《显示技术》课件第3章.ppt

1、第3章阴极射线管显示技术3.1阴极射线管阴极射线管(CRT)3.2光栅显示器的组成光栅显示器的组成3.3 场扫描电路场扫描电路3.4行扫描电路行扫描电路3.5视频放大器视频放大器习题习题3 3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）3.1.1 黑白黑白CRT 1 黑白CRT的结构黑白显像管由三部分组成：玻璃外壳、电子枪和荧光屏。它是电真空器件，能承受高压并防爆裂。黑白显像管的具体结构如图3-1所示。图3-1 黑白显像管结构示意图1)玻璃外壳玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃三部分。在显像管玻璃外壳管锥体部分的内外壁上分别涂有石墨导电层，从而形成一个以玻璃为介质，以内外壁石墨层为两个极片的电容器（

2、电容量约为1000 pF）。内壁石墨层与高压阳极相连，形成一个等电位空间，以保证电子束流高速运动。2)电子枪电子枪通常由灯丝、阴极、控制栅极、加速阳极、聚焦阳极和高压阳极等组成高压阳极插座安装在管锥体上，其余各电极均在管颈末端用金属管脚引出。电子枪用来发射密度可调的电子流，通过聚焦和加速，形成截面积很小、速度很高的电子束，该电子束在偏转线圈形成的行、场偏转磁场作用下实现全屏幕的扫描光栅，所以，电子枪是显像管的心脏。（1）阴极。阴极（用字母K表示）的外形是一个圆筒，顶部涂有能发射电子的氧化物，圆筒里面装有加热用的灯丝（用字母F表示）。当灯丝通电后，阴极就被加热，向外发射电子，称为热电子发射。要调

3、整好灯丝的电压和电流，使阴极在可靠的状态下工作。通常灯丝电压为交流6.3 V(或直流12 V，对小尺寸的显像管来说)，电流0.6 A(或85 mA)，其电压变化应小于10%。（2）控制栅极。阴极外面有一个中心开有小孔的金属圆筒，这个圆筒就是控制栅极（用字母G或M表示）。改变控制栅极与阴极间的电压，便可以控制电子束流的大小。对阴极而言，栅极上加有直流负压，一般在2080 V之间。栅、阴极负压越大，对电子束的阻碍就越大，则电子束流就越小；反之，电子束流就越大。这样，在荧光屏上对应光点就会发生暗明变化。（3）加速阳极。加速阳极也叫第一阳极（用字母A1表示），其外形像中间开孔的圆盘。对栅极而言，加有一

4、个正100 V左右甚至更高的直流电压，在与阴极形成的电场作用下，把电子从阴极表面吸出来，向屏幕方向作加速运动。有两种情况要注意，电压过高会造成亮度失调（即亮度调不暗），并产生回扫线；电压过低会使显像管不能发光。（4）高压阳极。第二阳极（A2）和第四阳极（A4）相接形成高压阳极，为金属圆筒形。该阳极将进一步加速电子轰击荧光屏，而且与管锥体内壁石墨导电层相连，形成一个均匀的等电位空间，保证电子束进入管锥体空间后能径直地飞向荧光屏，不会产生杂乱的偏离或散焦。一般黑白显像管的高压阳极电压为916 kV。(5)聚焦阳极。聚焦阳极也叫第三阳极（用字母A3表示），处在第二阳极和第四阳极之间，为金属圆筒形。在

5、显像管中，因电子枪各阳极电压不同而形成的电子透镜完成聚焦作用。由第二阳极和第三阳极形成预聚焦透镜，由第三阳极和第四阳极形成聚焦透镜，从而使电子束流会聚成一点。改变聚焦电极上的电压，使电子束的聚焦点正好落在荧光屏上，从而得到最清晰的图像。黑白电视机中常用一个电位器来调整聚焦电压，其范围在0400 V 之间。3)荧光屏荧光屏由屏面玻璃、荧光粉层和铝膜三部分组成。在显像管屏幕内的玻璃表面上，沉积一层厚度约为10 m的荧光粉。荧光粉层外面又蒸镀了一层厚度约为1 m的铝膜。铝膜与内石墨层相连，加有高压。铝膜可以加速电子束，又可以保护荧光粉，使其不受离子冲击而损伤形成离子斑（离子因质量大，速度慢穿不过铝膜

6、）。荧光屏的发光亮度除了与荧光粉材料有关外，还与电子束流的大小和速度有关，而栅负压和高压的大小对电子束流的大小和速度都有很大影响。通常黑白电视机是通过改变栅阴电压的方法来调节亮度的。一般显像管要求把电子束流限制在150 A以下，如果电子束流太大，有可能使荧光屏上的荧光粉局部过热而降低发光能力。2.黑白显像管的调制特性在前面介绍显像管各部分的过程中大致涉及了显像管的成像过程。我们知道，当灯丝发热时，阴极发射电子束流，此时如在栅、阴极间叠加图像信号，那么电子束流的大小就随图像信号电压的变化而变化，通过加速、聚焦，并在行、场偏转线圈的作用下，高速打在整个荧光屏上，这样屏上各点就呈现不同的灰度，从而重

7、现原来的图像。可以看出，荧光屏上形成图像的各点的灰度由栅阴电流的大小决定，而阴极电流的变化受栅阴电压的调制，我们把栅阴电压ugk对阴极电流ik的控制关系称为显像管的调制特性。对调制特性的讨论，会使我们对显像管的工作过程有更进一步的认识，并对显像管的工作原理有更深的理解。图3-2 黑白显像管调制特性曲线1)调制特性曲线图3-2所示为栅阴电压ugk和阴极电流ik的关系曲线，叫做调制特性曲线。该特性曲线可由下列公式给出：ik=k(ugkugk0)式中，k是比例系数，与电极的特性和构造等因素有关；是非线性系数，其数值大小因管子而异，取值在23之间；ugk0是栅极截止电压，即显像管阴极电流ik=0时的栅

8、极负压。2)最大调制量的概念最大调制量的定义是：显像管荧光屏上从不发光（阴极电流为零）到出现标准亮度的光栅（阴极电流为50 A）时栅阴电压的变化量，公式表示为：ugk=|ugk0|ugk50|式中，ugk50为ik=50 A时的栅阴电压值。如果ugk值小，说明ugk只有一个较小的变化，或显像管阴极输入一个幅度较小的视频信号，便能在荧光屏上获得较大的亮度或对比度的变化，也就是说ik能较快从0 A升至50 A，这表明显像管的灵敏度高。所以，最大调制量越小，显像管灵敏度越高，反之则越低。从调制特性曲线图形上看，栅阴电压越负，阴极电流就越小，则荧光屏亮度越暗，反之，亮度越高。当负极性图像信号从阴极输入

9、时，原图像较暗部分对应的较高图像信号电平就会抬高阴极电平使得栅阴电压越负，这样，显像管重现的图像是正确的。另外，阴极电流ik不应超过150 A（负电压约为20 V），否则，阴极电流过大，会烧坏荧光粉层。3)失真一般来说，显像亮度与阴极电流呈线性关系，然而非线性的调制特性曲线会使重现的图像明暗失调，引起灰度失真，也称失真。失真是由显像管特性决定的，几乎所有的显像管都存在。所以，系统都必须对失真进行校正。图3-3 偏转线圈结构示意图1)偏转线圈的构造偏转线圈主要由磁环、一组场偏转线圈、一组行偏转线圈和一个中心位置调节器等四部分组成。其结构示意图如图3-3所示。其中，场、行偏转线圈各自由两个线包串联

10、或并联相接而成；两组偏转线圈互相垂直放置，用以产生水平与垂直偏转磁场；场偏转用环形线圈，行偏转用马鞍形（或称喇叭形）线圈。2)行偏转线圈行偏转线圈通有行扫描锯齿波电流，产生在垂直方向的线性变化磁场，使电子束作水平方向扫描，如图3-4所示。电子束的偏转方向由左手定则规定：将左手的大姆指、食指、中指互相垂直，若使中指指向电流方向（与电子流的方向相反），食指指向磁场方向，这时大姆指就指向电子束的偏转方向。图3-4 行偏转线圈及它所产生的磁场(a)左手定则；(b)行偏转线圈；(c)行磁场分布3)场偏转线圈场偏转线圈通有场扫描锯齿波电流，产生在水平方向线性变化的磁场，使电子束作垂直方向扫描，如图3-5所

11、示，其电子束的偏转方向也用左手定则规定。显然，流过偏转线圈的电流越大，电子束流偏转的角度也越大，光栅幅度就越大。图3-5 场偏转线圈及它所产生的磁场(a)左手定则；(b)场偏转线圈；(c)场磁场分布4)中心位置调节器当偏转线圈不加电流时，电子束不受偏转，应落在屏幕的中心点上，但是由于客观原因（电子枪的构造、安装误差等），电子枪的轴线与管颈轴线会不完全重合；偏转线圈在管颈上位置不合适，也会使电子束不打在荧光屏的正中心，造成光栅偏移。为了克服这个缺点，就在偏转线圈后边加两个带磁性的中心位置调节器（片），其构造见图3-6所示。图 3-6 中心位置调节器从图3-6中的磁场分布可以看出，当改变两磁性圈片

12、之间的夹角时，可改变附加固定磁场的强弱和方向，可使光栅中心在一定范围内上下左右移动，达到中心位置调节的目的。中心位置调节器实际上是加一个可以调节大小与方向的静磁场，在这一磁场作用下，电子束产生固定的偏转，直至使光栅中心与荧光屏中心点重合。4.黑白显像管的馈电电压和附属电路1)黑白显像管的馈电电压除栅极接地外，其他各电极都需加上额定工作电压，可分为：灯丝电压、阴栅电压、加速电压、聚焦电压和阳极高压。灯丝电压：交流6.3 V或直流12 V，其作用是加热阴极，使之发射出自由电子。阴栅电压：它是当栅极接地时，阴极上所加的电压。在无视频信号输入时，加上约50 V 左右电压就可使显像管显现出相当亮度的光栅

13、，改变阴栅电压值，就会改变光栅亮度。如再叠加上视频信号，则可控制电子束流的强弱，从而显示出图像来。加速电压：它是加在加速阳极上的电压，一般在100500 V之间。若无此电压或电压不足，电子束流将截止或变小从而导致无光栅或光栅暗淡。聚焦电压：它是加在聚焦阳极上的电压。各个显像管的最佳聚焦电压都不相同，一般在0400 V左右。阳极高压：由高压包提供经半波整流的阳极高压，通过高压嘴送入显像管内的第二、第四阳极，并利用显像管锥体内、外壁石墨层的分布电容来实现滤波。对16英寸的显像管而言，阳极高压约需14 kV。2)黑白显像管的附属电路（1）亮度调节电路和对比度调节电路。黑白显像管的亮度调节是通过调节栅

14、阴电压来实现的。由前面黑白显像管的调制性曲线分析得知，改变栅阴电压也就改变了亮度的大小，所以，黑白显像管的亮度取决于栅极和阴极的电位差。如图3-7所示，视频信号通过隔直电容C3接到显像管阴极，栅极接地固定为零电位，则阴极对栅极的正电位是从直流100 V经R4、RW2、R5分压取得的。例如，RW2中心点向左移动时，A点电位降低，B点电位降低，阴极电位降低，使得栅阴电位差|Ugk|下降，根据显像管的调制特性曲线，电子束电流ik增大，亮度增加。图3-7 亮度调节电路和对比度调节电路在电路中，C2容值较大，对交流信号可视为短路，R3是视放管V的集电极负载电阻，其视放电路的电压增益AuR3/Re，而Re

15、=R1XC1+R2RW1。所以，调节RW1大小可改变Re大小，从而改变Au的大小，达到对比度调节的目的。其中C2起到隔直作用，以保证在调整对比度时不改变视放管的直流工作点。（2）关机亮点消除电路。产生关机亮点的原因是，关机后，由于灯丝的热惰性，阴极温度不能骤降，仍然会继续发射电子。而关机后阴极电压降低，栅阴电位差减小，则栅负压不足以截止电子束向荧光屏运动。电子束流截止型关机亮点消除电路如图3-8所示，R1、RW、R2、R3组成亮度控制电路，C1、R4、VD组成的就是电子束流截止型关机亮点消除电路，其中C1为消亮点电容，R4为VD的限流电阻，阻值较大，为1 M以上，VD为消亮点二极管，开机时导通

16、，关机时截止。图3-8 电子束流截止型关机亮点消除电路开机后，显像管附属电路正常工作，+100 V电压经R4使VD正偏导通，栅极近似为地电位。同时，+100 V电压通过VD使电容C1充电到接近+100 V，给亮度调节电路提供正电压。电视机关机后，+100 V电压立即消失，二极管VD截止，但C1两端电压不能突变，则C1通过放电回路放电，即C1R1RWR3阴极栅极C1负极。C1对阴、栅极放电，而使阴栅之间保持较高的栅阴电压|Ugk|，约1分钟后才消失，于是消除了关机亮点。3.1.2 彩色彩色CRT 1.彩色显像管的分类及特点彩色显像管是重现彩色图像的关键器件。随着显示技术的发展，彩色显像管也由过去的普通彩色显像管、平面直角彩色显像管发展到现在大屏幕彩电普遍使用的超平超色显像管以及纯平彩色显像管。彩色显像管的种类较多，从结构上划分，主要有三枪三束荫罩管、单枪三束栅网管和自会聚管三种类型。三枪三束荫罩管是20世纪50年代发明的第一代彩色显像管，其图像显示效果较好，但结构很复杂，制造精度要求很高，会聚调整相当繁琐，目前除了在少数高清晰度电视和彩色监视器上还使用外，一般的彩电已不使用这种显像管