阴级射线管显示技术1

《阴级射线管显示技术1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《阴级射线管显示技术1（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 n 2.1 CRT显示器的基本结构与工作原理 2.1.1 黑白CRT显示器的基本结构与工作原理2.1.2 彩色CRT显示器的基本结构与工作原理2.1.3 CRT显示器的主要单元n 2.2 CRT显示器的驱动与控制2.2.1 CRT显示器相关技术2.2.2 CRT显示器驱控电路 n 2.3 CRT显示器的特点、性能指标及发展历 史 2.3.1 CRT显示器的特点2.3.2 CRT显示器的性能指标2.3.3 CRT显示技术的发展历史 2.1 CRT显示器的基本结构与工作原理CRT显示器是一种使用阴极射线管技术(Cathode Ray Tube)的显示器，主要分

2、为黑白CRT显示器和彩色CRT显 示器两大类。CRT显示器的核心部件是CRT显像管（即阴极射线管 ），其主要由五部分组成：电子枪(Electron Gun)（显像管的核心）偏转线圈(Defiection coils)荫罩(Shadow mask)荧光粉层(Phosphor)玻璃外壳经典的CRT显像管使用电子枪发射高速电子， 经过垂直和水平偏转线圈来控制高速电子的偏转 角度，最后高速电子轰击屏幕上的磷光物质使其 发光。通过电压调制方式调制电子枪发射电子束 的功率，就会在屏幕上形成明暗不同的光点，形 成各种图案和文字。 2.1.1 黑白CRT显示器的基本结构与工作原理黑白CRT，即单色(Monoc

3、hrome Monitor)CRT，只有单一的电子枪，仅 能产生黑白两种颜色。它的主要用途是 电视机、显示器、以及在工业控制设备 中用作监视器。黑白CRT主要由圆锥形玻壳、玻壳正 面的荧光显示屏、封入玻壳中发射电子 束用的电子枪系统和位于玻壳之外控制 电子束偏转扫描的磁轭器件四部分组成 。 黑白CRT的结构示意图 结构中灯丝、阴极（K）、第一控制栅极（G1 或称调制器）、加速极（G2或称屏蔽极）构成发 射系统；第二阳极G3、聚焦极G4、高压阳极G5构 成聚焦系统。工作时，电子枪中阴极（K）被灯丝加热至 200K时，阴极（K）大量发射电子。电子束首先被 加在第一控制栅极的视频电信号所调制，然后经

4、 加速和聚焦后，高速轰击荧光屏上的荧光体，荧 光体发出可见光。电子束的电流是受显示信号控制的，信号电压 高，电子枪发射的电子束流也越大，荧光体发光 亮度也越高。最后通过偏转磁轭控制电子束，在 荧光屏上从上到下，从左到右依次扫描，从而将 图像或文字完整地显示在荧光屏上。2.1.2 彩色CRT显示器的基本结构与工作原理彩色CRT相比于黑白CRT, 结构上主要是有三只 电子枪、三组偏转线圈、增加荫罩结构等不同之处 。彩色CRT是利用三基色图像叠加原理实现彩色 图像的显示。荧光屏上的每一个像素由产生红(R) 、绿(G)、蓝(B)的三种荧光体组成，同时电子枪中 设有3个阴极，分别发射电子束，轰击对应的荧

5、光 体。红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色组合产生彩色视 觉。荫罩式彩色CRT是目前占主导地位的彩色显像 管（德国人Fleshsig在1938年提出的）。其基本 结构如下图所示：彩色CRT的结构示意图 荫罩是设置在荧光面 内侧的选色电极。一般 荫罩式CRT的荫罩是一 层类似筛子的网罩，电 子束通过网眼打在呈三 角形排列的荧光点上， 以防止每个电子束轰击 另外两个颜色的荧光体 。荫罩型彩色CRT中，在玻壳荧光屏的内面形成 点状红、绿、蓝三色荧光体，并且均有铝膜金属 覆层。在离荧光面一定距离处设置荫罩。荫罩焊 接在支持框架上，并通过显示屏侧壁内面设置的 紧固钉将荫罩固定在显示屏内侧。 彩色CRT工

6、作原理 荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定 ：(2-1)(2-2)式中： 为荫罩与荧光屏的距离； 为孔距放大率 ；为从电子枪到荧光面的距离； 为电子枪的束 间距； 为电子束排列方向的荫罩孔距； 为电子 束排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距。整体工作过程：由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通电后灯 丝发热，阴极被激发，发射出电子流，电子流受 到带有高电压的内部金属层的加速，经过电子透 镜聚焦形成极细的电子束，在阳极高压作用下， 获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光屏上 的三原色荧光粉层。电子枪发射的电子束不是一 束，而是三束，电子束在偏转磁 轭产生的磁场作用下，可以控制 其射向荧光屏

7、的指定位置，去轰 击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发，这些 荧光粉单元分别发出强弱不同的红 、绿、蓝三种光。根据空间混色法( 将三个基色光同时照射同一表面相 邻很近的三个点上进行混色的方法) 产生丰富的色彩，这种方法利用人 们眼睛在超过一定距离后分辨力不 高的特性，产生与直接混色法相同 的效果。用这种方法可以产生不同色彩 的像素，而大量的不同色彩的像素 可以组成一张漂亮的画面，而不断 变换的画面就成为可动的图像。2.1.3 CRT显示器的主要单元1. 电子枪电子枪是显像管中极为重要的组成部分。电 子束的发射、调制、聚焦均由电子枪来完成。电子枪产生电子束，以轰击荧光屏上的荧光 粉发光。为了

8、在屏幕上得到亮而清晰的图像， 要求电子枪产生较大的电子束电流，并且能够 在屏幕上聚成细小的扫描点（约0.2mm）。此外，由于电子束电流受外加电信号的调制 （电子束强度在变化），因而电子枪应有良好 的调制特性。在调制信号控制过程中，扫描点 不应有明显的散焦现象。电子枪外型示意图电子枪内部结构示意图电子枪是由灯丝（用H、HT或F表示）、阴极（用K表 示，彩色显像管有三个阴极，分别用RK、GK、BK表 示）、栅极（用G1表示）、加速极（用G2表示）、 高压阳极（用G或V表示）组成。电子枪中各部分的作用：(1) 灯丝通电后将电能转变成热能并对阴 极加热，使阴极表面产生600-800度的高温，创 造一个

9、使阴极发射电子的外部条件（光电效应 ）。 (2) 阴极呈圆筒状，装在圆筒内部，顶端 涂有钡锶钙的氧化物，灯丝通电时，阴极受热 后发射大量电子。 (3) 栅极栅极套在阴极外面（加负压）， 是一个金属圆筒，顶端开有小孔以让电子束通 过（距离阴极小于1mm）。改变与阴极的相对 电位可以控制电子束的强弱。视频信号就是加 在栅极上，通过信号电压来调制其通过的电子 数目，改变显像管束电流的大小，从而控制荧 光屏的亮度。(4) 加速极它也是顶部开有小孔的金属筒，其 位置紧靠栅极。通常在加速极上加有几百伏的正 电压，它能控制阴极发射的电子束到达荧光屏的 速度。 (5) 聚集极彩色显像管聚集极通常加58KV 电

10、位。聚集极、加速极及高压极一起构成一个电 子透镜，使电子束会聚成一个细束轰击荧光粉层 。 (6) 高压阳极建立一个强电场，使电子束以极 快的速度轰击荧光屏上的荧光粉。高压阳极通常 为2234KV。 2. 荧光屏荧光屏，是由涂覆在玻璃壳内的荧光粉和叠于 荧光粉层上面的铝膜共同组成的。工作的时候荧 光屏后面的电子枪发射电子束打在荧光粉上，于 是一部分荧光粉亮起来，显示出字符或者图像。荧光屏是实现CRT显像管电光转换的关键部 位之一，要求发光亮度和发光效率足够高，发光 光谱适合人眼观察，图像传递效果好，余辉时间 适当，机械、化学、热稳定性好，寿命高。CRT的发光性能首先取决于所用的荧 光粉材料，因为

11、靠它完成显像管的电光 转换功能。荧光粉的发光效率是指每瓦 电功率能获得多大的发光强度。荧光粉的重要特性参数：余辉时间。当电子束轰击荧光粉时，荧光粉的分 子受激而发光，而当电子束的轰击停止 后，荧光粉的发光并非立即消失，而是 按指数规律衰减，即余辉特性。一般把余辉分成三类：余辉时间长于0.1s的称 为长余辉发光；余辉时间介于0.1s至0.001s的称 为中余辉发光；余辉时间短于0.001s的称为短余 辉发光。余辉太长，则同一像素第一帧余辉未尽 而第二帧扫描又到了，前一帧的余辉会重叠在后 一帧图像上，整个图像便会模糊。若余辉时间太 短，屏幕的平均亮度将会减低。屏幕的亮度取决于荧光粉的发光效率、余辉

12、 时间及电子束轰击的功率等。荧光粉的发光效率 高时屏幕较亮，余辉时间长平均亮度也较大。屏幕亮度除了与余辉时间有关外，还取 决于电子束的电流密度和屏幕电压的高低。 因此屏幕亮度可表示为： 欲增大亮度可以加大电流密度和电压。 两者中以提高电压更为有效。如果不加偏转电压，经过加速聚焦的具有很 高动能的电子束轰击荧光面时，仅能在荧光屏中 心位置产生亮度很高的光点，难以成像；偏转系 统能依据输入的携带着电子束位置信息的信号使 电子束在向荧光屏行进途中轨迹发生偏转，以控 制电子束到达荧光屏上的位置。3. 偏转系统显像管中电子束的 扫描是通过偏转系统 来实现的。偏转线圈 是CRT显像管的重要部 件之一。偏转

13、线圈因此分为行（水平）偏转线圈和场（ 垂直）偏转线圈。它们分别通有由行和场扫描电 路提供的锯齿波电流，产生水平和垂直方向上线 性变化的磁场，使电子束作相应方向的扫描。在 行扫描和场扫描共同作用下，有规律的从上到下 从左到右控制电子束的运动。偏转线圈通常采用磁偏转，因为它像差小，在 阳极高电压下适合于大角度偏转。为了显示一幅图像，必须让电子束在水平方 向和垂直方向上同时偏转并扫描，使荧光屏上任 一点都能发光。4.荫罩荫罩、玻壳和电子枪是组成彩色显像管的三 大主要部件，只在彩色显象管内使用，荫罩装 于玻壳和电子枪之间，起分色作用。荫罩材质 都为金属，形状有点状、沟槽状、栅状等。它 们对电子束透过率

14、不同（依次约为50%，70%， 90%）。5. 玻璃管壳玻璃管壳通常由屏幕玻璃、锥体、管颈三 部分组成。锥度有国家标准，比如70、90 、110和114等。用普通玻璃做CRT的外围 器件，是因为透明性高，能耐受真空并能吸收 从内部发生的X射线。1、图像生成CRT中的偏转线圈用于电子枪发射束的定位。它能依 据输入的携带着电子束位置信息的信号使电子束在向荧光 屏行进途中轨迹发生偏转，控制电子束到达屏上的位置。偏转线圈能够产生一个强磁场，通过改变强度来移动电 子束方位。线圈偏转的角度有限，当电子束射到一个平面 时，能量会轻微地偏移目标，仅有部分荧光粉被击中，四 边的图像都会产生弯曲现象。为此，显示器

15、生产厂把显像 管做成球形，但现在常采用动态聚焦技术做补偿。电子束发射由左至右、由上至下扫描和刷新，在屏幕上 形成光栅图样，不断刷新就形成了连续的图像。 2.2 CRT显示器的驱动与控制2.2.1 CRT显示相关技术 2、辉（灰）度及颜色单色CRT 只需要对辉度进行控制，而彩色 CRT还需要增加对颜色的控制，辉度和颜色都是 通过电流量来控制的。辉度和信号幅度的关系电流控制方式有 栅极(G1)驱动方式 和阴极驱动方式。 栅极(G1)驱动方式 中，在电子枪的栅 极/阴极间施加不同 的电压，就可以得 到相应的辉度。彩色CRT的颜色显示是通过R、G、 B三个电子束各自的电流(由电压调制) 来调制的。R、

16、G、B各色输入阶数的乘积，决 定了显示器显示的色彩数。例如：输 入16阶，可显示4096种颜色。若输入 256阶，混合光线可以产生1600万种颜 色。3、回转变压器 回转变压器类似发动机点火线圈，在特定时 间先发出一个低能量信号给回转磁线圈，并生 成磁场。当低能量源关闭后，磁线圈的能量转 移到高能量输出中，最后传到电子枪发出电子 束。当电子枪完成一条线的扫描后，回转变压 器会放出能量，关闭电子枪并消去磁场，强制 光束回到屏幕的其它位置，就能画出下一条线 。4、金属隔板技术 金属隔板即荫罩，其作用是防止一个荧光点 加热时传导到附近的点，起分离色彩的作用。在荫罩技术方面，有两点最重要：一是如何使 用更薄的金属来制造隔板，并缩小点与点之间的 位置，与屏幕上的点一一对应；二是如何修正电 子束的颜色。 荫罩的主要缺点是金属板会随着能量的变化而 产生弯曲。金属板变形使电子束偏离原定目标， 显示的画面会模糊不清。目前效果最好的是不胀 铜材料(膨胀率几乎为零)，并用AGC防眩光涂层 解决眩光问题。其实各大CR