurecimento.

Molas bimetálicas podem ser usadas em CRTs usados em TVs para compensar o empenamento que ocorre quando o feixe de elétrons aquece a máscara de sombra, causando expansão térmica. A máscara de sombra é instalada na tela usando peças de metal ou um trilho ou moldura que é fundida ao funil ou ao vidro da tela, respectivamente, mantendo a máscara de sombra em tensão para minimizar a distorção (se a máscara for plana, usada em CRT de tela plana monitores de computador) e permitindo maior brilho e contraste de imagem.

As telas de grade de abertura são mais brilhantes, pois permitem a passagem de mais elétrons, mas requerem fios de suporte. Eles também são mais resistentes à deformação. Os CRTs coloridos precisam de tensões de ânodo mais altas do que os CRTs monocromáticos para obter o mesmo brilho, pois a máscara de sombra bloqueia a maior parte do feixe de elétrons. As máscaras de slot e especialmente as grades de abertura não bloqueiam tantos elétrons, resultando em uma imagem mais brilhante para uma determinada tensão de ânodo, mas os CRTs de grade de abertura são mais pesados. As máscaras de sombra bloqueiam de 80 a 85% do feixe de elétrons, enquanto as grades de abertura permitem a passagem de mais elétrons.

Alta tensão

O brilho da imagem está relacionado à voltagem do ânodo e ao tamanho dos CRTs, portanto, voltagens mais altas são necessárias para telas maiores e brilho de imagem mais alto. O brilho da imagem também é controlado pela corrente do feixe de elétrons. Tensões de ânodo mais altas e correntes de feixe de elétrons também significam maiores quantidades de raios-x e geração de calor, uma vez que os elétrons têm velocidade e energia mais altas. Vidro com chumbo e vidro especial de bário-estrôncio são usados para bloquear a maioria das emissões de raios-x.

Tamanho

O tamanho é limitado pela tensão do ânodo, pois exigiria uma rigidez dielétrica mais alta para evitar arco elétrico (descarga corona) e as perdas elétricas e geração de ozônio que ele causa, sem sacrificar o brilho da imagem. O peso do CRT, que se origina do vidro grosso necessário para sustentar o vácuo com segurança, impõe um limite prático ao tamanho de um CRT. O monitor Sony PVM-4300 CRT de 43 polegadas pesa 440 libras (200 kg). CRTs menores pesam significativamente menos, por exemplo, CRTs de 32 polegadas pesam até 163 libras (74 kg) e CRTs de 19 polegadas pesam até 60 libras (27 kg). Para comparação, uma TV de tela plana de 32 polegadas pesa apenas aprox. 18 libras (8,2 kg) e uma TV de tela plana de 19 polegadas pesa 6,5 libras (2,9 kg).

Máscaras de sombra tornam-se mais difíceis de fazer com o aumento da resolução e do tamanho.

Limites impostos pela deflexão

Em ângulos de deflexão, resoluções e taxas de atualização altos (uma vez que resoluções e taxas de atualização mais altas requerem frequências significativamente mais altas para serem aplicadas às bobinas de deflexão horizontais), o garfo de deflexão começa a produzir grandes quantidades de calor, devido à necessidade de se mover o feixe de elétrons em um ângulo mais alto, que por sua vez requer quantidades exponencialmente maiores de energia. Por exemplo, para aumentar o ângulo de deflexão de 90 para 120°, o consumo de energia do garfo também deve subir de 40 watts para 80 watts, e para aumentá-lo ainda mais de 120 para 150°, a potência de deflexão deve subir novamente de 80 watts para 160 watts. Isso normalmente torna os CRTs que vão além de certos ângulos de deflexão, resoluções e taxas de atualização impraticáveis, uma vez que as bobinas gerariam muito calor devido à resistência causada pelo efeito de pele, perdas de corrente parasita e/ou possivelmente causando o vidro embaixo da bobina para se tornar condutivo (como a condutividade elétrica do vidro diminui com o aumento da temperatura). Alguns garfos de deflexão são projetados para dissipar o calor proveniente de sua operação. Ângulos de deflexão mais altos em CRTs coloridos afetam diretamente a convergência nos cantos da tela, o que requer circuitos de compensação adicionais para lidar com a potência e a forma do feixe de elétrons, levando a custos e consumo de energia mais altos. Ângulos de deflexão mais altos permitem que um CRT de um determinado tamanho seja mais fino, mas também impõem mais estresse ao envelope do CRT, especialmente no painel, na vedação entre o painel e o funil e no funil. O funil precisa ser longo o suficiente para minimizar o estresse, pois um funil mais longo pode ter um formato melhor para ter menos estresse.

Comparação com outras tecnologias

• Vantagens LCD sobre CRT: Maior volume, consumo de energia e geração de calor, maiores taxas de atualização (até 360 Hz), maiores taxas de contraste
• Vantagens CRT sobre LCD: Melhor reprodução de cores, sem desfoque de movimento, multisincronização disponível em muitos monitores, sem lag de entrada
• Vantagens OLED sobre CRT: Reprodução a granel inferior, cor semelhante, maiores razões de contraste, taxas de atualização semelhantes (mais de 60 Hz, até 120 Hz) exceto para monitores de computador.

Nos CRTs, a taxa de atualização depende da resolução, ambas limitadas pela frequência máxima de varredura horizontal do CRT. O desfoque de movimento também depende do tempo de decaimento dos fósforos. Fósforos que decaem muito lentamente para uma determinada taxa de atualização podem causar manchas ou desfoque de movimento na imagem. Na prática, os CRTs são limitados a uma taxa de atualização de 160 Hz. Os LCDs que podem competir com OLED (Dual Layer e LCDs mini-LED) não estão disponíveis em altas taxas de atualização, embora os LCDs de pontos quânticos (QLEDs) estejam disponíveis em altas taxas de atualização (até 144 Hz) e sejam competitivos na reprodução de cores com OLED.

Os monitores CRT ainda podem superar os monitores LCD e OLED em atraso de entrada, pois não há processamento de sinal entre o CRT e o conector de exibição do monitor, pois os monitores CRT geralmente usam VGA, que fornece um sinal analógico que pode ser alimentado a um CRT diretamente. Placas de vídeo projetadas para uso com CRTs podem ter um RAMDAC para gerar os sinais analógicos necessários para o CRT. Além disso, os monitores CRT geralmente são capazes de exibir imagens nítidas em várias resoluções, uma capacidade conhecida como multisincronização. Devido a essas razões, os CRTs às vezes são preferidos pelos jogadores de PC, apesar de seu volume, peso e geração de calor.

CRTs tendem a ser mais duráveis do que suas contrapartes de tela plana, embora também existam LCDs especializados com durabilidade semelhante.

Tipos

Os CRTs foram produzidos em duas categorias principais, tubos de imagem e tubos de exibição. Tubos de imagem foram usados em TVs enquanto tubos de exibição foram usados em monitores de computador. Os tubos de exibição não tinham overscan e eram de resolução mais alta. CRTs de tubo de imagem têm overscan, o que significa que as bordas reais da imagem não são mostradas; isso é proposital para permitir variações de ajuste entre TVs CRT, evitando que as bordas irregulares (devido ao blooming) da imagem sejam exibidas na tela. A máscara de sombra pode ter ranhuras que refletem os elétrons que não atingem a tela devido ao overscan. Tubos de imagem colorida usados em TVs também eram conhecidos como CPTs. Às vezes, os CRTs também são chamados de tubos de Braun.

CRTs monocromáticos

Um CRT monocromático aluminizado. O revestimento mate preto é aquadag.

O jugo de deflexão sobre o pescoço de um CRT monocromático. Tem dois pares de bobinas de deflexão.

Se o CRT for um CRT preto e branco (P&B ou monocromático), há um único canhão de elétrons no gargalo e o funil é revestido por dentro com alumínio que foi aplicado por evaporação; o alumínio é evaporado no vácuo e pode condensar no interior do CRT. O alumínio elimina a necessidade de armadilhas de íons, necessárias para evitar a queima de íons no fósforo, ao mesmo tempo em que reflete a luz gerada pelo fósforo em direção à tela, gerenciando o calor e absorvendo elétrons, fornecendo um caminho de retorno para eles; anteriormente os funis eram revestidos por dentro com aquadag, usado porque pode ser aplicado como tinta; os fósforos foram deixados sem revestimento. O alumínio começou a ser aplicado aos CRTs na década de 1950, revestindo o interior do CRT incluindo os fósforos, o que também aumentava o brilho da imagem, pois o alumínio refletia a luz (que de outra forma seria perdida dentro do CRT) para fora do CRT. Em CRTs monocromáticos aluminizados, o Aquadag é usado na parte externa. Há um único revestimento de alumínio cobrindo o funil e a tela.

A tela, o funil e o gargalo são fundidos em um único envelope, possivelmente usando selos de esmalte de chumbo, é feito um orifício no funil no qual a tampa do ânodo é instalada e o fósforo, aquadag e alumínio são aplicados posteriormente. CRTs anteriormente monocromáticos usavam armadilhas de íons que exigiam ímãs; o ímã foi usado para desviar os elétrons dos íons mais difíceis de desviar, deixando os elétrons passarem enquanto os íons colidem em uma folha de metal dentro do canhão de elétrons. A queima de íons resulta em desgaste prematuro do fósforo. Como os íons são mais difíceis de desviar do que os elétrons, a queima de íons deixa um ponto preto no centro da tela.

O revestimento interno de aquadag ou alumínio era o ânodo e servia para acelerar os elétrons em direção à tela, reunindo-os após bater na tela enquanto servia como capacitor junto com o revestimento externo de aquadag. A tela tem um único revestimento de fósforo uniforme e nenhuma máscara de sombra, tecnicamente sem limite de resolução.

CRTs monocromáticos podem usar ímãs de anel para ajustar a centralização do feixe de elétrons e ímãs ao redor do garfo de deflexão para ajustar a geometria da imagem.

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  CRT monocromático mais velho sem alumínio, apenas aquadag

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  A arma eletrônica de um CRT monocromático

CRTs coloridos

vista magnífica de um delta-gun sombra máscara cor CRT

À esquerda: Vista magnífica das tríades de fósforo em linha (uma máscara de fenda) CRT. À direita: vista magnífica das tríades de fósforo de espingarda Delta.

Magnificada vista de uma cor CRT Trinitron (apertura grelha). Um fio de suporte horizontal fino é visível.

Tipos de tríade e máscara CRT

Espectro de constituintes fosforos azuis, verdes e vermelhos em um CRT comum

As armas eletrônicas em linha de uma TV CRT colorida

CRTs coloridos usam três fósforos diferentes que emitem luz vermelha, verde e azul, respectivamente. Eles são agrupados em listras (como em designs de grade de abertura) ou grupos chamados "tríades" (como em CRTs de máscara de sombra).

Os CRTs coloridos têm três canhões de elétrons, um para cada cor primária (vermelho, verde e azul) dispostos em linha reta (em linha) ou em uma configuração triangular equilátera (os canhões geralmente são construídos como uma única unidade). (A configuração triangular é freqüentemente chamada de "delta-gun", com base em sua relação com a forma da letra grega delta Δ.) A disposição dos fósforos é a mesma dos canhões de elétrons. Uma grade ou máscara absorve os elétrons que, de outra forma, atingiriam o fósforo errado.

Um tubo de máscara de sombra usa uma placa de metal com pequenos orifícios, normalmente em configuração delta, colocada de forma que o feixe de elétrons ilumine apenas os fósforos corretos na face do tubo; bloqueando todos os outros elétrons. Máscaras de sombra que usam slots em vez de buracos são conhecidas como máscaras de slot. Os orifícios ou slots são afunilados para que os elétrons que atingem o interior de qualquer orifício sejam refletidos de volta, se não forem absorvidos (por exemplo, devido ao acúmulo de carga local), em vez de saltar através do orifício para atingir um ponto aleatório (errado) na tela. Outro tipo de CRT colorido (Trinitron) usa uma grade de abertura de fios verticais tensionados para obter o mesmo resultado. A máscara de sombra tem um único orifício para cada tríade. A máscara de sombra geralmente fica 1/2 polegada atrás da tela.

Os CRTs Trinitron eram diferentes dos outros CRTs coloridos porque tinham um único canhão de elétrons com três cátodos, uma grade de abertura que permitia a passagem de mais elétrons, aumentando o brilho da imagem (já que a grade de abertura não bloqueava tantos elétrons) e um tela cilíndrica verticalmente, em vez de uma tela curva.

Os três canhões de elétrons estão no pescoço (exceto para Trinitrons) e os fósforos vermelho, verde e azul na tela podem ser separados por uma grade ou matriz preta (chamada de faixa preta pela Toshiba).

O funil é revestido com aquadag em ambos os lados, enquanto a tela possui um revestimento de alumínio separado aplicado a vácuo. O revestimento de alumínio protege o fósforo dos íons, absorve os elétrons secundários, proporcionando-lhes um caminho de retorno, impedindo-os de carregar eletrostaticamente a tela que repeliria os elétrons e reduziria o brilho da imagem, reflete a luz dos fósforos para a frente e ajuda a gerenciar o calor. Ele também serve como ânodo do CRT junto com o revestimento interno aquadag. O revestimento interno é conectado eletricamente a um eletrodo do canhão de elétrons por meio de molas, formando o ânodo final. O revestimento externo do aquadag é conectado ao solo, possivelmente usando uma série de molas ou um arnês que faz contato com o aquadag.

Máscara de sombra

A máscara de sombra absorve ou reflete elétrons que, de outra forma, atingiriam os pontos de fósforo errados, causando problemas de pureza de cor (descoloração de imagens); em outras palavras, quando configurada corretamente, a máscara de sombra ajuda a garantir a pureza da cor. Quando os elétrons atingem a máscara de sombra, eles liberam sua energia na forma de calor e raios-x. Se os elétrons tiverem muita energia devido a uma tensão anódica muito alta, por exemplo, a máscara de sombra pode deformar devido ao calor, o que também pode acontecer durante o cozimento Lehr a aprox. 435 °C da vedação frita entre a placa frontal e o funil do CRT.

As máscaras de sombra foram substituídas nas TVs por máscaras de slot na década de 1970, pois as máscaras de slot permitem a passagem de mais elétrons, aumentando o brilho da imagem. As máscaras de sombra podem ser conectadas eletricamente ao ânodo do CRT. Trinitron usou um único canhão de elétrons com três cátodos em vez de três canhões completos. Os monitores CRT PC geralmente usam máscaras de sombra, exceto para Sony's Trinitron, Mitsubishi's Diamondtron e NEC's Cromaclear; Trinitron e Diamondtron usam grades de abertura enquanto Cromaclear usa uma máscara de slot. Alguns CRTs de máscara de sombra têm fósforos de cores menores em diâmetro do que os feixes de elétrons usados para iluminá-los, com a intenção de cobrir todo o fósforo, aumentando o brilho da imagem. As máscaras de sombra podem ser pressionadas em uma forma curva.

Fabricação de telas

Os primeiros CRTs coloridos não tinham uma matriz preta, que foi introduzida pela Zenith em 1969 e pela Panasonic em 1970. A matriz preta elimina o vazamento de luz de um fósforo para outro, pois a matriz preta isola os pontos de fósforo uns dos outros, portanto parte do feixe de elétrons toca a matriz preta. Isso também é necessário devido ao empenamento da máscara de sombra. O sangramento de luz ainda pode ocorrer devido a elétrons perdidos atingindo os pontos de fósforo errados. Em altas resoluções e taxas de atualização, os fósforos recebem apenas uma quantidade muito pequena de energia, limitando o brilho da imagem.

Vários métodos foram usados para criar a matriz preta. Um método revestiu a tela com fotorresistente, como fotorresistente de álcool polivinílico sensibilizado com dicromato, que foi então seco e exposto; as áreas não expostas foram removidas e toda a tela foi revestida com grafite coloidal para criar um filme de carbono e, em seguida, o peróxido de hidrogênio foi usado para remover o fotorresistente restante ao lado do carbono que estava em cima dele, criando buracos que por sua vez criaram a matriz preta. O fotorresiste tinha que ter a espessura correta para garantir adesão suficiente à tela, enquanto a etapa de exposição tinha que ser controlada para evitar buracos muito pequenos ou grandes com bordas irregulares causadas pela difração de luz, limitando a resolução máxima de cores grandes CRTs. Os orifícios foram então preenchidos com fósforo usando o método descrito acima. Outro método utilizava fósforos suspensos em um sal de diazônio aromático que aderia à tela quando exposto à luz; os fósforos foram aplicados e depois expostos para fazer com que aderissem à tela, repetindo o processo uma vez para cada cor. Em seguida, o carbono foi aplicado nas áreas restantes da tela enquanto expunha toda a tela à luz para criar a matriz preta, e um processo de fixação usando uma solução aquosa de polímero foi aplicado à tela para tornar os fósforos e a matriz preta resistentes à água. Cromo preto pode ser usado em vez de carbono na matriz preta. Outros métodos também foram usados.

Os fósforos são aplicados usando fotolitografia. O lado interno da tela é revestido com partículas de fósforo suspensas em pasta fotorresistente de PVA, que é então seca usando luz infravermelha, exposta e revelada. A exposição é feita usando um "farol" que usa uma fonte de luz ultravioleta com uma lente corretora para permitir que o CRT alcance a pureza da cor. Máscaras de sombra removíveis com clipes de mola são usadas como fotomáscaras. O processo é repetido com todas as cores. Normalmente o fósforo verde é o primeiro a ser aplicado. Após a aplicação do fósforo, a tela é cozida para eliminar quaisquer produtos químicos orgânicos (como o PVA que foi usado para depositar o fósforo) que possam permanecer na tela. Alternativamente, os fósforos podem ser aplicados em uma câmara de vácuo, evaporando-os e permitindo que se condensem na tela, criando um revestimento muito uniforme. Os primeiros CRTs coloridos tiveram seus fósforos depositados usando serigrafia. Os fósforos podem ter filtros de cores sobre eles (voltados para o observador), conter pigmento da cor emitida pelo fósforo ou ser encapsulados em filtros de cores para melhorar a pureza e a reprodução das cores, reduzindo o brilho. A má exposição devido à luz insuficiente leva a uma fraca adesão do fósforo à tela, o que limita a resolução máxima de um CRT, pois os pontos de fósforo menores necessários para resoluções mais altas não podem receber tanta luz devido ao seu tamanho menor.

Depois que a tela é revestida com fósforo e alumínio e a máscara de sombra instalada nela, a tela é ligada ao funil usando uma frita de vidro que pode conter 65 a 88% de óxido de chumbo em peso. O óxido de chumbo é necessário para que a frita de vidro tenha uma baixa temperatura de fusão. O óxido de boro (III) também pode se apresentar para estabilizar a frita, com pó de alumina como carga para controlar a expansão térmica da frita. A frita pode ser aplicada como uma pasta consistindo de partículas de frita suspensas em acetato de amila ou em um polímero com um monômero de metacrilato de alquila juntamente com um solvente orgânico para dissolver o polímero e o monômero. O CRT é então assado em um forno no que é chamado de cozimento Lehr, para curar a frita, selando o funil e a tela juntos. A frita contém uma grande quantidade de chumbo, fazendo com que os CRTs coloridos contenham mais chumbo do que seus equivalentes monocromáticos. Por outro lado, CRTs monocromáticos não requerem frit; o funil pode ser fundido diretamente ao vidro, derretendo e unindo as bordas do funil e da tela usando chamas de gás. Frit é usado em CRTs coloridos para evitar a deformação da máscara de sombra e da tela durante o processo de fusão. As bordas da tela e o funil do CRT nunca são derretidos. Um primer pode ser aplicado nas bordas do funil e da tela antes da aplicação da pasta frita para melhorar a adesão. O cozimento Lehr consiste em várias etapas sucessivas que aquecem e depois resfriam o CRT gradualmente até atingir uma temperatura de 435 a 475°C (outras fontes podem indicar temperaturas diferentes, como 440°C) Após o cozimento Lehr, o CRT é lavado com ar ou nitrogênio para remover contaminantes, o canhão de elétrons é inserido e selado no gargalo do CRT e um vácuo é formado no CRT.

Convergência e pureza em CRTs coloridos

Devido a limitações na precisão dimensional com a qual os CRTs podem ser fabricados economicamente, não tem sido praticamente possível construir CRTs coloridos nos quais três feixes de elétrons possam ser alinhados para atingir fósforos da respectiva cor em coordenação aceitável, apenas com base da configuração geométrica dos eixos do canhão de elétrons e posições de abertura do canhão, aberturas da máscara de sombra, etc. A máscara de sombra garante que um feixe atingirá apenas pontos de certas cores de fósforo, mas variações mínimas no alinhamento físico das partes internas entre CRTs individuais causará variações no alinhamento exato dos feixes através da máscara de sombra, permitindo que alguns elétrons, por exemplo, do feixe vermelho atinjam, digamos, fósforos azuis, a menos que alguma compensação individual seja feita para a variação entre os tubos individuais.

A convergência e a pureza da cor são dois aspectos desse único problema. Em primeiro lugar, para uma renderização de cores correta, é necessário que, independentemente de onde os feixes sejam desviados na tela, todos os três atinjam o mesmo ponto (e nominalmente passem pelo mesmo orifício ou fenda) na máscara de sombra. Isso se chama convergência. Mais especificamente, a convergência no centro da tela (sem campo de deflexão aplicado pelo jugo) é chamada de convergência estática, e a convergência no restante da área da tela (especialmente nas bordas e cantos) é chamada de convergência dinâmica. Os feixes podem convergir para o centro da tela e, ainda assim, se afastarem uns dos outros ao serem desviados para as bordas; tal CRT teria boa convergência estática, mas fraca convergência dinâmica. Em segundo lugar, cada feixe deve atingir apenas os fósforos da cor que pretende atingir e nenhum outro. Isso se chama pureza. Como a convergência, há pureza estática e pureza dinâmica, com os mesmos significados de "estático" e "dinâmico" quanto à convergência. A convergência e a pureza são parâmetros distintos; um CRT pode ter boa pureza, mas baixa convergência, ou vice-versa. Convergência ruim faz com que as cores "sombras" ou "fantasmas" ao longo das bordas e contornos exibidos, como se a imagem na tela fosse impressa em baixo relevo com registro ruim. A baixa pureza faz com que os objetos na tela apareçam sem cor enquanto suas bordas permanecem nítidas. Problemas de pureza e convergência podem ocorrer ao mesmo tempo, nas mesmas ou em diferentes áreas da tela ou em ambas em toda a tela, e uniformemente ou em maior ou menor grau em diferentes partes da tela.

A solução para os problemas de convergência estática e pureza é um conjunto de ímãs de anel de alinhamento de cores instalados ao redor do gargalo do CRT. Esses ímãs permanentes fracos móveis geralmente são montados na extremidade traseira do conjunto do garfo de deflexão e são ajustados na fábrica para compensar qualquer pureza estática e erros de convergência intrínsecos ao tubo desajustado. Normalmente, existem dois ou três pares de dois ímãs em forma de anéis feitos de plástico impregnado com um material magnético, com seus campos magnéticos paralelos aos planos dos ímãs, que são perpendiculares aos eixos do canhão de elétrons. Freqüentemente, um anel tem dois pólos, outro tem 4 e o anel restante tem 6 pólos. Cada par de anéis magnéticos forma um único ímã efetivo cujo vetor de campo pode ser totalmente e livremente ajustado (tanto na direção quanto na magnitude). Ao girar um par de ímãs um em relação ao outro, seu alinhamento de campo relativo pode ser variado, ajustando a força de campo efetiva do par. (Conforme eles giram um em relação ao outro, o campo de cada ímã pode ser considerado como tendo dois componentes opostos em ângulos retos, e esses quatro componentes [dois cada para dois ímãs] formam dois pares, um par reforçando um ao outro e o outro outro par se opondo e cancelando um ao outro. Girando para fora do alinhamento, os componentes do campo de reforço mútuo dos ímãs diminuem à medida que são trocados por componentes opostos crescentes, cancelando-se mutuamente.) Girando um par de ímãs juntos, preservando o ângulo relativo entre eles, a direção de seu campo magnético coletivo pode ser variada. No geral, o ajuste de todos os ímãs de convergência/pureza permite que uma leve deflexão do feixe de elétrons ou deslocamento lateral seja aplicada, o que compensa a menor convergência estática e erros de pureza intrínsecos ao tubo não calibrado. Depois de colocados, esses ímãs geralmente são colados no lugar, mas normalmente podem ser liberados e reajustados no campo (por exemplo, por uma oficina de TV), se necessário.

Em alguns CRTs, ímãs ajustáveis fixos adicionais são adicionados para convergência dinâmica ou pureza dinâmica em pontos específicos da tela, geralmente perto dos cantos ou bordas. O ajuste adicional de convergência dinâmica e pureza normalmente não pode ser feito passivamente, mas requer circuitos de compensação ativos, um para corrigir a convergência horizontalmente e outro para corrigi-la verticalmente. O garfo de deflexão contém bobinas de convergência, um conjunto de duas por cor, enroladas no mesmo núcleo, ao qual os sinais de convergência são aplicados. Isso significa 6 bobinas de convergência em grupos de 3, com 2 bobinas por grupo, com uma bobina para correção de convergência horizontal e outra para correção de convergência vertical, com cada grupo compartilhando um núcleo. Os grupos são separados 120° um do outro. A convergência dinâmica é necessária porque a frente do CRT e a máscara de sombra não são esféricas, compensando a desfocagem do feixe de elétrons e o astigmatismo. O fato de a tela do CRT não ser esférica leva a problemas de geometria que podem ser corrigidos usando um circuito. Os sinais usados para convergência são formas de onda parabólicas derivadas de três sinais provenientes de um circuito de saída vertical. O sinal parabólico é alimentado nas bobinas de convergência, enquanto os outros dois são sinais dente de serra que, quando misturados com os sinais parabólicos, criam o sinal necessário para a convergência. Um resistor e um diodo são usados para travar o sinal de convergência no centro da tela para evitar que seja afetado pela convergência estática. Os circuitos de convergência horizontal e vertical são semelhantes. Cada circuito possui dois ressonadores, um geralmente sintonizado em 15.625 Hz e outro em 31.250 Hz, que definem a frequência do sinal enviado às bobinas de convergência. A convergência dinâmica pode ser realizada usando campos quadrupolos eletrostáticos no canhão de elétrons. A convergência dinâmica significa que o feixe de elétrons não viaja em uma linha perfeitamente reta entre as bobinas de deflexão e a tela, uma vez que as bobinas de convergência fazem com que ele se torne curvo para se adequar à tela.

O sinal de convergência pode ser um sinal de dente de serra com uma leve aparência de onda senoidal, a parte da onda senoidal é criada usando um capacitor em série com cada bobina de deflexão. Nesse caso, o sinal de convergência é usado para acionar as bobinas de deflexão. A parte da onda senoidal do sinal faz com que o feixe de elétrons se mova mais lentamente perto das bordas da tela. Os capacitores usados para criar o sinal de convergência são conhecidos como capacitores s. Esse tipo de convergência é necessário devido aos altos ângulos de deflexão e às telas planas de muitos monitores de computador CRT. O valor dos capacitores s deve ser escolhido com base na taxa de varredura do CRT, portanto, os monitores multisincronizados devem ter conjuntos diferentes de capacitores s, um para cada taxa de atualização.

A convergência dinâmica pode ser realizada em alguns CRTs usando apenas os ímãs de anel, ímãs colados ao CRT e variando a posição do garfo de deflexão, cuja posição pode ser mantida usando parafusos de ajuste, uma braçadeira e cunhas de borracha. CRTs com ângulo de deflexão de 90° podem usar "autoconvergência" sem convergência dinâmica, que junto com o arranjo da tríade em linha, elimina a necessidade de bobinas de convergência separadas e circuitos relacionados, reduzindo custos. complexidade e profundidade CRT em 10 milímetros. A autoconvergência funciona por meio de "não uniforme" Campos magnéticos. A convergência dinâmica é necessária em CRTs com ângulo de deflexão de 110°, e enrolamentos quadrupolos no garfo de deflexão em uma determinada frequência também podem ser usados para convergência dinâmica.

A convergência dinâmica de cores e a pureza são uma das principais razões pelas quais, até o final de sua história, os CRTs eram de pescoço longo (profundo) e tinham faces curvas biaxialmente; essas características de desenho geométrico são necessárias para a pureza e convergência intrínseca da cor dinâmica passiva. Somente a partir da década de 1990, sofisticados circuitos de compensação de convergência dinâmica ativa se tornaram disponíveis, tornando viáveis os CRTs de pescoço curto e face plana. Esses circuitos de compensação ativa usam o garfo de deflexão para ajustar com precisão a deflexão do feixe de acordo com o local de destino do feixe. As mesmas técnicas (e os principais componentes do circuito) também possibilitam o ajuste da rotação da imagem de exibição, inclinação e outros parâmetros complexos de geometria raster por meio da eletrônica sob controle do usuário.

As armas são alinhadas umas com as outras (convergidas) usando anéis de convergência colocados fora do pescoço; há um anel por arma. Os anéis têm pólos norte e sul. Existem 4 conjuntos de anéis, um para ajustar a convergência RGB, um segundo para ajustar a convergência de Vermelho e Azul, um terceiro para ajustar o deslocamento vertical do raster e um quarto para ajustar a pureza. O deslocamento raster vertical ajusta a retidão da linha de varredura. Os CRTs também podem empregar circuitos de convergência dinâmica, que garantem a convergência correta nas bordas do CRT. Os ímãs de permalloy também podem ser usados para corrigir a convergência nas bordas. A convergência é realizada com a ajuda de um padrão de hachura (grade). Outros CRTs podem usar ímãs que são empurrados para dentro e para fora em vez de anéis. Nos primeiros CRTs coloridos, os orifícios na máscara de sombra tornaram-se progressivamente menores à medida que se estendiam para fora do centro da tela, para ajudar na convergência.

Blindagem magnética e desmagnetização

Um desafio em progresso

Escudos magnéticos de metal mu para osciloscópio CRTs

Se a máscara de sombra ou grade de abertura ficar magnetizada, seu campo magnético altera os caminhos dos feixes de elétrons. Isso causa erros de "pureza de cor" pois os elétrons não seguem mais apenas seus caminhos pretendidos, e alguns vão atingir alguns fósforos de cores diferentes da pretendida. Por exemplo, alguns elétrons do feixe vermelho podem atingir fósforos azuis ou verdes, impondo uma tonalidade magenta ou amarela a partes da imagem que deveriam ser de vermelho puro. (Este efeito é localizado em uma área específica da tela se a magnetização for localizada.) Portanto, é importante que a máscara de sombra ou a grade de abertura não sejam magnetizadas. O campo magnético da Terra pode afetar a pureza da cor do CRT. Por causa disso, alguns CRTs possuem escudos magnéticos externos sobre seus funis. A blindagem magnética pode ser feita de ferro macio ou aço macio e conter uma bobina de desmagnetização. O escudo magnético e a máscara de sombra podem ser permanentemente magnetizados pelo campo magnético da Terra, afetando negativamente a pureza da cor quando o CRT é movido. Esse problema é resolvido com uma bobina desmagnetizadora embutida, encontrada em muitas TVs e monitores de computador. A desmagnetização pode ser automática, ocorrendo sempre que o CRT é ligado. A blindagem magnética também pode ser interna, ficando dentro do funil do CRT.

Os monitores CRT coloridos em aparelhos de televisão e monitores de computador geralmente possuem uma bobina de desmagnetização (desmagnetização) embutida montada ao redor do perímetro da face do CRT. Ao ligar o monitor CRT, o circuito de desmagnetização produz uma breve corrente alternada através da bobina que desaparece a zero em alguns segundos, produzindo um campo magnético alternado decrescente da bobina. Este campo de desmagnetização é forte o suficiente para remover a magnetização da máscara de sombra na maioria dos casos, mantendo a pureza da cor. Em casos incomuns de forte magnetização onde o campo de desmagnetização interno não é suficiente, a máscara de sombra pode ser desmagnetizada externamente com um desmagnetizador ou desmagnetizador portátil mais forte. No entanto, um campo magnético excessivamente forte, seja alternado ou constante, pode deformar mecanicamente (dobrar) a máscara de sombra, causando uma distorção de cor permanente no visor que se parece muito com um efeito de magnetização.

Resolução

Dot pitch define a resolução máxima da tela, assumindo CRTs delta-gun. Nelas, à medida que a resolução digitalizada se aproxima da resolução dot pitch, o moiré aparece, pois os detalhes exibidos são mais finos do que a máscara de sombra pode renderizar. Os monitores de grade de abertura não sofrem de moiré vertical, no entanto, porque suas faixas de fósforo não têm detalhes verticais. Em CRTs menores, essas faixas mantêm a posição por si mesmas, mas CRTs com grade de abertura maior requerem uma ou duas faixas de suporte transversais (horizontais); um para CRTs menores e dois para os maiores. Os fios de suporte bloqueiam os elétrons, fazendo com que os fios fiquem visíveis. Nos CRTs com grade de abertura, o dot pitch é substituído pelo stripe pitch. A Hitachi desenvolveu a máscara de sombra Enhanced Dot Pitch (EDP), que usa orifícios ovais em vez de circulares, com os respectivos pontos de fósforo ovais. O moiré é reduzido em CRTs de máscara de sombra, organizando os orifícios na máscara de sombra em um padrão semelhante a um favo de mel.

CRTs de projeção

Os CRTs de projeção foram usados em projetores CRT e televisores de retroprojeção CRT, e geralmente são pequenos (tendo de 7 a 9 polegadas de largura); possuem um fósforo que gera luz vermelha, verde ou azul, tornando-os CRTs monocromáticos; e são semelhantes em construção a outros CRTs monocromáticos. Os CRTs de projeção maior geralmente duravam mais e eram capazes de fornecer níveis de brilho e resolução mais altos, mas também eram mais caros. Os CRTs de projeção têm uma tensão de ânodo excepcionalmente alta para seu tamanho (como 27 ou 25 kV para um CRT de projeção de 5 ou 7 polegadas, respectivamente) e um cátodo de tungstênio/bário feito especialmente (em vez do óxido de bário puro normalmente usado) que consiste de átomos de bário embutidos em 20% de tungstênio poroso ou aluminatos de bário e cálcio ou de óxidos de bário, cálcio e alumínio revestidos em tungstênio poroso; o bário se difunde através do tungstênio para emitir elétrons. O catodo especial pode fornecer 2mA de corrente em vez dos 0,3mA dos catodos normais, o que os torna brilhantes o suficiente para serem usados como fontes de luz para projeção. A alta tensão do ânodo e o cátodo feito especialmente aumentam a tensão e a corrente, respectivamente, do feixe de elétrons, o que aumenta a luz emitida pelos fósforos e também a quantidade de calor gerado durante a operação; isso significa que os CRTs do projetor precisam ser resfriados. A tela geralmente é resfriada usando um recipiente (a tela faz parte do recipiente) com glicol; o próprio glicol pode ser tingido, ou pode ser usado glicol incolor dentro de um recipiente que pode ser colorido (formando uma lente conhecida como elemento c). Lentes coloridas ou glicol são usadas para melhorar a reprodução de cores ao custo do brilho e são usadas apenas em CRTs vermelhos e verdes. Cada CRT tem seu próprio glicol, que tem acesso a uma bolha de ar para permitir que o glicol encolha e expanda à medida que esfria e aquece. Os CRTs do projetor podem ter anéis de ajuste assim como os CRTs coloridos para ajustar o astigmatismo, que é o brilho do feixe de elétrons (luz difusa semelhante a sombras). Possuem três anéis de ajuste; um com dois pólos, um com quatro pólos e outro com 6 pólos. Quando ajustado corretamente, o projetor pode exibir pontos perfeitamente redondos sem alargamento. As telas utilizadas nos CRTs de projeção eram mais transparentes do que o normal, com 90% de transmitância. Os primeiros CRTs de projeção foram feitos em 1933.

Os CRTs do projetor estavam disponíveis com foco eletrostático e eletromagnético, sendo o último mais caro. A focagem eletrostática usava eletrônicos para focar o feixe de elétrons, junto com ímãs de foco ao redor do pescoço do CRT para ajustes de foco finos. Este tipo de focagem degradou com o tempo. A focagem eletromagnética foi introduzida no início dos anos 90 e incluía uma bobina de focagem eletromagnética além dos ímãs de focagem já existentes. O foco eletromagnético foi muito mais estável ao longo da vida útil do CRT, retendo 95% de sua nitidez até o final da vida útil do CRT.

Tubo de índice de feixe

Os tubos de índice de feixe, também conhecidos como Uniray, Apple CRT ou Indextron, foram uma tentativa da Philco na década de 1950 de criar um CRT colorido sem uma máscara de sombra, eliminando problemas de convergência e pureza e permitindo CRTs mais rasos com maior deflexão ângulos. Também exigia uma fonte de alimentação de menor tensão para o ânodo final, pois não usava uma máscara de sombra, que normalmente bloqueia cerca de 80% dos elétrons gerados pelo canhão de elétrons. A falta de uma máscara de sombra também o tornou imune ao campo magnético da Terra, tornando a desmagnetização desnecessária e aumentando o brilho da imagem. Foi construído de forma semelhante a um CRT monocromático, com um revestimento externo aquadag, um revestimento interno de alumínio e um único canhão de elétrons, mas com uma tela com um padrão alternado de listras de fósforo vermelho, verde, azul e UV (índice) (semelhante a um Trinitron) com um tubo fotomultiplicador ou fotodiodo montado lateralmente apontado para a parte traseira da tela e montado no funil do CRT, para rastrear o feixe de elétrons para ativar os fósforos separadamente um do outro usando o mesmo feixe de elétrons. Apenas a faixa de fósforo do índice foi usada para rastreamento e foi o único fósforo que não foi coberto por uma camada de alumínio. Foi arquivado por causa da precisão necessária para produzi-lo. Foi revivido pela Sony na década de 1980 como o Indextron, mas sua adoção foi limitada, pelo menos em parte devido ao desenvolvimento de monitores LCD. Os CRTs de índice de feixe também sofriam de taxas de contraste ruins de apenas cerca de 50:1, uma vez que alguma emissão de luz pelos fósforos era necessária o tempo todo pelos fotodiodos para rastrear o feixe de elétrons. Ele permitia projetores CRT coloridos CRT únicos devido à falta de máscara de sombra; normalmente os projetores CRT usam três CRTs, um para cada cor, pois muito calor é gerado devido a alta voltagem anódica e corrente do feixe, tornando uma máscara de sombra impraticável e ineficiente, pois deformaria sob o calor produzido (máscaras de sombra absorvem a maior parte o feixe de elétrons e, portanto, a maior parte da energia transportada pelos elétrons relativísticos); os três CRTs significavam que um procedimento de calibração e ajuste envolvido tinha que ser executado durante a instalação do projetor, e mover o projetor exigiria que ele fosse recalibrado. Um único CRT significava que a necessidade de calibração foi eliminada, mas o brilho diminuiu, pois a tela CRT tinha que ser usada para três cores, em vez de cada cor ter sua própria tela CRT. Um padrão de listras também impõe um limite de resolução horizontal; em contraste, os projetores CRT de três telas não têm limite teórico de resolução, devido a eles terem revestimentos de fósforo uniformes e únicos.

CRTs planos

A frente de um CRT monocromático Sony Watchman

Uma montagem CRT monocromática plana dentro de uma TV portátil de 1984 Sinclair TV80

CRTs planos são aqueles com tela plana. Apesar de terem uma tela plana, eles podem não ser totalmente planos, principalmente por dentro, ao contrário, possuem uma curvatura bastante aumentada. Uma notável exceção é o LG Flatron (feito pela LG.Philips Displays, mais tarde LP Displays) que é verdadeiramente plano por fora e por dentro, mas tem um painel de vidro colado na tela com uma faixa de aro tensionada para fornecer proteção contra implosão. Esses CRTs completamente planos foram introduzidos pela primeira vez pela Zenith em 1986 e usavam máscaras de sombra tensionadas planas, onde a máscara de sombra é mantida sob tensão, proporcionando maior resistência ao florescimento. Os CRTs planos têm vários desafios, como deflexão. Boosters de deflexão vertical são necessários para aumentar a quantidade de corrente que é enviada para as bobinas de deflexão vertical para compensar a curvatura reduzida. Os CRTs usados no Sinclair TV80 e em muitos Sony Watchmans eram planos porque não eram profundos e suas telas frontais eram planas, mas seus canhões de elétrons foram colocados ao lado da tela. O TV80 usava deflexão eletrostática enquanto o Watchman usava deflexão magnética com uma tela de fósforo curvada para dentro. CRTs semelhantes foram usados em campainhas de vídeo.

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  O lado de um CRT monocromático Sony Watchman. Um dos pares de bobinas de deflexão é facilmente perceptível.

CRTs de radar

CRTs de radar como o 7JP4 tinham uma tela circular e escaneavam o feixe do centro para fora. O garfo de deflexão girou, fazendo com que a viga girasse de forma circular. A tela geralmente tinha duas cores, geralmente uma cor brilhante de curta persistência que só aparecia quando o feixe examinava a tela e um brilho residual de fósforo de longa persistência. Quando o feixe atinge o fósforo, o fósforo se ilumina intensamente e, quando o feixe sai, o brilho residual de longa persistência e mais escuro permaneceria aceso onde o feixe atingiu o fósforo, ao lado dos alvos do radar que foram "escritos" pelo feixe, até que o feixe volte a atingir o fósforo.

CRTs de osciloscópio

Um osciloscópio mostrando uma curva de Lissajous

A arma eletrônica de um osciloscópio. Um par de placas de deflexão é visível na esquerda.

Nos CRTs de osciloscópio, a deflexão eletrostática é usada, em vez da deflexão magnética comumente usada com televisão e outros CRTs grandes. O feixe é desviado horizontalmente pela aplicação de um campo elétrico entre um par de placas à esquerda e à direita, e verticalmente pela aplicação de um campo elétrico às placas acima e abaixo. As televisões usam deflexão magnética em vez de eletrostática porque as placas de deflexão obstruem o feixe quando o ângulo de deflexão é tão grande quanto o necessário para tubos relativamente curtos para seu tamanho. Alguns CRTs Osciloscópios incorporam ânodos pós-deflexão (PDAs) que são em forma de espiral para garantir um potencial anódico uniforme em todo o CRT e operam em até 15.000 volts. Nos CRTs PDA, o feixe de elétrons é desviado antes de ser acelerado, melhorando a sensibilidade e a legibilidade, especialmente ao analisar pulsos de tensão com ciclos de trabalho curtos.

Placa de microcanal

Ao exibir eventos one-shot rápidos, o feixe de elétrons deve desviar muito rapidamente, com poucos elétrons colidindo com a tela, levando a uma imagem fraca ou invisível na tela. Os CRTs de osciloscópio projetados para sinais muito rápidos podem fornecer uma exibição mais brilhante passando o feixe de elétrons por uma placa de microcanal antes de atingir a tela. Através do fenômeno da emissão secundária, esta placa multiplica o número de elétrons que atingem a tela de fósforo, proporcionando uma melhora significativa na taxa de gravação (brilho) e também na sensibilidade e no tamanho do ponto.

Gratículas

A maioria dos osciloscópios possui uma gratícula como parte da exibição visual, para facilitar as medições. A retícula pode ser marcada permanentemente dentro da face do CRT, ou pode ser uma placa externa transparente feita de vidro ou plástico acrílico. Uma retícula interna elimina o erro de paralaxe, mas não pode ser alterada para acomodar diferentes tipos de medições. Os osciloscópios geralmente fornecem um meio para a gratícula ser iluminada lateralmente, o que melhora sua visibilidade.

Tubos de armazenamento de imagens

O Tektronix Tipo 564: primeiro osciloscópio analógico de armazenamento de fósforo produzido em massa

Eles são encontrados em osciloscópios analógicos de armazenamento de fósforo. Eles são diferentes dos osciloscópios de armazenamento digital, que dependem da memória digital de estado sólido para armazenar a imagem.

Onde um único evento breve é monitorado por um osciloscópio, tal evento será exibido por um tubo convencional apenas enquanto realmente ocorrer. O uso de um fósforo de longa persistência pode permitir que a imagem seja observada após o evento, mas apenas por alguns segundos, na melhor das hipóteses. Essa limitação pode ser superada pelo uso de um tubo de raios catódicos de armazenamento de visão direta (tubo de armazenamento). Um tubo de armazenamento continuará a exibir o evento após sua ocorrência até que seja apagado. Um tubo de armazenamento é semelhante a um tubo convencional, exceto pelo fato de ser equipado com uma grade de metal revestida com uma camada dielétrica localizada imediatamente atrás da tela de fósforo. Uma tensão aplicada externamente à malha inicialmente garante que toda a malha esteja em um potencial constante. Esta malha é constantemente exposta a um feixe de elétrons de baixa velocidade de uma 'arma de inundação' que opera independentemente da arma principal. Esta arma de inundação não é desviada como a arma principal, mas constantemente 'ilumina' toda a malha de armazenamento. A carga inicial na malha de armazenamento é tal que repele os elétrons do canhão de inundação, que são impedidos de atingir a tela de fósforo.

Quando o canhão de elétrons principal grava uma imagem na tela, a energia no feixe principal é suficiente para criar um 'alívio potencial' na malha de armazenamento. As áreas onde esse relevo é criado não repelem mais os elétrons do canhão de inundação que agora passam pela malha e iluminam a tela de fósforo. Consequentemente, a imagem que foi brevemente traçada pela arma principal continua a ser exibida após sua ocorrência. A imagem pode ser 'apagada' realimentando a tensão externa à malha restaurando seu potencial constante. O tempo em que a imagem pode ser exibida foi limitado porque, na prática, o canhão de inundação neutraliza lentamente a carga na malha de armazenamento. Uma maneira de permitir que a imagem seja retida por mais tempo é desligar temporariamente a pistola de inundação. É então possível que a imagem seja retida por vários dias. A maioria dos tubos de armazenamento permite que uma tensão mais baixa seja aplicada à malha de armazenamento, o que restaura lentamente o estado de carga inicial. Variando esta tensão obtém-se uma persistência variável. Desligar a pistola de inundação e o fornecimento de tensão para a malha de armazenamento permite que esse tubo opere como um tubo de osciloscópio convencional.

Monitores vetoriais

Os monitores vetoriais foram usados nos primeiros sistemas de design assistido por computador e estão em alguns jogos de arcade do final dos anos 1970 até meados dos anos 1980, como Asteroids. Eles desenham gráficos ponto a ponto, em vez de escanear um raster. CRTs monocromáticos ou coloridos podem ser usados em exibições vetoriais, e os princípios essenciais de design e operação do CRT são os mesmos para qualquer tipo de exibição; a principal diferença está nos padrões e circuitos de deflexão do feixe.

Tubos de armazenamento de dados

O tubo de Williams ou tubo de Williams-Kilburn era um tubo de raios catódicos usado para armazenar dados binários eletronicamente. Foi usado em computadores da década de 1940 como um dispositivo de armazenamento digital de acesso aleatório. Em contraste com outros CRTs neste artigo, o tubo de Williams não era um dispositivo de exibição e, na verdade, não podia ser visto porque uma placa de metal cobria sua tela.

Olho de gato

Em alguns aparelhos de rádio de tubo de vácuo, um "Magic Eye" ou "Tuning Eye" tubo foi fornecido para ajudar a sintonizar o receptor. O ajuste seria ajustado até que a largura de uma sombra radial fosse minimizada. Isso foi usado em vez de um medidor eletromecânico mais caro, que mais tarde passou a ser usado em sintonizadores de ponta quando os conjuntos de transistores não tinham a alta tensão necessária para acionar o dispositivo. O mesmo tipo de dispositivo foi usado com gravadores como um medidor de nível de gravação e para várias outras aplicações, incluindo equipamentos de teste elétrico.

Caracteres

Alguns monitores para os primeiros computadores (aqueles que precisavam exibir mais texto do que era prático usando vetores ou que exigiam alta velocidade para saída fotográfica) usavam CRTs Charactron. Estes incorporam uma máscara de personagem de metal perfurado (estêncil), que molda um amplo feixe de elétrons para formar um personagem na tela. O sistema seleciona um caractere na máscara usando um conjunto de circuitos de deflexão, mas isso faz com que o feixe extrudado seja direcionado para fora do eixo, de modo que um segundo conjunto de placas de deflexão tenha que redirecionar o feixe para que ele seja direcionado para o centro de a tela. Um terceiro conjunto de placas coloca o personagem onde for necessário. O feixe é aberto (ligado) brevemente para desenhar o caractere naquela posição. Os gráficos podiam ser desenhados selecionando a posição na máscara correspondente ao código de um espaço (na prática, simplesmente não eram desenhados), que apresentava um pequeno orifício redondo no centro; isso desativou efetivamente a máscara de caractere e o sistema voltou ao comportamento de vetor regular. Os charactrons tinham pescoços excepcionalmente longos, devido à necessidade de três sistemas de deflexão.

Nimo

Tubo de Nimo BA0000-P31

Nimo era a marca registrada de uma família de pequenos CRTs especializados fabricados por engenheiros eletrônicos industriais. Estes tinham 10 canhões de elétrons que produziam feixes de elétrons na forma de dígitos de maneira semelhante à do charactron. Os tubos eram displays simples de um dígito ou displays mais complexos de 4 ou 6 dígitos produzidos por meio de um sistema de deflexão magnética adequado. Com poucas das complexidades de um CRT padrão, o tubo exigia um circuito de acionamento relativamente simples e, como a imagem era projetada na face de vidro, fornecia um ângulo de visão muito mais amplo do que os tipos concorrentes (por exemplo, tubos nixie). No entanto, sua necessidade de várias tensões e sua alta tensão os tornavam incomuns.

CRT de feixe de luz

Os CRTs de feixe de inundação são pequenos tubos organizados como pixels para grandes paredes de vídeo como Jumbotrons. A primeira tela usando esta tecnologia (chamada Diamond Vision pela Mitsubishi Electric) foi introduzida pela Mitsubishi Electric para o All-Star Game da Liga Principal de Beisebol de 1980. Ele difere de um CRT normal porque o canhão de elétrons interno não produz um feixe controlável focalizado. Em vez disso, os elétrons são pulverizados em um amplo cone em toda a frente da tela de fósforo, basicamente fazendo com que cada unidade funcione como uma única lâmpada. Cada um é revestido com fósforo vermelho, verde ou azul, para formar os subpixels de cor. Essa tecnologia foi amplamente substituída por displays de diodo emissor de luz. CRTs sem foco e sem deflexão foram usados como lâmpadas estroboscópicas controladas por grade desde 1958. As lâmpadas de luminescência estimulada por elétrons (ESL), que usam o mesmo princípio operacional, foram lançadas em 2011.

CRT da cabeça de impressão

Os CRTs com um vidro frontal não fosforado, mas com fios finos embutidos nele, foram usados como cabeças de impressão eletrostática na década de 1960. Os fios passariam a corrente do feixe de elétrons através do vidro para uma folha de papel onde o conteúdo desejado era, portanto, depositado como um padrão de carga elétrica. O papel foi então passado perto de uma poça de tinta líquida com carga oposta. As áreas carregadas do papel atraem a tinta e assim formam a imagem.

Zeus – display CRT fino

No final dos anos 1990 e início dos anos 2000, a Philips Research Laboratories experimentou um tipo de CRT fino conhecido como tela Zeus, que continha funcionalidade semelhante à CRT em uma tela plana. Os dispositivos foram demonstrados, mas nunca comercializados.

CRT mais fino

Uma comparação entre Superslim de 21 polegadas e Ultraslim CRT

Alguns fabricantes de CRT, tanto LG.Philips Displays (posteriormente LP Displays) quanto Samsung SDI, inovaram a tecnologia CRT criando um tubo mais fino. Slimmer CRT tinha os nomes comerciais Superslim, Ultraslim, Vixlim (da Samsung) e Cybertube e Cybertube+ (ambos da LG Philips). Um CRT plano de 21 polegadas (53 cm) tem uma profundidade de 447,2 milímetros (17,61 in). A profundidade do Superslim era de 352 milímetros (13,86 pol.) e do Ultraslim era de 295,7 milímetros (11,64 pol.).

Preocupações com a saúde

Radiação ionizante

CRTs podem emitir uma pequena quantidade de radiação de raios X; isso é resultado do bombardeio do feixe de elétrons da máscara de sombra/grade de abertura e fósforos, que produz bremsstrahlung (radiação de frenagem) à medida que os elétrons de alta energia são desacelerados. A quantidade de radiação que escapa pela frente do monitor é amplamente considerada não prejudicial. Os regulamentos da Food and Drug Administration em 21 CFR 1020.10 são usados para limitar estritamente, por exemplo, receptores de televisão a 0,5 miliroentgens por hora a uma distância de 5 cm (2 in) de qualquer superfície externa; desde 2007, a maioria dos CRTs tem emissões bem abaixo desse limite. Observe que o roentgen é uma unidade desatualizada e não leva em conta a absorção da dose. A taxa de conversão é de cerca de 0,877 roentgen per rem. Assumindo que o espectador absorveu toda a dose (o que é improvável) e que assistiu à TV por 2 horas por dia, uma dose horária de 0,5 miliroentgen aumentaria a dose anual do espectador em 320 milirem. Para comparação, a média de radiação de fundo nos Estados Unidos é de 310 milirem por ano. Os efeitos negativos da radiação crônica geralmente não são perceptíveis até doses acima de 20.000 milirem.

A densidade dos raios X que seriam gerados por um CRT é baixa porque a varredura raster de um CRT típico distribui a energia do feixe de elétrons por toda a tela. Tensões acima de 15.000 volts são suficientes para gerar sinais "suaves" raios X. No entanto, como os CRTs podem permanecer ligados por várias horas seguidas, a quantidade de raios-x gerada pelo CRT pode se tornar significativa, daí a importância do uso de materiais para proteger contra os raios-x, como vidro grosso com chumbo e bário- vidro de estrôncio usado em CRTs.

As preocupações com os raios X emitidos pelos CRTs começaram em 1967, quando se descobriu que os televisores fabricados pela General Electric emitiam "radiação X acima dos níveis desejáveis". Mais tarde, descobriu-se que aparelhos de TV de todos os fabricantes também emitiam radiação. Isso fez com que representantes da indústria da televisão fossem levados a um comitê do Congresso dos EUA, que mais tarde propôs um projeto de lei federal de regulamentação de radiação, que se tornou a Lei de Controle de Radiação para Saúde e Segurança de 1968. Foi recomendado aos proprietários de aparelhos de TV estar sempre a uma distância de pelo menos 6 pés da tela do aparelho de TV e evitar a "exposição prolongada" nas laterais, atrás ou embaixo de um aparelho de TV. Descobriu-se que a maior parte da radiação era direcionada para baixo. Os proprietários também foram instruídos a não modificar os componentes internos de seus aparelhos para evitar a exposição à radiação. Manchetes sobre "radioativo" Os aparelhos de TV continuaram até o final da década de 1960. Houve uma vez uma proposta de dois congressistas de Nova York que forçaria os fabricantes de aparelhos de TV a "entrar nas casas para testar todos os 15 milhões de conjuntos de cores do país e instalar dispositivos de radiação neles". A FDA finalmente começou a regular as emissões de radiação de todos os produtos eletrônicos nos Estados Unidos.

Toxicidade

CRTs coloridos e monocromáticos mais antigos podem ter sido fabricados com substâncias tóxicas, como cádmio, nos fósforos. O tubo de vidro traseiro dos CRTs modernos pode ser feito de vidro com chumbo, que representa um risco ambiental se descartado de forma inadequada. Desde 1970, o vidro no painel frontal (a parte visível do CRT) usava óxido de estrôncio em vez de chumbo, embora a parte traseira do CRT ainda fosse produzida a partir de vidro com chumbo. CRTs monocromáticos normalmente não contêm vidro com chumbo suficiente para falhar nos testes EPA TCLP. Enquanto o processo TCLP mói o vidro em partículas finas para expô-las a ácidos fracos para testar lixiviação, o vidro CRT intacto não lixivia (o chumbo é vitrificado, contido dentro do próprio vidro, semelhante ao cristal de vidro com chumbo).

Flicker

Em baixas taxas de atualização (60 Hz e abaixo), a varredura periódica da tela pode produzir uma oscilação que algumas pessoas percebem mais facilmente do que outras, especialmente quando vistas com visão periférica. A cintilação é comumente associada ao CRT, já que a maioria das televisões funciona a 50 Hz (PAL) ou 60 Hz (NTSC), embora existam algumas televisões PAL de 100 Hz sem cintilação. Normalmente, apenas monitores de baixo custo são executados em frequências tão baixas, com a maioria dos monitores de computador suportando pelo menos 75 Hz e monitores de alto nível capazes de 100 Hz ou mais para eliminar qualquer percepção de oscilação. Embora o PAL de 100 Hz fosse frequentemente obtido usando varredura intercalada, dividindo o circuito e a varredura em dois feixes de 50 Hz. Os CRTs ou CRT para sonar ou radar que não são de computador podem ter fósforo de longa persistência e, portanto, são livres de cintilação. Se a persistência for muito longa em uma exibição de vídeo, as imagens em movimento ficarão desfocadas.

Ruído audível de alta frequência

CRTs de 50 Hz/60 Hz usados para televisão operam com frequências de varredura horizontal de 15.750 e 15.734,25 Hz (para sistemas NTSC) ou 15.625 Hz (para sistemas PAL). Essas frequências estão na faixa superior da audição humana e são inaudíveis para muitas pessoas; no entanto, algumas pessoas (especialmente crianças) perceberão um tom agudo perto de uma televisão CRT em funcionamento. O som é devido à magnetostricção no núcleo magnético e ao movimento periódico dos enrolamentos do transformador flyback, mas o som também pode ser criado pelo movimento das bobinas de deflexão, forquilha ou esferas de ferrite.

Esse problema não ocorre em TVs de 100/120 Hz e em monitores de computador não CGA (Color Graphics Adapter), porque eles usam frequências de varredura horizontal muito mais altas que produzem som inaudível para humanos (22 kHz a mais de 100 kHz).

Implosão

Um CRT durante uma implosão

O alto vácuo dentro dos tubos de raios catódicos com paredes de vidro permite que feixes de elétrons voem livremente, sem colidir com moléculas de ar ou outro gás. Se o vidro estiver danificado, a pressão atmosférica pode quebrar o tubo de vácuo em fragmentos perigosos que aceleram para dentro e depois espirram em alta velocidade em todas as direções. Embora os tubos de raios catódicos modernos usados em televisões e monitores de computador tenham placas frontais coladas com epóxi ou outras medidas para evitar a quebra do envelope, os CRTs devem ser manuseados com cuidado para evitar ferimentos pessoais.

Proteção contra implosão

Datapoint 1500 terminal com chassis exposto, com seu TC sofrendo de um "cataract" devido ao envelhecimento PVA

Os primeiros CRTs tinham uma placa de vidro sobre a tela que era colada a ela com cola, criando uma tela de vidro laminado: inicialmente a cola era acetato de polivinila (PVA), enquanto versões posteriores, como o LG Flatron, usavam uma resina, talvez um Resina curável por UV. O PVA se degrada com o tempo criando uma "catarata", um anel de cola degradada ao redor das bordas do CRT que não permite a passagem da luz da tela. Em vez disso, os CRTs posteriores usam uma faixa de aro de metal tensionada montada ao redor do perímetro que também fornece pontos de montagem para o CRT ser montado em um alojamento. Em um CRT de 19 polegadas, a tensão de tração na faixa do aro é de 70 kg/cm². Os CRTs mais antigos foram montados no aparelho de TV usando um quadro. A banda é tensionada por aquecimento e, em seguida, montada no CRT; a banda esfria depois, encolhendo de tamanho e colocando o vidro sob compressão, o que fortalece o vidro e reduz a espessura necessária (e, portanto, o peso) do vidro. Isso torna a banda um componente integral que nunca deve ser removido de um CRT intacto que ainda tenha vácuo; tentar removê-lo pode causar a implosão do CRT. A faixa de aro evita que o CRT imploda caso a tela seja quebrada. A faixa do aro pode ser colada ao perímetro do CRT usando epóxi, evitando que as rachaduras se espalhem além da tela e no funil.

Choque elétrico

Para acelerar os elétrons do cátodo para a tela com energia suficiente para obter brilho de imagem suficiente, é necessária uma tensão muito alta (EHT ou tensão extra alta), de alguns milhares de volts para um pequeno osciloscópio CRT a dezenas de milhares para uma TV colorida de tela maior. Isso é muitas vezes maior do que a tensão da fonte de alimentação doméstica. Mesmo depois que a fonte de alimentação é desligada, alguns capacitores associados e o próprio CRT podem reter uma carga por algum tempo e, portanto, dissipar essa carga repentinamente através de um aterramento, como um humano desatento aterrando um fio de descarga do capacitor. Um CRT monocromático médio pode usar de 1 a 1,5 kV de tensão de ânodo por polegada.

Preocupações de segurança

Sob algumas circunstâncias, o sinal irradiado dos canhões de elétrons, circuitos de varredura e fiação associada de um CRT pode ser capturado remotamente e usado para reconstruir o que é mostrado no CRT usando um processo chamado Van Eck phreaking. A blindagem TEMPEST especial pode mitigar esse efeito. Essa radiação de um sinal potencialmente explorável, no entanto, ocorre também com outras tecnologias de exibição e com eletrônicos em geral.

Reciclagem

Devido às toxinas contidas nos monitores CRT, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos criou regras (em outubro de 2001) declarando que os CRTs devem ser levados para instalações especiais de reciclagem de lixo eletrônico. Em novembro de 2002, a EPA começou a multar empresas que descartavam CRTs em aterros sanitários ou incineração. Agências reguladoras, locais e estaduais, monitoram o descarte de CRTs e outros equipamentos de informática.

Como lixo eletrônico, os CRTs são considerados um dos tipos mais difíceis de reciclar. Os CRTs têm uma concentração relativamente alta de chumbo e fósforos, ambos necessários para a exibição. Existem várias empresas nos Estados Unidos que cobram uma pequena taxa para coletar CRTs e, em seguida, subsidiam seu trabalho vendendo o cobre colhido, fios e placas de circuito impresso. A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) inclui monitores CRT descartados em sua categoria de "lixo doméstico perigoso" mas considera os CRTs que foram separados para testes como mercadorias se não forem descartados, acumulados especulativamente ou deixados desprotegidos do clima e outros danos.

Vários estados participam da reciclagem de CRTs, cada um com seus requisitos de relatório para coletores e instalações de reciclagem. Por exemplo, na Califórnia, a reciclagem de CRTs é regida pelo CALRecycle, o Departamento de Reciclagem e Recuperação de Recursos da Califórnia por meio de seu Sistema de Pagamento. As instalações de reciclagem que aceitam dispositivos CRT do setor comercial e residencial devem obter informações de contato, como endereço e número de telefone, para garantir que os CRTs venham de uma fonte da Califórnia para participar do Sistema de Pagamento de Reciclagem CRT.

Na Europa, o descarte de televisores e monitores CRT é coberto pela Diretiva WEEE.

Vários métodos foram propostos para a reciclagem de vidro CRT. Os métodos envolvem processos térmicos, mecânicos e químicos. Todos os métodos propostos removem o conteúdo de óxido de chumbo do vidro. Algumas empresas operavam fornos para separar o chumbo do vidro. Uma coalizão chamada projeto Recytube já foi formada por várias empresas européias para criar um método para reciclar CRTs. Os fósforos usados em CRTs geralmente contêm metais de terras raras. Um CRT contém cerca de 7g de fósforo.

O funil pode ser separado da tela do CRT usando corte a laser, serras de diamante ou fios ou usando um fio de nicromo aquecido resistivamente.

O vidro CRT com chumbo era vendido para ser refundido em outros CRTs, ou mesmo quebrado e usado na construção de estradas ou usado em telhas, concreto, tijolos de concreto e cimento, isolamento de fibra de vidro ou usado como fluxo na fundição de metais.

Uma parte considerável do vidro CRT é depositada em aterros, onde pode poluir o ambiente circundante. É mais comum que o vidro CRT seja descartado do que reciclado.

Patentes selecionadas

• U.S. Patent 1,691,324: Sistema de televisão Zworykin