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Computergrafik ist in der heutigen modernen Welt zu einem festen Bestandteil geworden. Ob in Benutzeroberflächen, Datenvisualisierung, Spielfilmen usw., Computergrafiken spielen eine wichtige Rolle. Das wichtigste Ausgabegerät in einem Grafiksystem ist ein Videomonitor. Obwohl es viele Technologien gibt, basieren die meisten Videomonitore auf dem Standarddesign der Kathodenstrahlröhre (CRT). Eine Kathodenstrahlröhre ist eine zentrale Technologie, die in einem Gerät namens Kathodenstrahl-Oszilloskop verwendet wird, was der wissenschaftliche Name für die Art von Fernseher ist, den Ihre Eltern oder Großeltern benutzt haben.

Kathodenstrahlröhren (CRT) –
Eine Kathodenstrahlröhre (CRT) ist eine spezielle Vakuumröhre, in der Bilder erzeugt werden, wenn ein Elektronenstrahl auf eine phosphoreszierende Oberfläche trifft. Most desktop computer displays make use of CRT for image displaying purposes.

Image source – physics.usyd

Cathode Ray Oscilloscope Circuitry

  1. Vertical Amplifier
  2. Horizontal amplifier
  3. Time base Circuit
  4. Power Supplies
  5. Cathode Ray Tube

Construction of a CRT –

  1. The primary components are the heated metal cathode and a control grid.
  2. The heat is supplied to the cathode (by passing current through the filament). This way the electrons get heated up and start getting ejected out of the cathode filament.
  3. This stream of negatively charged electrons is accelerated towards the phosphor screen by supplying a high positive voltage.
  4. This acceleration is generally produced by means of an accelerating anode.
  5. Die nächste Komponente ist das Fokussierungssystem, das dazu dient, den Elektronenstrahl zu einem kleinen Punkt auf dem Bildschirm zu bündeln.
  6. Wenn es kein Fokussierungssystem gibt, werden die Elektronen aufgrund ihrer eigenen Abstoßung gestreut, so dass wir kein scharfes Bild des Objekts erhalten.
  7. Diese Fokussierung kann entweder mittels elektrostatischer Felder oder Magnetfelder erfolgen.

Arten der Ablenkung:

  1. Elektrostatische Ablenkung –
    Der Elektronenstrahl (Kathodenstrahlen) durchläuft einen stark positiv geladenen Metallzylinder, der eine elektrostatische Linse bildet. Diese elektrostatische Linse fokussiert die Kathodenstrahlen auf die Mitte des Bildschirms in der gleichen Weise wie eine optische Linse den Lichtstrahl fokussiert. Zwei Paare paralleler Platten sind im Inneren der CRT-Röhre angebracht. Die elektrostatische Ablenkempfindlichkeit einer Kathodenstrahlröhre ist der Betrag der Ablenkung, der im Elektronenstrahl erzeugt wird, wenn eine Spannung von 1 V zwischen den Platten angelegt wird.
  2. Magnetische Ablenkung –
    Hier werden zwei Paare von Spulen verwendet. Ein Paar wird oben und unten an der CRT-Röhre angebracht, das andere Paar an den beiden gegenüberliegenden Seiten. Das von diesen beiden Paaren erzeugte Magnetfeld ist so beschaffen, dass eine Kraft auf den Elektronenstrahl in einer Richtung erzeugt wird, die sowohl zur Richtung des Magnetfelds als auch zur Flussrichtung des Strahls senkrecht steht. Ein Paar ist horizontal und das andere vertikal angebracht.

Wenn nun dieser hochenergetische Strahl auf die Oberfläche des Bildschirms trifft, werden diese Elektronen gestoppt und ihre kinetische Energie wird vom Phosphorschirm (Atome) absorbiert. Ein Teil der Energie geht auch in Form von Wärme verloren, aber der größte Teil der kinetischen Energie wird auf die Phosphoratome übertragen. Da diese Atome diese enorme Energiemenge erhalten, werden sie auf ein höheres Energieniveau angeregt.

Nach kurzer Zeit kehren diese Atome auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück. Das ursprüngliche Energieniveau ist niedriger als das angeregte, so dass die Atome beim Abstieg etwas Energie freisetzen. Diese zusätzliche Energie wird in Form eines kleinen Lichtquantums abgegeben. So entsteht durch die Entanregung ein heller Fleck auf dem Bildschirm. Die Frequenz (Farbe) des Flecks hängt von der Differenz zwischen den beiden Energieniveaus (angeregtes Niveau und Grundzustandsniveau) ab.

In einer Kathodenstrahlröhre werden verschiedene Arten von Leuchtstoffen verwendet. Der Unterschied besteht darin, wie lange der Leuchtstoff noch Licht abgibt, nachdem der CRT-Strahl entfernt wurde. Diese Eigenschaft wird als Persistenz bezeichnet. Im Grunde bedeutet Persistenz, wie viel Zeit das emittierte Licht benötigt, um auf ein Zehntel seiner ursprünglichen Intensität zu reduzieren. Bei Leuchtstoffen mit geringerer Persistenz sind höhere Bildwiederholfrequenzen erforderlich, um ein flimmerfreies Bild auf dem Bildschirm zu erhalten.

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