crt显示技术介绍讲解

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1、阴极射线管（cathode-ray tube）,01,第一部分,阴极射线管（cathode-ray tube）： 一种电真空器件，通过驱动电路控制电子发射和偏转扫描，受控电子束激发涂在屏幕上的荧光材料而发出可见光。,其主要特点是： 可用磁偏转或静电偏转驱动、亮度高、彩色鲜艳、灰度等级多、寿命长、实现画面及活动图像显示容易；但需要上万伏的高压、体积大、笨重、功耗大。它是电真空器件，能承受高压并防爆裂。 最初在雷达显示器和电子示波器上使用，后来用于家用电视机和计算机终端显示。,CRT发展历史,Vladimir Zworykin,Karl Ferdinand Braun,J.L.Baird,Karl

2、 Ferdinand Braun (18501918) Braun博士于1897年发明了首支现代意义上的阴极射线管(称为布朗管),该管包括了现代CRT所具有的所有基本功能。该管具有实用意义(测量波形)而非仅是实验性质的管子。所以人们把Braun博士看作是现代CRT的发明人,阴极射线管也从此诞生了。 这样，CRT就作为二十世纪最主流的显示手段出现在各种场合。,在CRT一百多年的发展历史中，前五十年只是作为示波波形应用。 后五十年与黑白电视、彩色电视急剧普及和发展的历史一致。 约翰洛吉贝尔德（John Logie Baird） 1925年在伦敦的一次实验中使用CRT器材“扫描”出木偶的图象成为一个

3、转折点，其被称为电视诞生的标志 。,斯福罗金（Vladimir Zworykin） 弄出了自己的电视系统,虽然这两个人实现图像传输的模式有些不同，但都是由CRT设备实现的。 当然这两者中对未来影响最大的就是斯福罗金的“电视”系统了，这种全电子模式也是未来电视发展的一个起点。,球面显像管显示器 “平面直角”显像管显示器 （2000mm） 柱面显像管显示器（垂直方向完全笔直） 完全平面显示器 显示质量的上升，图像失真和屏幕反光的降低。,1928年，用带有红、蓝、绿三色滤光器的3个有30个孔的尼普科夫扫描圆盘，进行公开演示，在电视机屏幕上出现了鲜红色的草莓、蓝色的领带等图像。,黑白的结构 电子枪 荧

4、光屏 玻璃外壳,玻璃外壳 玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃三部分 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（电容量约为1000pF）。 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。 外壁石墨层通过金属隔离皮与电视机中的接地相接，以防止管外电磁场的干扰。 在管锥体部分装有高压嘴，它与显像管的内部高压阳极相连，作为高压供电端。 管颈直径应适宜。,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

5、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。显像管电气性能的好坏，即形成的光栅和图像的好坏主要取决于电子枪的好坏。,阴极 阴极的外形是一个圆筒，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。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6.3V交流（或直流12V，对小尺寸的显像管来说），电流0.6A（或85mA），其电压变化应小于。如电压过高，会使显像管在使用一段时间后受到损坏，亮度急剧下降；如电压过低，

6、灯丝热度不够，会导致阴极中毒，即阴极发射的电子数量不足使阴极长期处于疲劳状态。 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。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2080V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。如果将视频信号加至栅、阴极间，则扫描电子束流的大小就随图像电平的起伏而变化，从而在屏幕上显示出不同灰度层次的图像。电视机通常通过固定栅极（即栅极接地）、改变阴极电位来调节亮度。,加速阳极 加速阳极也叫第一阳极，其外形像中

7、间开孔的圆盘。对栅极而言，加有一个正100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。 高压阳极 第二阳极和第四阳极相接形成高压阳极，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916kV。阳极高压不能偏低，否则电子束轰击荧光屏的速度将减慢，光栅亮度会变暗。另外，由于电子束的偏转

8、角与高压成反比，在同的偏转磁场作用下，阳极高压偏低，电子束的偏转角将加大，从而出现光栅变大、中心变暗等现象。,聚焦阳极 聚焦阳极也叫第三阳极，处在第二阳极和第四阳极之间，为金属圆筒形。 在显像管中，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0400V之间。阳极高压对聚焦透镜的形成起着关键作用，如果阳极高压偏低，就会使电子透镜聚焦能力降低出现散焦（图像模糊）。采用

9、四阳极电子枪的显像管具有良好的聚焦，且聚焦电压较宽，因此常用固定电压聚焦不需要调整。,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的荧光粉。荧光粉层外面又蒸镀了一层厚度约为的铝膜。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）。此外，铝膜还可以将荧光粉发出的光线向管外反射，有利于提高屏幕的高度。 一般显像管要求把电子束流限制在150A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。,显像管的成像过程： 当灯丝发热时，阴极发射电

10、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，从而重现原来的图像。,CRT显示器的分类 根据调控方式不同可分为： 模拟调节 数字调节 OSD调节 按显像管种类的不同可分为： 球面显像管： 球面管的缺陷非常明显，在水平和垂直方向上都是弯曲的，边角失真现象严重，随着观察角度的改变，图像会发生倾斜，而且容易引起光线的反射，会降低对比度，对人眼的刺激较大。 柱面显像管： 柱面显像管采用栅式荫罩板，在垂直方向上不存在任何弯曲，在水平方向上略有弧度。目前常见的柱面管可分

11、为单枪三束和三枪三束管。 纯平显像管： 纯平显像管是CRT彩显的发展方向，纯平显像管在水平和垂直方向上均实现了真正的平面，失真、反光都被减到了最低限，使观看时的聚焦范围增大。,02,第二部分,主要内容 黑白CRT的结构和原理 CRT的调制特性 CRT的扫描方式 CRT的一些性能指标,黑白CRT的结构示意图,01,黑白CRT的工作原理 工作时，电子枪中阴极被灯丝加热后发射大量电子，电子束首先由加在栅极的视频电信号控制，然后经加速和聚焦后，高速轰击荧光屏上的荧光体，荧光体发出可见光。电子束的电流受显示信号控制，信号电压高，电子枪发射的电子束流也越大，荧光体发光高度也越高。最后通过偏转磁轭控制电子束

12、，在荧光屏上从上到下，从左到右依次扫描，从而将原被摄图像或文字完整的显示在荧光屏上。,图像的形成 一是由于荧光粉的余晖效应。其受到电子束轰击时，其光输出按指数规律较快的增长到最大值，当电子束停止攻击时，其光输出并不立即停止，而是按照指数规律慢慢的衰减。 二是由于人眼睛的视觉暂留特性。人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，当光的作用结束后，视觉现象并不立即消失。即，亮度在眼睛里建立得快，消失的慢。 综上，让电子束不断的轰击屏幕上的荧光粉，不端重复刷新就能保持图像的连续性。,黑白显像管的调制特性 荧光屏上形成图像的各点的灰度由栅极电流的大小决定，而阴极电流的变化受栅阴电压的调

13、制，我们把栅阴电压Ugk对阴极电流ik的控制关系成为显像管的调制特性。曲线公式为： i k=k(ugk-ugk0) 其中，看是比例系数，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2-3之间，ugk0是栅极截止电压,从调制特性曲线图形可以看出，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。,电子扫描 在显像管的管径上，装有两种偏转线圈，一种叫行偏转线圈，一种叫场偏转线圈。前者产生垂直方向的磁场，后者产生水平方向的磁场。偏转线圈通以线性变化电流时，产生的磁场也是线性变化的。电子束在行偏转线圈作用下作水平方向扫描，在场偏转线圈作用下作垂直方向扫描。,扫

14、描方式 电子束扫描分为逐行扫描和隔行扫描两种方式。,(a) 逐行扫描方式 (b) 隔行扫描方式,逐行扫描，就是电子束自上而下逐行依次进行扫描。在逐行扫描方式中，当场频为50Hz，扫描行数为625，图像宽高比为4:3时，则需要10.5MHz的信号带宽（带宽指每秒钟电子束扫描过的总像素）。这将使电视设备复杂化，信道的频带利用率下降。 隔行扫描方式是把一帧画分成两场来扫描，第一场扫描奇数行，第二场扫描偶数行，使偶数行正好插在奇数行之间，两场组成了一幅完整光栅。这样既不会引起人眼的闪烁感，又不会增加扫描图像所占的带宽。关键是要实现隔行扫描，就应该保证偶数场的扫描行能准确的插在奇数场的扫描行之间，否则就

15、会出现并行现象，使图像质量下降。,CRT显示器的技术性能指标,像素和分辨率 像素是指屏幕能独立控制其颜色与亮度的最小区域。分辨率就是屏幕图像的密度，即显示器屏幕上有多少个基本像素点，它们是图像清晰程度的标志，也是描述分辨能力大小的物理量。 对于CRT显示器，分辨率常用单位面积上的扫描线数或两光点之间的距离来表示。这取决于场频和行频。具体来说就是每一条水平线上的点数乘以水平线的线数，如640480、720348、1024768及10241024等。分辨率越高，屏幕上所能呈现的图像也就越精细。,分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。知道分辨率、点距和最大显示宽度就能得出

16、像素值。 分辨率的计算方法如下： 最大显示宽度/水平点距=像素数 比如标准17英寸CRT显示器的最大显示宽度是320mm，标称点距是0.28mm，那么首先按0.280.866=0.243的公式计算出水平点距，然后按320/0.243=1316的公式得出像素数。,CRT显示器的技术性能指标,CRT显示器的技术性能指标,2. 场频、行频及视频带宽 如果说画质等显示效果只能通过主观来判断的话,那么水平扫描频率、垂直扫描频率及视频带宽这三个参数就绝对是显示器的硬指标，并且很大程度上决定了显示器的档次。 视频带宽是指每秒钟电子枪扫描过图像点的个数（以兆赫兹为单位）。这是显示器非常重要的一个参数，能够决定显示器性能的好坏。带宽越高则表明了显示器电路可以处理的频率范围越大，显示器性能越好。高的带宽能处理更高的频率，信号失真也越小，显示的图像质量更好，它反映了显示器的解像能力。,CRT显示器的技术性能指标,视频带宽的计算方法为： 带宽 = 刷新率（垂直分辨率0.93）（水平分辨率0.8）刷