Bilderør

Et bilderør, også kalt katodestrålerør (engelsk: cathode-ray tube, CRT), er den komponenten i en radar, et oscilloskop, et fjernsyn eller en monitor som viser bildet. Det er laget av glass, og har fasong omtrent som en rund eller firkantet trakt som er lukket i begge ender, slik at det danner en lufttett beholder med et vakuum på innsiden. Den lukkede, brede enden av «trakten» er skjermen. Her dannes bildet ved at en kontinuerlig stråle av elektroner, som skapes og styres i «traktens» smale ende, «sveiper» frem og tilbake over skjermen. Skjermens innside er belagt med et stoff som lyser opp når det elektronstrålen treffer. Ved å variere strålens intensitet, skapes mørke og lyse partier forskjellige steder i bildefeltet.

Strålen passerer gjennom hele bildefeltet et betydelig antall ganger (for europeiske fjernsyn: 25) i sekundet. Stoffet på skjermen «gløder» i en brøkdel av et sekund etter at elektronstrålen har streifet det; akkurat lenge nok til at det lysende bildet blir «sittende» til neste gang strålen kommer forbi og «gjenoppfrisker» det. Dette gir det «langsomme», menneskelige øyet en illusjon av et kontinuerlig bilde på skjermen, selv om man (særlig i øyekroken) kan ane hvordan lyset fra et bilderør «flimrer».

Bilderør som teknologi erstattes i nyere tider av LCD- og plasmaskjermer, etter hvert også OLED-skjermer. Disse tre alternativene kan gjøres ekstremt flate og lette.

Det gjøres oppmerksom på at illustrasjonene i denne artikkel beskriver små bilderør (13–25 cm (5–10 ")). Større bilderør er langt fra så lange i forhold til skjermens størrelse som det er vist her.

Bilderør til sort/hvitt-tv og -monitorer

Innsiden av et bilderør til en sort/hvitt-tv eller -monitor

Illustrasjonen til høyre viser et bilderør for bruk i et sort/hvitt-fjernsyn eller en monokrom monitor: Bakerst (nederst til venstre) i den luftomme glasskolben (9) sitter en hul katode (8), som lager en stor, negativ elektrisk spenning; inne i katoden sitter en glødetråd (5), som holder katoden varm. Spenningen og varmen får katoden til å sende ut en «sky» av elektroner (2), som tiltrekkes av en anode i form av et elektrisk ledende belegg av grafitt (6) på innsiden av røret. Denne går gjennom en ledning (14) og en lufttett gjennomføring (7) forbundet med en stor, positiv elektrisk spenning. Ved å variere spenningen på en spesiell styreelektrode (12) kan man regulere hvor mange elektroner som «unnslipper» katoden, og dermed hvor intens elektronstrålen skal være. Katode, glødetråd og styreelektrode omtales under som en elektronkanon.

På sin vei mot skjermen passerer strålen en fokuseringsspole (3), som er montert utvendig på bilderøret i en spolekjerne av jern (11): Magnetfeltet fra denne spolen har samme innvirkning på elektronstrålen som en optisk linse har på lys; når spolen danner et magnetfelt med den rette styrken, fokuseres elektronene til en tynn stråle. Denne fokusering er grunnen til at skjermen på (spesielt på eldre) billedrør er konveks («buer utover» mot seeren): Strålen er hele tiden fokusert i den samme brennvidden fra fokusspolen, slik at elektronene helst skal tilbakelegge (omtrent) den samme strekning uansett om de sendes mot midten av skjermen eller ut til et av hjørnene.

På den andre siden av fokuseringsspolen sitter fire avbøyningsspoler (1), også montert på utsiden røret: Disse lager et varierende magnetfelt, som avbøyer elektronstrålen i det vannrette og det loddrette plan, slik at strålen kan treffe et vilkårlig punkt på innsiden av skjermen (10). Skjermens innside er forsynt med et tynt lag av et stoff (4), som fluoriserer (dvs. lyser opp) når det treffes av elektronstrålen, slik at hvis strålen er riktig fokusert, vil det skapes et lite, skarpt lysende punkt på skjermen.

En spesielt hjelpekrets i fjernsynet og monitoren sender varierende strøm gjennom avbøyningsspolene, og dirigerer på den måten lyspunktet over hele skjermen, linje for linje, flere ganger i sekundet.

Bilderør for farge-tv og -monitorer

Innsiden av et bilderør til farge-tv eller -monitor

Fargebilder lages ved at tre «sort/hvite» delbilder, viser hver sin farge av de tre «grunnfargene» rød, grønn og blå, over hverandre. Et bilderør som kan vise bilder i farger (vist på illustrasjonen til høyre), skiller seg fra et sort/hvite bilderør på tre punkt:

I stedet for én oppvarmet katode med styreelektrode finnes det tre separate sett (1), som sender ut hver sin elektronstråle (2) med hver sin intensitet: Én stråle for hver av de tre grunnfargene.
Rett bak skjermens innside finnes en såkalt maske av metall (3), med tusenvis av bitte små hull i et regelmessig mønster.
I stedet for et lag med fluoriserende stoff, er innsiden av skjermen (4) delt inn i bitte små soner med tre forskjellige typer fluoriserende stoffer: En tredjedel av sonene lyser rødt (R) når de treffes av en elektronstråle, den andre lyser grønt (G), mens den siste lyser blått (B), derav den mye benyttede betegnelsen RGB.

De tre elektronstrålene fokuseres og avbøyes, på samme måte som i sort/hvit bilderøret med en felles fokuseringsspole og et felles sett avbøyningsspoler, men i stedet for å fokusere strålen på skjermens avstand, fokuseres den på maskens hull. På grunn av hullenes og fargesonenes innbyrdes plassering kan elektronstrålen fra f.eks. den katoden som lager det røde delbildet kun «nå» de sonene som lyser rødt, og på samme måte kan de elektronstrålene som lager det grønne og det blå delbildet, kun treffe de sonene som lyser grønt og blått (5).

Hvis elektronene forstyrres på veien mot skjermen, av f.eks. et utenforstående magnetfelt, vil noen av elektronene treffe «feil» sone slik at noen deler av bildet får feil farger: Dette kalles for konvergensfeil. Masken kan også bli magnetisert, slik at den i seg selv sender noen av elektronene «på avveie» og skaper fargefeil, selv etter at det ytre magnetfeltet er fjernet.

Hullene i masken og skjermens fargesoner er så små, at man med det menneskelige øye på en passende avstand ikke kan «skille fra hverandre» de enkelte sonene, men i stedet «blander» fargerne, slik at en illusjon om omtrent en hvilken som helst fargenyanse kan skapes. På et vanlig fargefjernsyn er det ca. 300 000 soner av hver farge.

I Sonys Trinitron-bilderør er masken ikke en plate med hull som vist på illustrasjonen, men en ramme med mange parallelle tynne metalltråde som er sveiset på. I stedet for det viste sekskantmønsteret er trinitron-rørets fluoriserende fargesoner delt inn i tynne striper.

Bilderør for oscilloskop

Innsiden av bilderøret til et oscilloskop

I et fjernsyn eller en monitor gjengis bildet med regelmessige mellomrom, dvs. de strømmene som sendes igjennom avbøyningsspolene har konstant frekvens: Spolene utgjør derfor en konstant og kjent impedans overfor strømmen - dette er en fordel da det alltid vil være det samme magnetfeltet som skal til for å sende strålen ut til skjermens kanter.

Et oscilloskop skal derimot kunne arbeide ved et stort område av frekvenser. For å unngå å måtte kompensere for den frekvensavhengige impedans i avbøyningsspolene bruker man et elektrisk felt i stedet for et magnetisk, for å avbøye elektronstrålen. Som andre bilderør har røret til et oscilloskop (illustrasjonen til høyre) en elektronkanon (2), hvor strålen (3) bringes i fokus av en fokuseringsspole (4) slik at den avtegner et lite, skarpt punkt på skjermen (5). Det spesielle ved oscilloskopets bilderør er, at de fire avbøyningsspolene er erstattet av fire plateformede elektroder (1). Der elektronikken i et fjernsyn eller en monitor skal generere strøm til avbøyningsspolene, leverer elektronikken til et oscilloskop spenning til rørets fire avbøyningsplater.

Sikkerhet omkring bilderør

Alle bilderør er pumpet lufttomme, slik at elektronene ikke forstyrres eller sprees på veien fra katoden til skjermen. Og som andre ting av glass, knuses de ved kraftige slag eller påvirkninger. Når et bilderør knuses, vil atmosfærens trykk presse glasskårene innover med voldsom kraft; det sies at røret imploderer. De fleste glasskår vil fly forbi hverandre, og fortsette ut i alle retninger med høy fart.

Av samme grunn er glassflaten som danner skjermens forside gjort ekstra tykk - et bilderør som er montert i et apparat vil trenge et direkte slag med en hammer eller tilsvarende for å implodere. Skal man derimot f.eks. bære et bilderør i «løs vekt», bør man bruke sikkerhetsbriller og et kraftig halstørkle slik at øyne og hals (med pulsårer) er beskyttet hvis røret skulle implodere.

Som nevnt er det en stor spenningsforskjell mellom katoden bak og grafittanoden på rørets innside, typisk 10 000 til 25 000 volt: Skal man gjøre service på et apparat med bilderør mens det står på, f.eks. for å justere det, skal man være forsiktig med bilderørets tilkoblinger og delkretsløpene som lager de nødvendige spenningene.

Apparatet bruker transformatorer til å lage disse store spenningene, og kondensatorer for å lagre og jevne ut strømmen. Disse kondensatorene tømmes ikke nødvendigvis så fort apparatet slås av. Man må derfor regne med at det er potensielt dødelig stor spenning til stede i apparatet flere minutter etter at det ble slått av.

Innbrenning

Minibank fra Sparebank1 der flere bilder er «brent inn».

Siden bilderørskjermer har et belegg med fosfor på innsiden, kan det ofte forekomme at bildet «brennes inn» i skjermen hvis den viser det samme over lengre tid, eller det samme bildet vises ofte. Da oppstår et «skyggebilde» som vises selv om selve skjermen viser et annet bilde. Hvor lang tid det tar er avhengig av kvaliteten på fosforen. På noen «billige» skjermer kan bildet «brennes inn» i løpet av kort tid, mens noen dyrere skjermer kan vise det samme bildet i flere dager i strekk uten at det merkes.

Slike problemer oppstår ofte på skjermer som skal vise spesifikk informasjon, som rutetabeller. Det oppstår også på minibanker og skjermer tilkoblet for eksempel overvåkningskameraer.