阴极射线管解释 – 你需要知道的一切

关键要点：

• 1897年，德国物理学家费迪南德·布劳恩在多位其他发明家的技术基础上发明了阴极射线管。
• 卡尔·费迪南德·布劳恩于1909年获得诺贝尔物理学奖，与发展无线电报技术的古列尔莫·马可尼共享此荣誉。
• 阴极射线管在发明时被广泛认为是迄今为止制造的最复杂和先进的消费技术。它们被应用于从计算机到自动取款机，再到街机游戏、摄像机和雷达等各个领域。

现代显示技术每年都在不断改进，但在20世纪中叶期间，他们并没有取得太多进展。液晶显示器（lcd）、有机发光二极管（oled）和等离子屏幕在21世纪主导了行业，但阴极射线管（crt）显示技术曾经是王者。虽然这种技术如今已不像多年前那样普遍存在，但crt技术仍然存在，并且值得讨论。让我们在下面详细解析crt的历史、工作原理和历史意义。

费迪南德·布劳恩，阴极射线管发明家。

阴极射线管的三个事实

• 1855年，海因里希·盖斯勒因其在精细玻璃制造方面的出色工作（包括后来被称为阴极射线管的技术）而获得巴黎世界博览会的金质奖牌。
• 尽管我们认为crt是显示技术，但它也可以用于存储。这些存储管是为了在电源供应到管内时能够保持图像而制成的crt。
• 由于crt需要厚玻璃来安全有效地创造和维持真空，阴极射线管的重量相当大。这严重限制了crt显示器的大小和形状，这就解释了为什么液晶显示器和led最终超越了crt。

阴极射线管的历史

阴极射线管的历史可以追溯到至少1854年，当时德国熟练的玻璃吹制工和机械师约翰·海因里希·威廉·盖斯勒（也被称为海因里希·盖斯勒）受到波恩大学的数学和物理教授朱利叶斯·普吕克的委托，设计了一种用于抽空玻璃管的装置。盖斯勒出生在图林根的伊格尔希布，来自一系列在图林根森林和波希米亚地区的工匠家族，多年来，他与兄弟一起在德国和荷兰各地作为仪器制造商工作。最终，在1852年，盖斯勒决定在自己的车间里定居下来。在这里，他作为仪器制造商从事物理和化学仪器的生产。

另一方面，朱利叶斯·普吕克是一位著名的德国数学家，他对解析几何和射影几何作出了基本贡献。在19世纪40年代，他转向物理学并将注意力集中在物理学上。1847年，他开始研究磁场中晶体的行为，建立了对磁现象进一步了解至关重要的结果。正是在这个时候，普吕克请求盖斯勒为他制作一个用于疏空玻璃管的装置。他的研究使他相信这将使他能够为光谱研究集中光线。

1855年，普吕克要求盖斯勒制造一个手摇水银泵和能够容纳超级真空的玻璃管。他希望用这个泵在管内达到非常低的压力水平。幸运的是，盖斯勒对这些管子已经很感兴趣，这得益于他在荷兰的弟弟弗里德里希的实验。盖斯勒甚至在阿姆斯特丹为荷兰化学家沃尔科特·西蒙·马尔滕·范德·威利根制作过早期的这些充满汞蒸气的管子。这种低压气体放电玻璃管最终被称为盖斯勒管。因此，普吕克的电放电实验的即将成功很大程度上归功于盖斯勒。

1858年，普吕克在盖斯勒管中插入金属板，并注意到管子的正极端发出了淡绿色的光。这表明阴极射线在磁场的影响下弯曲，表明它们在某种程度上是相互关联的。除了霓虹灯外，普吕克和盖斯勒的发现的未来价值要到大约50年后才得以充分实现。1897年，卡尔·费迪南德·布劳恩引入了一种带荧光屏的阴极射线管，称为阴极射线示波器。1905年，李·德·福雷斯特发明了audion真空管，为长距离无线电通信和电子学奠定了整个基础。然而，在这50年之间，还发生了一些值得一提的步骤。

1865年，德国化学家赫尔曼·斯普伦格尔对盖斯勒真空泵进行了改进。1869年，德国物理学家约翰·威廉·希托夫发现将固体放在阴极前会切断管壁的发光。借此，他证明阴极射线是直线行进的。1871年，英国工程师克伦威尔·弗利特伍德·瓦利发表了一个关于阴极射线由粒子组成的建议。同样，英国化学家威廉·克鲁克斯提出它们是从阴极带上带有负电荷的分子，并随后被阴极击退。

费迪南德·布劳恩阴极射线管（据信是五个中的第二个）。

1876年，德国物理学家欧根·戈尔斯坦显示，当电流通过真空管时产生的辐射始于阴极。这引入了术语“阴极射线”来描述发出的光。稍后，在1876年，戈尔斯坦观察到阴极射线管不仅产生阴极射线，还产生相反方向的辐射。这些射线被称为沟射线，因为它们在阴极上钻了孔（或沟）。后来，发现它们是在产生阴极射线的过程中失去电子的离子。

1883年，海因里希·赫兹（heinrich hertz）证明阴极射线不会被带电金属板偏转，这使赫兹错误地得出结论，认为阴极射线不能是带电粒子。后来在1892年，他坚持错误的结论，声称阴极射线一定是某种形式的波动，因为它们可以穿透薄金属箔。

所有这些发现最终导致了著名的德国物理学家卡尔·费迪南德·布劳恩（karl ferdinand braun）于1897年发明了第一个阴极射线管（crt）和阴极射线管示波器。同时，布劳恩还在半导体器件的发展中发挥了重要作用。由于他的发明，卡尔·费迪南德·布劳恩于1909年获得了诺贝尔物理学奖，并与开发了无线电报技术的古列尔莫·马可尼共享了这一荣誉。

阴极射线管的发展极大地促进了实用电视系统的发展。1907年，俄罗斯科学家鲍里斯·罗辛和学生弗拉基米尔·茲沃爾金在电视系统的接收器中使用了crt。令人惊讶的是，罗辛成功地将粗糙的几何图案传送到电视屏幕上。后来，在1929年，茲沃爾金发明了一种称为显象管（kinescope）的阴极射线管，这是从那时起在电视中使用的重要部分。

似乎第一个使用crt计算机显示器的设备是美国军方的sage。sage在1950年代开发，拥有150多个显示控制台，配备一台48英寸长的向量crt计算机显示器。第一个搭载crt计算机显示器的商用设备是digital equipment的pdp-1，于1959年推出。

阴极射线管：工作原理

本质上，阴极射线管（crt）是一种真空管，当其荧光表面被电子束击中并通过扫描装置扫描时，显示出图像。crt可以是单色或彩色，并提供多种显示模式。其工作原理如下：磁场弯曲了移动带电粒子的路径，使您可以通过磁铁控制束流。粒子速度越快，弯曲它所需的磁场越大。

使用阴极射线管时，阴极射出电子，然后通过电荷加速，每通过一次速度增加一次。一旦它们足够快，它们开始与管内的气体发生碰撞，产生发光。这使得裸眼可以看到束流的路径。在crt电视或计算机显示器的情况下，显示技术依赖于电子击中屏幕背面的荧光物质的确切位置。当被击中时，这会显示不同的光色。对于crt电视和计算机，管的前端由称为光栅的扫描装置按照固定的图案进行扫描。

pdp-1的crt显示器。

阴极射线管：历史意义

在其发明时，阴极射线管被广泛认为是有史以来最复杂和先进的消费者技术。因此，它们被应用于从计算机到自动取款机，再到街机游戏、摄像机和雷达等各种设备。虽然现代消费者更喜欢我们今天习惯的平板液晶显示屏和led屏幕，但很难过分强调这种crt技术对于显示技术的突破性和历史意义，在19世纪末到20世纪末的近一个世纪中，它对世界产生了重要影响。