CRT

(Túnel do tempo) (Cathode Ray Tube) tubo de imagem convencional dos monitores e aparelhos de TV. O CRT é um dispositivo analógico, constituído por uma tela de vidro recoberta em seu lado interno por uma camada de substância (fósforo) que tem a propriedade de tornar-se luminosa ao ser bombardeada por um feixe de elétrons. Um canhão de elétrons, situado na parte traseira da tela de vidro do tubo direciona o feixe em um traçado formado por linhas horizontais, de cima para baixo. Ao ser alimentado pelo sinal de vídeo, um circuto faz com que o feixe seja mais ou então menos intenso, conforme o ponto correspondente deva ser mais ou então menos luminoso:

O desenho acima mostra um tubo de imagem esquematizado. Dentro do tubo , feito de vidro, existe um razoável grau de vácuo , daí o peso do mesmo - o vidro precisa ser espesso, principalmente em sua parte frontal, para suportar a pressão atmosférica sem risco de implodir devido ao vácuo em seu interior. O canhão de elétrons é formado pelo cátodo (6), onde os mesmos são gerados. O CRT utiliza alta voltagem para gerar o fluxo de elétrons, cerca de 200 vezes maior do que a voltagem da corrente elétrica que alimenta o aparelho. A seguir, estes elétrons são acelerados através de um dispositivo situado logo após o cátodo, indicado em (5). São então focados (4) para formar o feixe concentrado. E é este feixe de elétrons que atinge a superfície interna do tubo (3), recoberto pela camada de fósforo (8): o ponto atingido pelo feixe torna-se luminoso, podendo ser visto do lado de fora do tubo. Para que os elétrons sejam atraídos para a tela, a mesma é energizada de maneira oposta ao cátodo, no ponto indicado por (7), o ânodo.

O feixe de elétrons deve ser direcionado na superfície frontal interna do tubo de forma a descrever uma trajetória em forma de linhas horizontais, uma abaixo da outra. Ao final de cada linha horizontal, um código específico no sinal indica que o feixe chegou ao final do desenho da linha em que está, e que deve descer um pouco e retornar para o outro extremo, para iniciar o desenho da próxima linha. Para que o feixe possa ser direcionado para a esquerda e para a direita e também para cima e para baixo, ao invés de permanecer fixo em um ponto central da superfície frontal do tubo, existem potentes ímãs instalados em meio a sua trajetória. Estes ímãs, na verdade eletro-ímas (ímãs cuja capacidade de atrair pode ser variada em função da variação da intensidade de corrente elétrica aplicada aos mesmos), atraem o feixe em sua direção com maior ou menor intensidade, desviando assim sua trajetória.

O tubo possui 4 eletro-ímãs, dois localizados nas partes inferior e superior do tubo (1) para controlar o movimento vertical do feixe (para cima / para baixo) e dois outros localizados nas suas laterais (2) para controlar o movimento horizontal (para os lados).

O circuito eletrônico lê então os pulsos existentes no sinal, que indicam início/término do desenho de cada linha, transformando-os em variação de intensidade no campo magnético dos eletro-ímas. Assim, as linhas vão sendo desenhadas na superfície interna do tubo. Ao mesmo tempo, o circuito eletrônico lê a intensidade do sinal a todo momento, controlando a intensidade do feixe emitido pelo canhão. Assim, as nuances da imagem (pontos mais claros, mais escuros) são formadas, completando-se o processo de formação da imagem (traçado + intensidade).

No tubo de imagem preto & branco a tela de vidro é recoberta por uma camada uniforme de fósforo e existe um só canhão de elétrons. No tubo colorido não existe uma camada uniforme e sim uma camada com milhares de minúsculos círculos ou segmentos coloridos, agrupados sequencialmente nas 3 cores básicas (RGB) do sinal de vídeo. E, ao invés de um só canhão de elétrons existem 3, emitindo 3 feixes distintos ou então um só, emitindo um feixe único a partir do qual são separados a seguir os 3 feixes.

Cada um dos 3 feixes atinge o mesmo tipo de pontos / segmentos coloridos, ou seja, um dos feixes atinge somente os pontos vermelhos, outro somente os verdes e outro somente os azuis. Para conseguir-se isso, e evitar-se que o feixe ao deslocar-se em sua trajetória no desenho das linhas passe sobre pontos / segmentos das outras cores e os ativem, é acrescentada próximo à superfície interna do tubo (a cerca de 1,5 cm de distância) uma máscara metálica com milhares de minúsculos orifícios. Esta máscara é ajustada com muita precisão, de modo que ao deslocar-se horizontalmente o feixe azul por exemplo seja obstruído ao passar sobre os pontos vermelhos e verdes.

O primeiro tubo colorido para TV foi criado pela RCA em 1950, e denominava-se delta ou triad, porque os pontos coloridos na tela eram dispostos agrupados em forma triangular:

O desenho esquematiza a disposição dos canhões (A) e os pontos (B) de fósforo coloridos, sobre a parte interna do tubo de imagem. Cada conjunto de pontos torna-se luminoso ao ser atingido pelos 3 feixes simultaneamente em sua passagem. Porém cada feixe pode possuir uma intensidade diferente, e a combinação das intensidades das 3 cores forma todas as demais cores quando a imagem é vista à distância: a separação entre os pontos torna-se indistinta. Quanto menores e mais próximos os pontos uns dos outros, maior a resolução da imagem e geralmente o ideal é que um determinado ponto não seja maior do que o pixel a ser representado pelo mesmo.

O desenho abaixo mostra o funcionamento da máscara, que impede que o feixe correspondente a uma cor interfira no outro:

O desenho mostra o deslocamento dos feixes de elétrons, de (1) para (2). Na posição indicada no desenho, são atingidos os pontos R1, G1 e B1. Se não houvesse a máscara (segmentos pretos no desenho), quando os feixes se deslocassem para (2) o ponto B1 por exemplo poderia ser atingido pelo feixe correspondente a R1, ativando-o indevidamente. No entanto isto não acontece: com o uso da máscara, assim que se desloca para a direita os feixes atingem a máscara e não a tela.

Esta máscara, formada por orifícios redondos, chama-se dot mask e é confeccionada com aço ou uma liga de aço-níquel chamada InVar (que praticamente não se dilata com o calor gerado pelo bombardeio de elétrons não prejudicando assim o desenho da imagem). Através de cada orifício da máscara passam os 3 feixes simultaneamente, que atingem um conjunto de 3 pontos na tela. Devido à disposição em forma de colméia (pontos na tela e orifícios na máscara), os feixes tem que subir e descer ligeiramente ao longo da trajetória horizontal para desenhar a imagem.

Em 1969 a Sony criou o tubo Trinitron, que ao invés de três canhões utilizava um único canhão, com 3 cátodos produzindo 3 feixes alinhados horizontalmente:

E, ao invés do conjunto de pontos de fósforo colorido dispostos em formato triangular, foram utilizadas faixas contínuas de fósforo colorido arranjadas verticalmente de alto a baixo na tela:

Esse formato das células eliminava bastante as áreas mortas, causando com isso aumento no brilho da imagem. Quanto menores e mais próximas as faixas umas das outras, maior a resolução da imagem e geralmente o ideal é que um determinado conjunto de 3 faixas não seja maior do que o pixel a ser representado em algum ponto do mesmo. Além disso neste tipo de tubo a resolução vertical pode ser maior, pois não depende de orifícios na máscara e sim da precisão e tamanho diminuto da extremidade dos feixes.

Por outro lado a máscara não precisava ser de orifícios e sim de frestas, de ajuste mais simples, portanto menos sujeita a falhas. A máscara no tubo Trinitron (chamada aperture grill) não era formada por uma placa metálica e sim por uma grade de finos fios verticais de aço tensionados: o feixe passava pelas frestas desses fios. Aberturas tipo frestas permitiam que a tela fosse verticalmente plana (embora ainda não o fosse horizontalmente).

A superfície frontal do tubo Trinitron é reta na vertical e curva na horizontal, acarretando o formato cilíndrico a este tipo de tubo. O vidro precisa por esse motivo ser mais espesso ainda na parte frontal do que a dos antigos tubos de superfície esférica, para suportar a pressão atmosférica, daí seu peso também ser maior.

Um a três fios horizontais atravessam a tela para dar estabilidade à grade evitando ondulações e vibrações nos fios verticais causados pelo aquecimento em função do bombardeio do feixe de elétrons. Denominados damper wires, estes fios podem ser vistos como finas linhas que aparecem em imagens muito brilhantes, desaconselhando o uso deste tipo de CRT em aplicações críticas - diagnósticos médicos por exemplo.

Os desenhos acima mostram um tubo de imagem tradicional (tipo delta) visto de lado. O da esquerda ilustra o que aconteceria com cada feixe se a tela fosse verticalmente plana: o ângulo de incidência quando as linhas mais altas ou mais baixas na tela fossem ser desenhadas faria com que parte do feixe fosse obstruída. O desenho da direita mostra por que a máscara nesse tipo de tubo tem que ser curva: para não obstruir o feixe. O tubo Trinitron não apresenta este problema, pois como a máscara possui frestas de alto a baixo, não existem as interrupções mostradas no desenho acima, ou seja, o feixe passa pala fenda em qualquer ângulo:

Como desvantagem o canhão tem que situar-se mais afastado da tela para poder atingir todos os pontos: o CRT deste tipo é mais longo e mais pesado consequentemente do que o do tipo delta.

Em 1972 a RCA criou o tubo In line, semelhante ao Trinitron porém com divisões nas fendas verticais, o que passou a exigir uma curvatura vertical na tela, mas não tanto como no delta. Este tipo possui as vantagens do Trinitron, perdendo um pouco em curvatura vertical para ganhar em comprimento e peso:

As figuras acima mostram o formato do canhão, semelhante ao do Trinitron e o formato das faixas de fósforo colorido na tela. A máscara neste caso (denominada slot mask) é formada por uma placa metálica contendo fendas, dispostas de forma semelhante aos segmentos de fósforo na tela. O material é o aço ou então a liga de aço-níquel InVar (que praticamente não se dilata com o calor gerado pelo bombardeio de elétrons não prejudicando assim o desenho da imagem).

Independente do tipo de CRT, as células (conjuntos de 3 pontos ou de 3 segmentos de listras) não necessariamente coincidem com os pixels a serem representados na imagem. E representar um pixel por várias células é melhor do que ter o tamanho da célula maior do que o do pixel - perde-se em resolução.

Por serem confeccionadas em metal, as máscaras (placa ou fios) podem eventualmente ficar magnetizadas pelo próprio campo magnético da Terra ou por aparelhos elétricos próximos ao CRT. Se isto acontece, os raios do feixe de elétrons são desviados ligeiramente de sua trajetória original, causando reprodução incorreta das cores (são atingidos pontos/faixas erradas de fósforo na tela). Para evitar isso os monitores possuem uma função automática denominada Autodegausser que desmagnetiza a máscara toda vez que o monitor é ligado.

Todos esses 3 tipos de tubos continuam sendo melhorados dia a dia e novas versões tem surgido, porém de maneira geral os tipos Trinitron e In line tem melhor imagem do que os do tipo delta. Assim, black matrix por exemplo é uma melhoria efetuada no tubo tipo delta, onde os espaços entre os pontos são preenchidos por cor preta, para absorver a luz do ambiente, melhorar o contraste e permitir feixes maiores e portanto imagens com mais brilho. Outra melhoria, efetuada em todos os tipos de tubos, é o black screen, onde o vidro frontal do CRT é cinza ao invés de transparente, também para absorver melhor a luz ambiente, mantendo o contraste mesmo em salas claras.

A curvatura horizontal também foi eliminada: tubos atuais (flat crt) conseguem ter tela plana nos dois sentidos, tanto horizontal como vertical. Para tanto, utilizam microprocessadores internos que controlam a intensidade e o direcionamento dos feixes de elétrons com enorme precisão, conseguindo fazer com que mesmo com a tela plana horizontalmente estes feixes consigam atingir as laterais da tela mantendo a imagem perfeitamente focalizada. Isto porque com a tela plana horizontalmente o percurso do feixe é maior para atingir as laterais do que a parte central do tubo e sem o recurso de processadores aumentando dinamicamente a potência do feixe, proporcionalmente à distância a ser percorrida, a imagem ficaria desfocada nestas laterais. Por isso este processo denomina-se foco dinâmico. Telas totalmente planas apresentam a vantagem de serem bem menos suscetíveis a reflexos de eventuais luzes do ambiente, o que é típico das telas curvas. E, além disso, telas curvas fazem com que um expectador, localizado bem próximo a uma das laterais da mesma, não veja a outra parte da imagem, escondida pela curvatura da mesma.

Melhorias também vem sendo efetuadas no sentido de diminuir a profundidade ocupada por estes tipos de tubos.