LOS DISPOSITIVOS TUBULARES
Los C.R.T.
El tubo de rayos catódicos (CRT, del inglés Cathode Ray Tube) es una tecnología que permite visualizar imágenes mediante un haz de rayos catódicos constante dirigido contra una pantalla de vidrio recubierta de fósforo y plomo. El fósforo permite reproducir la imagen proveniente del haz de rayos catódicos, mientras que el plomo bloquea los rayos X para proteger al usuario de sus radiaciones. Fue desarrollado por William Crookes en 1875. Se emplea principalmente en monitores, televisores y osciloscopios, aunque en la actualidad se está sustituyendo paulatinamente por tecnologías como plasma, LCD, LED o DLP.
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| CATHODE RAY TUBE |
El tubo de rayos catódicos, o CRT, fue inventado en 1897 por Ferdinand Braun, un científico alemán, pero no se utilizó hasta la creación de los primeros televisores a finales de la década de 1940. El primer televisor fue creado el 26 de enero de 1926 por John Logie Baird. A pesar de que los CRT que se utilizan en los monitores modernos tuvieron muchas modificaciones que les permitieron mejorar la calidad de la imagen, siguen utilizando los mismos principios básicos.
La primera versión del tubo catódico fue un diodo de cátodo frío, en realidad una modificación del tubo de Crookes con una capa de fósforo sobre el frontal. A este tubo se le llama a veces tubo Braun. La primera versión que utilizaba un cátodo caliente fue desarrollada por J. B. Johnson y H. W. Weinhart de la sociedad Western Electric. Este producto se comercializó en 1922.
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| TUBO DE RAYOS CATODICOS DE CROOKES |
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| TUBO DE RAYOS CATODICOS ACTUAL |
Los tubos catódicos se están quedando anticuados, ya que poco a poco las pantallas planas sustituyen a las pantallas de tubo catódico. Estos nuevos tipos de pantallas presentan algunas ventajas, como un tamaño reducido y, dependiendo de la tecnología empleada, un menor consumo de energía. También tienen desventajas, como un color negro mostrado muy claro (por la luz trasera), un tiempo de respuesta elevado comparado con los CRT, y que no muestra los colores de manera uniforme (si se hace que la pantalla muestre un único color, no es uniforme y se ve más oscuro por los bordes del monitor y más claro por el centro). Aunque el tiempo de respuesta es cada vez menor, lo que permite que algunos modelos (por debajo de 2 ms) se puedan utilizar para fines como videojuegos de acción, sin que haya que sufrir estelas en la visualización de movimientos rápidos, lo que hasta el presente era un freno importante para el uso de estas pantallas en ordenadores, aunque en la actualidad apenas se venden televisiones CRT frente a las televisiones LCD, TFT, Plasma que en la actualidad predominan.
ICONOSCOPIO
Iconoscopio fue un antecesor de las cámaras de televisión, en la cual un rayo de electrones de alta velocidad explora un mosaico fotoemisor. Un grupo de investigadores de RCA, liderado por Vladimir Zworykin, introdujo el Iconoscopio en 1934, después de visitar los laboratorios Philo Farnsworth y examinar, en 1930, cómo otra cámara de televisión electrónica del mundo había sido diseñada, para un potencial acuerdo de licencia con su nuevo empleador, RCA. El Iconoscopio fue la cámara más usada para transmisiones televisivas en los Estados Unidos entre los años 1936 y 1946.
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| ICONOSCOPIO DE ZWORYKIN |
Diseño
Las imágenes eran proyectadas en una placa fotosensible, la cual partía la imagen en miles de elementos llamados ahora píxeles. Un rayo de electrones para escaneo, atravesaba la parte frontal de la placa, "cargándola" con todos los píxeles. Cada píxel retenía una carga eléctrica proporcional a la energía luminosa inicialmente proyectada sobre él, el cual era transportado hacia el exterior de la cámara. De esta manera, una imagen visual era convertida en una señal eléctrica. El aspecto clave del Iconoscopio fue que el objetivo integrado era sensible a la imagen, y recolectaba la carga desarrollada por los impactos de luz recibidos entre exploraciones de lectura.
Otras cámaras electrónicas de la época
Zworykin había solicitado previamente la patente de una cámara electrónica para Westinghouse en 1923 que usó un objetivo de dos lados. La imagen se mostraba en el frente fotosensible de la placa, mientras que el rayo catódico barría el reverso de la placa. Pero después de años de mejoras, la calidad de la imagen seguía siendo muy pobre, con numerosos problemas técnicos, y por ello, nunca abandonó la sala de pruebas. La patente nunca fue concedida.
La primera cámara de televisión completamente electrónica fue mostrada y patentada como Disector de imágenes por Philo Farnsworth en el año 1927 (patente publicada en 1930). RCA creyó que la patente de Farnsworth había sido inscrita tan ampliamente como para excluir cualquier otro sistema electrónico de formación de imagen, incluyendo al Iconoscopio, y solicitó una solicitud de Patent interference, asegurando que el diseño de Zworykin de 1923 era anterior al Disector de imágenes de Farnsworth. Pero la prioridad del invento fue entregada a Farnsworth en 1935.
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| DIAGRAMA DEL ICONOSCOPIO |
Un inconveniente del Disector de imágenes de Farnsworth fue que, como no se trataba de una cámara de almacenamiento, se requería mucho más brillo, y por consiguiente, más luces y más calor en los estudios de televisión, en comparación con el Iconoscopio. El Iconoscopio de Zworykin, además de esta ventaja, era más sencillo de fabricar, y producía una imagen más clara. Cuando el Iconoscopio fue remplazado a finales de la década de 1940, por las videocámaras actuales, muchos de sus conceptos básicos quedaron en los posteriores inventos; como el uso de una placa fotosensible y la lectura por rayo electrones. La palabra "imagen" en el nombre del Image Orthicon (como se conocieron a las cámaras que remplazaron al Iconoscopio) se refiere al hecho de que aquél utiliza una sección de emisión de electrones (como el disector de imágenes) a la cabeza de la placa fotosensible (como el Iconoscopio), combinando los mejores aspectos de ambos inventos.
Existe cierta similitud entre el Iconoscopio y la "Emitron camera"" de EMI, desarrollada inicialmente por J. D. McGee, y el equipo EMI bajo el liderazgo de Isaac Shoenberg. Aparentemente, dicho equipo había tenido acceso a alguna investigación de RCA, bajo un acuerdo de Patent-sharing (patentes compartidas). En todo caso, cuando Zworykin publicó su investigación acerca del Iconoscope en 1933, Shoenberg concluyó que EMI se había adelantado tecnológicamente y no vio mayores novedades en el desarrollo de Zworykin, rechazando una oferta de asistencia técnica por parte de RCA.
KLISTRON
El klistrón o klystron es una válvula de vacío de electrones en la cual se produce una modulación inicial de velocidad impartida a los electrones. En la última etapa se genera un campo eléctrico que es función de la velocidad modulada del haz de electrones y que finalmente genera una corriente de microondas. Se utiliza como amplificador en la banda de microondas o como oscilador.
Fue inventada en 1937 por los hermanos Russell y Sigurd Varian quienes estudiaban y trabajaban en la universidad estadounidense de Stanford.
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| KLISTRON |
Se distinguen dos tipos de klistrones
* Klistrón de dos cavidades: en una cavidad se modula el haz de electrones por la señal de entrada, y en la segunda cavidad se extrae la señal amplificada.
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| K 166 |
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| RK 5836 |
Los klystron pueden trabajar a frecuencias que superan los 200 GHz. Los de varias cavidades se utilizan como amplificadores de alta potencia.
Con mayor número de cavidades se consigue mayor ganancia. Algunos tienen hasta siete cavidades.
Sintonizando todas las cavidades a la misma frecuencia se consigue la máxima ganancia y el menor ancho de banda y variando la sintonía de las cavidades se aumenta el ancho de banda y la ganancia disminuye.
Se utilizan en radares, transmisores de TV, satélites, medicina, etc.
MAGNETRON
Un magnetrón es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de microonda. Fue desarrollado hacia el final de los años 30 con el fin de alimentar al radar mediante una fuente radioeléctrica potente (varios cientos de vatios) y con una longitud de onda centimétrica, por lo tanto unas frecuencias elevadas para la época de 300 MHz a 3 GHz (ondas decimétricas) y más allá de 3 GHz (ondas centimétricas).
Los osciladores de tubos utilizados anteriormente eran incapaces de proporcionar tanta potencia (lo que suponía un alcance insuficiente de los radares), a frecuencias tan elevadas (de donde una discriminación angular débil).
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| MAGNETRON |
Funcionamiento
Básicamente consiste en un cilindro metálico, en el que hay dispuestas de forma radial una serie de oquedades o cavidades resonadoras, que se comunican con una cavidad central mayor, en cuyo eje existe un filamento metálico de titanio. Esta válvula fue desarrollada originalmente a partir de la válvula Klystron, en la Universidad de Birmingham (Inglaterra) por el profesor M.L. Oliphant, en el otoño de 1939. La idea básica es utilizar la válvula para producir señales de potencias elevadas en la gama de microondas para los sistemas de radar que todavía no estaban suficientemente desarrollados. El cilindro se comporta como ánodo y el filamento central como cátodo. El filamento, conectado al polo negativo de una fuente de corriente continua, se pone incandescente y emite electrones por efecto termoiónico. El cilindro se conecta al polo positivo y atraerá a los electrones. Todo este conjunto se encuentra dispuesto entre los polos de un potente electroimán.
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| PLACAS DEL MAGNETRON |
Por acción de este potente campo magnético, los electrones, en lugar de ir en línea recta hacia el cilindro, al ser atraídos hacia las oquedades, realizan una trayectoria circular y, al penetrar en ella, se movilizan en remolino.
El espacio abierto entre la placa y el cátodo se llama el espacio de interacción. En este espacio los campos eléctricos y magnéticos interactúan para ejercer la fuerza sobre los electrones. Dado que toda carga eléctrica crea a su alrededor un campo electromagnético, todos los electrones en movimiento circular en las oquedades producen ondas electromagnéticas –en este caso microondas– perpendiculares al desplazamiento de los mismos y de una frecuencia dependiente del tamaño de las oquedades. Sin embargo, la frecuencia no es precisamente controlable, varía con los cambios en la impedancia de carga, con cambios en la intersidad, y con la temperatura del tubo.Mediante un cable coaxial, se transmite la energía a un director o radiador, constituido por una antena.
TUBO DE ONDA PROGRESIVA
Un tubo de onda progresiva (TWT por Traveling-Wave Tube) es un dispositivo electrónico usado para amplificar señales de radio frecuencia (RF) mediante un montaje electrónico llamado amplificador de tubo de onda progresiva (TWTA). Los TWT pueden ser de banda estrecha o de banda ancha, siendo estos últimos los más comunes, llegando hasta una octava. El rango de frecuencias se encuentra comprendido entre los 300 MHz hasta los 50 GHz. La ganancia de tensión del tubo puede llegar hasta los 70 decibeles.
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| TUBO DE ONDA PROGRESIVA |
Descripción y construcción
El dispositivo consta de un tubo de vacío alargado con un cañon electrónico(Catodo emisor de electrones). En el cañon, los electrones viajan desde el cátodo caliente hacia el ánodo (efecto Edison). Alrededor del tubo, un campo magnético de contención concentra los electrones en un haz. El haz llega al centro de un circuito de RF (siendo una cavidad acoplada o espiral), que se extiende desde la entrada de RF hasta la salida de RF. El haz pasa luego al terminal colector. Un acoplador direccional, que puede ser una guía de onda o una bobina electromagnética (EM), es alimentado con la señal de baja potencia que se va a amplificar. El acoplador direccional se coloca cerca del emisor, induciendo corriente en la hélice.
El circuito de RF actúa como una línea de retardo en la que la señal de RF viaja casi a la misma velocidad a lo largo del tubo que el haz electrónico. El campo EM generado por la señal de RF en el circuito de RF, actúa sobre el haz electrónico, causando el agrupamiento de los electrones (efecto llamado "modulación de la velocidad"). El campo EM generado por la corriente del haz induce de nuevo más corriente sobre el circuito de RF. Se acumula entonces la corriente, amplificándose cada vez más.
Un segundo acoplador direccional, colocado cerca del colector, recibe una amplificación de la señal de entrada desde el otro extremo del circuito de RF. Los atenuadores que se encuentran a lo largo del circuito de RF evitan que la onda reflejada vuelva atrás hacia el extremo colector.
