Kathodenstrahlroehre
Englisch: cathode ray tube
Vakuumroehre zur Darstellung von stillstehenden oder bewegten Bildern (etwa in Fernsehgeraeten), die durch Steuerung eines Kathodenstrahls gegen die Vorderseite des Rohres ein Bild erzeugt; die Vorderseite ist mit Leuchtstoff beschichtet, der beim Auftreffen des Strahls Licht abgibt.
Kathodenstrahlröhre: Elektronenstrahl wird gesteuert, um ein Bild zu zeichnen
Eine Kathodenstrahlröhre, kurz KSR, ist ein evakuiertes Glasgefäß mit einer Elektronenkanone am hinteren Ende und einem phosphorbeschichteten Bildschirm vorne. Die Elektronenkanone heizt einen Glühdraht auf etwa 1000 Grad Celsius auf und gibt Elektronen ab, die durch eine Potentialdifferenz von 10 bis 30 Kilovolt zum Bildschirm beschleunigt werden. Magnetische oder elektrostatische Ablenkspulen lenken den Strahl nach links, rechts, oben und unten und fahren ihn in einem präzisen Rastermuster über die Phosphorschicht. Wo der Strahl auf den Phosphor trifft, wird für einen Bruchteil einer Millisekunde Licht abgegeben, das dann verblasst. Die Trägheit des menschlichen Auges verbindet diese kurzen Blitze zu einem kontinuierlichen Bild.
Kathodenstrahlröhren beherrschten fast ein Jahrhundert lang die Anzeigetechnik, weil sie effizient waren, gute Farbwiedergabe lieferten und in großen Größen hergestellt werden konnten. Fernsehempfänger, Oszilloskope, Radaranzeigen und Computermonitore beruhten alle auf ihnen. Monochrome KSR verwendeten einen einzelnen Phosphor; Farbröhren enthielten drei Phosphore (rot, grün, blau), die in Punkten oder Streifen angeordnet waren, wobei drei Elektronenkanonen synchron feuerten, um jede Farbe zu erzeugen. Typische Bildschirmgrößen reichten von 5 Zoll bei tragbaren Oszilloskopen bis 40 Zoll bei großen Fernsehgeräten.
Die Kernbeschränkung jeder KSR ist die Notwendigkeit, das Bild wiederholt zu aktualisieren, genannt Bildwiederholfrequenz. Fernsehstandards arbeiteten mit 50 oder 60 Hertz; Computermonitore benötigten 70 Hertz oder mehr, um Flimmern zu vermeiden. Der Elektronenstrahl musste schnell genug sein, um einen ganzen Rahmen in einem Aktualisierungszyklus zu zeichnen, was Röhrenlänge und Stromverbrauch begrenzte. Horizontal- und Vertikal-Synchronisationssignale teilten den Ablenkspulen mit, wann sie den Strahl in die linke obere Ecke zurücksetzen sollten.
Ausfallmechanismen und Niedergang
Kathodenstrahlröhren litten unter mehreren Verschleißmechanismen. Die Kathode verbrauchte sich allmählich über Tausende von Betriebsstunden, wodurch die Helligkeit abnahm. Lecks in der Röhrendichtung zerstörten das Vakuum, wodurch das Gas ionisierte und den Strahl zerstreute. Die Phosphorbeschichtung verschlechterte sich mit dem Alter, besonders bei hochhelliger Betätigung. Bildschirmbrennen trat auf, wenn ein statisches Bild längere Zeit auf dem Phosphor verharrte, den lokalen Phosphor schneller verbrauchte als die umgebenden Bereiche und ein Geisterbild hinterließ. Ab den 1990er Jahren boten Flachbildschirme mit Flüssigkristallen und später LEDs geringere Bautiefe, geringeres Gewicht und längere Lebensdauer und drängten KSR bis zu den 2010er Jahren aus Verbrauchermärkten.
Kathodenstrahlröhren bleiben in spezialisierter Industrieanwendung im Einsatz: Radaranzeigen in maritimer und Flugsicherung, breitbandige Oszilloskope und einige Medizinbildgebungssysteme schätzen ihre unvergleichliche Echtzeitleistung. Ein hochwertiges KSR-Oszilloskop kann Signaltransienten schneller erfassen und anzeigen als die meisten digitalen Geräte. Die hohe Spannung und die heiße Kathode in einer KSR erfordern sorgfältige Stromverwaltung und Abschirmung; aktive Kathodenstrahlröhren können auch nach dem Ausschalten tödliche Schocks abgeben, wenn die Bildschirmkapazität nicht sicher entladen wird.