لعبت أنابيب أشعة الكاثود (CRTs) دورًا محوريًا في تطوير الأجهزة الإلكترونية، حيث كانت بمثابة التكنولوجيا الأساسية في أجهزة التلفزيون المبكرة، وأجهزة قياس الذبذبات، وشاشات الكمبيوتر. في هذا الدرس، سنتعمق في مبدأ CRTs وتشغيلها وأهميتها في عالم الأنابيب المفرغة.
الأنبوب المفرغ هو جهاز يتحكم في تدفق التيار الكهربائي من خلال فراغ في حاوية مغلقة. تشمل المكونات الأساسية للأنبوب المفرغ الأقطاب الكهربائية والأنود والكاثود. عندما يتم تسخين الكاثود، فإنه يطلق إلكترونات، وهي ظاهرة تعرف باسم الانبعاث الحراري. ثم تنتقل هذه الإلكترونات نحو القطب الموجب الشحنة. تم استخدام الأنابيب المفرغة في تطبيقات مختلفة، بدءًا من تضخيم الإشارات في أجهزة الراديو المبكرة وحتى العناصر الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الرقمية.
CRT عبارة عن أنبوب مفرغ متخصص حيث يتم توجيه الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الساخن نحو شاشة الفلورسنت، مما يخلق ضوءًا مرئيًا عندما تصطدم به. وقد تم استخدام هذا المبدأ الأساسي في مجموعة واسعة من شاشات العرض بما في ذلك أجهزة التلفزيون المبكرة وشاشات الكمبيوتر. تشمل المكونات الرئيسية لـ CRT ما يلي:
يمكن توضيح عملية تشغيل CRT في الخطوات التالية:
لعب أنبوب أشعة الكاثود دورًا حاسمًا في اكتشاف الإلكترون بواسطة جي جي طومسون في عام 1897. وفي هذه التجربة التاريخية، لاحظ طومسون أن أشعة الكاثود انحرفت بواسطة مجال مغناطيسي، مما يشير إلى أن الأشعة كانت مكونة من جسيمات سالبة الشحنة، سُميت فيما بعد الإلكترونات. تضمنت هذه التجربة استخدام أنبوب أشعة الكاثود مزودًا بشاشة فلورسنت وأقطاب كهربائية لتطبيق مجال مغناطيسي. من خلال ملاحظة انحراف أشعة الكاثود، تمكن طومسون من استنتاج نسبة الشحنة إلى الكتلة ( \(e/m\) ) للإلكترون باستخدام الصيغة: \( \frac{e}{m} = \frac{2V}{B^{2}r^{2}} \) حيث \(V\) هو الجهد المتسارع، \(B\) هي قوة المجال المغناطيسي، و \(r\) هو نصف قطر شعاع الإلكترون طريق.
لقد أثرت تقنية CRT بشكل كبير على تطوير شاشات العرض الإلكترونية، حيث وفرت الأساس لأجهزة التلفزيون وشاشات الكمبيوتر المبكرة. على الرغم من استبدالها إلى حد كبير بتقنيات LCD وLED وOLED، إلا أن شاشات CRT كانت أساسية في تطور تكنولوجيا العرض. إن قدرتهم على إنتاج صور عالية التباين وإعادة إنتاج الألوان بدقة جعلتهم الخيار المفضل لأعمال الفيديو والرسومات الاحترافية لسنوات عديدة.
مزايا:
على الرغم من أن عصر الأجهزة المعتمدة على CRT قد انتهى إلى حد كبير، إلا أن إرث أنبوب أشعة الكاثود لا يزال قائمًا في مبادئ معالجة شعاع الإلكترون والإلكترونيات الفراغية التي قدمها. ولا تزال هذه المفاهيم تجد تطبيقات في مجالات مختلفة، بما في ذلك التصوير الطبي والمجهر الإلكتروني، مما يسلط الضوء على الأهمية الدائمة لتكنولوجيا CRT.
