Cathode Ray Tube (CRT)

CRT কী?

ক্যাথোড রে টিউব (Cathode Ray Tube বা CRT) বিংশ শতাব্দীর পঞ্চাশের দশক থেকে শুরু করে ২০০০-এর দশকের শেষভাগ পর্যন্ত কম্পিউটার মনিটর ও টেলিভিশনের সবচেয়ে প্রভাবশালী ডিসপ্লে প্রযুক্তি ছিল। যদিও বর্তমান সময়ে এলসিডি (LCD), এলইডি (LED) এবং ওলেড (OLED) ডিসপ্লে প্রায় সব ধরনের কনজিউমার ডিভাইসে সিআরটিকে প্রতিস্থাপন করেছে, তবুও কম্পিউটার গ্রাফিক্স কোর্সে সিআরটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ একটি মৌলিক বিষয়। কারণ আধুনিক ফ্ল্যাট-প্যানেল ডিসপ্লেতে আমরা যেসব পরিভাষা (যেমন: রিফ্রেশ রেট, স্ক্যানলাইন, পিক্সেল, ইন্টারলেসিং) ব্যবহার করি, তা মূলত সিআরটির রাস্টার-স্ক্যান (Raster-Scan) মেকানিজম থেকেই উদ্ভূত হয়েছে।

একটি সিআরটি হলো মূলত একটি বায়ুরোধী শূন্যগর্ভ কাচের টিউব (vacuum tube), যা বৈদ্যুতিক সিগন্যালকে দৃশ্যমান আলোতে রূপান্তরিত করে। এটি করার জন্য টিউবটি একটি উচ্চগতির ইলেকট্রন প্রবাহকে (electron beam) ফসফর-কোটেড স্ক্রিনের ওপর নিক্ষেপ করে। ইলেকট্রন প্রবাহ স্ক্রিনের ভেতরের ফসফরে আঘাত করার সাথে সাথে ফসফর কিছুক্ষণের জন্য উজ্জ্বল হয়ে জ্বলে ওঠে। ইলেকট্রন প্রবাহকে স্ক্রিনজুড়ে নিয়ন্ত্রিত প্যাটার্নে প্রতি সেকেন্ডে বহুবার দ্রুত চালনা করার মাধ্যমে মানুষের চোখে একটি স্থিতিশীল, নিরবচ্ছিন্ন ছবি তৈরি হয়।

---

সিআরটির অভ্যন্তরীণ গঠন

একটি সিআরটি পাঁচটি প্রধান শারীরিক সাব-সিস্টেম নিয়ে গঠিত:

১. ইলেকট্রন গান (Electron Gun / Cathode Assembly)

টিউবের সরু ঘাড়ের (neck) অংশে ইলেকট্রন গান অবস্থান করে, যা স্ক্রিনে ছবি আঁকার জন্য প্রয়োজনীয় ইলেকট্রন নির্গত করে:

• হিটেড ক্যাথোড (Heated Cathode): একটি টাংস্টেন ফিলামেন্টকে প্রায় $1000\text{ K}$ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করলে তা থার্মায়োনিক নিঃসরণের (thermionic emission) মাধ্যমে প্রচুর ইলেকট্রন নির্গত করে।
• কন্ট্রোল গ্রিড (Control Grid): ক্যাথোডের চারপাশে থাকা একটি ধাতব সিলিন্ডার। এর নেগেটিভ ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করে ইলেকট্রন বিমের তীব্রতা (তথা স্ক্রিনের পিক্সেলের উজ্জ্বলতা) নির্ধারণ করা হয়।
• ফোকাসিং অ্যানোড (Focusing Anode): চারদিকে ছড়িয়ে যাওয়া ইলেকট্রনগুলোকে একত্রিত করে একটি অতি সূক্ষ্ম ও সমান্তরাল রশ্মিতে রূপান্তর করে।
• অ্যাক্সিলারেটিং অ্যানোড (Accelerating Anode): উচ্চ ধনাত্মক ভোল্টেজে (সাধারণত $15\text{ kV}$ থেকে $30\text{ kV}$) রাখা এই অ্যানোড ইলেকট্রনগুলোকে আলোর গতির প্রায় এক-তৃতীয়াংশ গতিতে স্ক্রিনের দিকে ত্বরান্বিত করে।

২. ডিফ্লেকশন সিস্টেম (Deflection Yoke)

ইলেকট্রন গান থেকে নির্গত সূক্ষ্ম বিমকে স্ক্রিনের নির্দিষ্ট যেকোনো বিন্দুতে পরিচালনার জন্য টিউবের গলায় দুটি কুণ্ডলী বা কয়েল বসানো থাকে:

• অনুভূমিক ডিফ্লেকশন কয়েল (Horizontal Deflection Coils): চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে ইলেকট্রন বিমকে ডানে ↔ বামে সরিয়ে দেয়।
• উল্লম্ব ডিফ্লেকশন কয়েল (Vertical Deflection Coils): চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে বিমকে উপরে ↕ নিচে সরিয়ে দেয়।

৩. ফসফর স্ক্রিন (Phosphor Screen)

কাচের পর্দার ভেতরের তলে ফসফর উপাদানের একটি পাতলা প্রলেপ দেওয়া থাকে। উচ্চশক্তির ইলেকট্রন বিম এই ফসফরে আঘাত করলে তা তাৎক্ষণিকভাবে আলো ছড়ায়।

• পারসিস্টেন্স (Persistence): ইলেকট্রন বিম সরে যাওয়ার পর ফসফরের আলো কতক্ষণ টিকে থাকে তাকে পারসিস্টেন্স বলে।
• রং (Color): বিভিন্ন রাসায়নিক ফসফর বিভিন্ন রঙের আলো তৈরি করে। মনোক্রোম ডিসপ্লেতে সবুজ বা অ্যাম্বার ফসফর এবং কালার ডিসপ্লেতে লাল, সবুজ ও নীল ফসফরের ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র ডট বা স্ট্রাইপ ব্যবহার করা হয়।

৪. শ্যাডো মাস্ক (Shadow Mask - কালার সিআরটি)

কালার সিআরটিতে তিনটি ইলেকট্রন গান থাকে (লাল, সবুজ এবং নীলের জন্য)। ফসফর স্ক্রিনের ঠিক পেছনে হাজার হাজার সূক্ষ্ম ছিদ্রযুক্ত একটি পাতলা ধাতব পাত থাকে, যাকে শ্যাডো মাস্ক বলে।

• লাল গানের ইলেকট্রন শুধুমাত্র লাল ফসফর ডটকে আঘাত করে।
• সবুজ গানের ইলেকট্রন শুধুমাত্র সবুজ ফসফর ডটকে আঘাত করে।
• নীল গানের ইলেকট্রন শুধুমাত্র নীল ফসফর ডটকে আঘাত করে।

৫. ভ্যাকুয়াম টিউব (Vacuum Envelope)

পুরো ব্যবস্থাটি একটি উচ্চ বায়ুরোধী শূন্যগর্ভ কাচের টিউবের মধ্যে আবদ্ধ থাকে ($10^{-9}$ অ্যাটমোস্ফিয়ার)। ভেতরে বাতাস থাকলে গ্যাস অণুর সাথে সংঘর্ষে ইলেকট্রন বিম দিকভ্রষ্ট ও অস্পষ্ট হয়ে যেত।

---

কার্যপ্রণালী: রাস্টার স্ক্যান (Raster Scan)

সিআরটি স্ক্রিনে ছবি ফুটিয়ে তুলতে একটি সুশৃঙ্খল রাস্টার স্ক্যান পদ্ধতি ব্যবহার করে:

1. বিম স্ক্রিনের উপরের-বাম (top-left) কোণ থেকে যাত্রা শুরু করে।
2. অনুভূমিক ডিফ্লেকশন ভোল্টেজের মাধ্যমে বিমটি বাম থেকে ডানে একটি পূর্ণ রেখা (স্ক্যানলাইন) বরাবর আলো ফেলে এগিয়ে যায়।
3. স্ক্যানলাইনের শেষ মাথায় পৌঁছালে বিমটি ক্ষণিকের জন্য নিভিয়ে দ্রুত বামে ফিরিয়ে আনা হয় — একে হরাইজন্টাল রিট্রেস (Horizontal Retrace) বলে।
4. এভাবে উপর থেকে নিচে সমস্ত স্ক্যানলাইন আঁকা শেষ হলে বিমটিকে নিভিয়ে পুনরায় একদম উপরের-বাম কোণে ফিরিয়ে আনা হয় — একে ভার্টিক্যাল রিট্রেস (Vertical Retrace) বলে।

$T_{\text{frame}} = N_{\text{scanlines}} \cdot t_{\text{scanline}}, \qquad f_{\text{refresh}} = \frac{1}{T_{\text{frame}}}$

---

রিফ্রেশ রেট এবং ফ্লিকার (Flicker)

যেহেতু ফসফরের আলো মিলি-সেকেন্ডের মধ্যে মিলিয়ে যায়, তাই ছবিকে চোখের সামনে স্থির রাখতে প্রতি সেকেন্ডে পুরো স্ক্রিন বহুবার রিফ্রেশ করতে হয়:

• $f_{\text{refresh}} < 50\text{ Hz}$: চোখে দৃশ্যমান ফ্লিকার (ঝিকিমিকি) এবং চোখের ক্লান্তি সৃষ্টি করে।
• $f_{\text{refresh}} \ge 60\text{ Hz}$: মানুষের চোখের জন্য স্বাভাবিক ও স্বাচ্ছন্দ্যময়।
• $f_{\text{refresh}} \ge 85\text{–}100\text{ Hz}$: টেক্সট পাঠ ও গ্রাফিক্স কাজের জন্য অত্যন্ত আরামদায়ক।

---

কালার সিআরটি আর্কিটেকচার

---

সিআরটি বনাম আধুনিক ফ্ল্যাট-প্যানেল ডিসপ্লে

---

ধারণাগত প্রশ্নোত্তর (Conceptual Questions)

প্রশ্ন ১: কালার সিআরটিতে তিনটি ইলেকট্রন গান কীভাবে নিশ্চিত করে যে তারা কেবল নিজেদের রঙের ফসফরকে আঘাত করবে?
উত্তর: তিনটি গানকে সামান্য কৌণিকভাবে এমনভাবে বসানো হয় যাতে তাদের বিমগুলো শ্যাডো মাস্কের একই ছিদ্র দিয়ে অতিক্রম করে। শ্যাডো মাস্কের জ্যামিতিক নকশার কারণে লাল গানের বিম কেবল লাল ফসফর ডটে, সবুজ গানের বিম কেবল সবুজ ডটে এবং নীল গানের বিম কেবল নীল ডটে গিয়ে পতিত হয়।

প্রশ্ন ২: সিআরটি টিউবের ভেতর উচ্চমাত্রার ভ্যাকুয়াম (শূন্যস্থান) কেন বজায় রাখা হয়?
উত্তর: ইলেকট্রনগুলো যেন ক্যাথোড থেকে স্ক্রিন পর্যন্ত যাওয়ার পথে কোনো গ্যাস বা বায়ুকণার সাথে ধাক্কা খেয়ে বিক্ষিপ্ত না হয়। গ্যাসের উপস্থিতি ইলেকট্রন বিমকে ছড়িয়ে দিয়ে ছবি ঘোলাটে করে দিত এবং উত্তপ্ত ক্যাথোড ফিলামেন্ট অক্সিডাইজড হয়ে নষ্ট হয়ে যেত।

---