El tubo de rayos catódicos (o «CRT», por sus siglas en inglés «Cathode Ray Tube») fue una de las primeras tecnologías de visualización de imágenes, surgiendo a partir de experimentos de los últimos años del siglo XIX, y más adelante con los primeros televisores completamente electrónicos de finales de los años 20 y principios de los 30 del siglo XX. Esta tecnología fue utilizada en una gran variedad de dispositivos, notablemente televisores, pero también monitores de ordenador, osciloscopios, radares, proyectores, entre otros. Estos tubos fueron utilizados a lo largo de todo el siglo XX y los primeros años del XXI, antes de ser desplazados por tecnologías de pantalla plana como los LCD (Liquid-Crystal Display), pantallas plasma o, más recientemente, pantallas LED y OLED.
Hoy en día estos dispositivos basados en tubos de rayos catódicos son para la mayoría no mucho más que una curiosidad, artefactos de un tiempo pasado y prácticamente en desuso en el mundo actual. Pero para otras personas, estos televisores y monitores son una de las piedras angulares de la tecnología y la informática retro, y su funcionamiento, si bien rudimentario para los estándares actuales, no deja de ser una maravilla de la ingeniería moderna.
En términos simples, un tubo de rayos catódicos consta de un emisor (o «pistola») de electrones situado en la parte trasera del tubo, y que dispara electrones a toda velocidad hacia la parte frontal del tubo, la pantalla. Esta lleva una capa de fósforo en su interior, que se ilumina cuando los electrones chocan contra ella. Parece sencillo, ¿verdad? Pues para lograr incluso una simple imagen en un televisor o monitor de tubo comercial, hay muchas más consideraciones y bastante más física involucrada de la que podrías creer. Veámoslo en profundidad:
- La pistola de electrones consta de un ánodo (positivo) y un cátodo (negativo), conectado a una fuente de electricidad con un voltaje altísimo (¡según el modelo, puede llegar a los veinte o treinta kilovoltios!). Al aplicar una fuente de calor al cátodo, los electrones escapan del mismo y son atraídos hacia el ánodo. Sin embargo, en nuestro caso los ánodos se encuentran situados en las paredes del interior del tubo, por lo que los electrones salen disparados hacia la pantalla. Sin ningún otro medio que los desvíe, esto resultaría en un pequeño punto en el centro de la pantalla. No muy útil para nuestros propósitos. Aquí es donde entran…
- Las bobinas de desviación y enfoque, situadas en el cuello del tubo (llamado así por ser la sección más estrecha), constan de varios hilos de cobre que, al proporcionarles electricidad, generan un campo electromagnético que es capaz de alterar y desviar los electrones que van hacia la pantalla. Las de desviación se encargan de modificar la trayectoria de los electrones, mientras que las de enfoque, como su nombre indica, se encargan de enfocar el haz de electrones para que colisionen en un punto preciso de la pantalla. Estas bobinas son controladas de manera extremadamente precisa por un circuito aparte, de tal forma que van trazando sobre la pantalla varias líneas, una tras otra y cada una debajo de la anterior, de arriba a abajo y de izquierda a derecha. A este patrón se le conoce como raster, y permite la representación de la imagen a lo largo de toda la pantalla.
- Si estuviéramos hablando de un tubo de imágenes monocromáticas («blanco y negro»), aquí acabaría la cuestión. Pero si hablamos de tubos de imágenes a color, hay un problema más a añadir a la ecuación. En un tubo de estas características no contamos con una única pistola de electrones sino con tres: una para cada canal de color (rojo, verde y azul), ligeramente separados físicamente. Además, en la parte frontal, la capa de fósforo no es de un único color, sino que se tiene un patrón, bien de puntos o bien de lineas, de fósforo de distintos colores. Justo antes de que los electrones choquen contra esta capa, deben pasar por una máscara de sombra (en la mayoría de modelos) de tal manera que cada haz de electrones sólo colisione con los puntos de fósforo correspondientes a su color.
- Por último, en estos tubos a color, puede surgir un problema con la máscara de sombra, y es que si se magnetiza en ciertas zonas de forma accidental (por imanes externos o movimientos bruscos, por ejemplo), los colores resultantes en pantalla serán erráticos. Es por ello que estos modelos vienen equipados con una bobina de desmagnetización (o bobina degausadora, en honor al matemático y físico Carl Friedrich Gauss, y a la unidad de magnetismo que lleva su nombre), que recorre todo el perímetro de la pantalla, y que es capaz de eliminar todo magnetismo residual al activarlo.
En la imagen superior se puede apreciar de cerca el patrón de líneas de colores que forma la capa de fósforo situada en el interior del tubo. Este era el patrón más comunmente usado en televisores, mientras que en los monitores era más común el patrón de puntos. Ambos patrones usan una máscara de sombra para separar los haces, como ya mencionamos. Sin embargo, había otra tecnología, más avanzada, conocida como rejilla de apertura, y notablemente comercializada por Sony como Trinitron, que durante muchos años ofrecía mayor brillo y mejor nitidez frente a los modelos con máscara de sombra.
En la colección de nuestro museo contamos con algunos monitores y televisores de tubo, que van desde el más pequeño y rudimentario, de cinco pulgadas y monocromo, hasta los de veinticinco pulgadas a color, pasando por modelos destacables como el monitor AppleColor RGB con tecnología Trinitron y pareado con un Macintosh LC, un monitor Sun Microsystems de 21 pulgadas, uno de los más grandes de su categoría, o algunos de los modelos empotrados en ordenadores tan famosos como el iMac, o no tan famosos como el «Paquito» (del que hablaremos próximamente).
Más información
https://youtu.be/3A-Td0i4_Kc – «Cómo funcionan los tubos de rayos catódicos» por 8-Bit Guy (en inglés).
https://www.youtube.com/watch?v=5eu_KjKsnpM – «Entrelazado» Por Captain Disillusion, con animaciones muy ilustrativas sobre el funcionamiento de un tubo de rayos catódicos (en inglés).
https://www.youtube.com/watch?v=l4UgZBs7ZGo – «Líneas de Luz: Cómo funciona la televisión analógica» por Technology Connections. Con demostraciones visuales del funcionamiento del haz de electrones.